Οι κινητήρες AC με ψήκτρες (κοινώς γνωστοί ως μονοφασικοί universal κινητήρες) χρησιμοποιούνται ευρέως σε οικιακές συσκευές υψηλής ταχύτητας, όπως ηλεκτρικές σκούπες και πιστολάκια μαλλιών. Τα τυλίγματα του στάτορα και του δρομέα τους είναι συνδεδεμένα σε σειρά. Ακόμη και όταν τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) που αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση, οι μαγνητικοί πόλοι του στάτορα και του δρομέα αλλάζουν πολικότητα ταυτόχρονα, διατηρώντας έτσι μια σταθερή κατεύθυνση ροπής περιστροφής.
Σε αντίθεση με τους μόνιμους μαγνήτες των κινητήρων DC με ψήκτρες, ο στάτορας ενός κινητήρα AC με ψήκτρες αποτελείται από ένα σύνολο ηλεκτρομαγνητικών πηνίων. Όταν εφαρμόζεται εναλλασσόμενο ρεύμα, η πολικότητα (πόλοι N/S) του ηλεκτρομαγνήτη του στάτορα εναλλάσσεται με την κατεύθυνση του AC.
Η δομή \"σύνδεσης σε σειρά\" του κινητήρα σημαίνει ότι το ρεύμα από την πηγή AC ρέει πρώτα μέσω των ηλεκτρομαγνητικών πηνίων του στάτορα, στη συνέχεια μέσω των ψηκτρών άνθρακα και των τμημάτων του συλλέκτη στα πηνία του δρομέα, και τέλος επιστρέφει στην παροχή ρεύματος. Αυτό σημαίνει ότι τα ρεύματα που ρέουν μέσω του στάτορα και του δρομέα αλλάζουν σε τέλειο συγχρονισμό.
Όταν το AC αλλάζει από θετικό σε αρνητικό, το μαγνητικό πεδίο του στάτορα αναστρέφεται (π.χ. η αριστερή πλευρά αλλάζει από N σε S). Την ίδια ακριβώς στιγμή, το ρεύμα που ρέει μέσω των πηνίων του δρομέα αναστρέφεται επίσης, προκαλώντας την αλλαγή πολικότητας των μαγνητικών πόλων του δρομέα σε συγχρονισμό! Σύμφωνα με τους νόμους της μαγνητικής έλξης, επειδή και οι δύο μαγνητικοί πόλοι αναστρέφονται ταυτόχρονα, οι κατευθύνσεις απώθησης και έλξης δεν αλλάζουν, και ο κινητήρας συνεχίζει να περιστρέφεται στην αρχική του κατεύθυνση!
Σε αυτήν τη διαδραστική παρουσίαση, μπορείτε να δείτε τη φυσική κατάσταση ενός universal κινητήρα που κινείται με μονοφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα (AC 220V). Κατά τη διάρκεια τόσο του θετικού όσο και του αρνητικού ημικυκλίου του ημιτονοειδούς AC, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου του ηλεκτρομαγνήτη του στάτορα και η πολικότητα του τυλίγματος του δρομέα αναστρέφονται μαζί. Αυτό διατηρεί την καθαρή ροπή περιστροφής στραμμένη προς τα δεξιά, η οποία, σε συνδυασμό με την τμηματική μεταγωγή του συλλέκτη, επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί ομαλά και με υψηλή ταχύτητα υπό ισχύ AC.
Φόρτωση...
| Βήμα | Κατάσταση Ημικυκλίου AC | Πολικότητα Στάτορα (Αριστερά/Δεξιά) | Τμήμα Επαφής Ψήκτρας (+) | Τμήμα Επαφής Ψήκτρας (-) | Κατάσταση Ηλεκτρομαγνητικής Ροπής |
|---|
Ο στάτορας ενός κινητήρα DC με ψήκτρες είναι ένας μόνιμος μαγνήτης του οποίου η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου είναι σταθερή. Εάν συνδεθεί σε παροχή AC, όταν το ρεύμα αναστρέφεται, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου του στάτορα παραμένει αμετάβλητη, αλλά το ρεύμα που ρέει στο πηνίο του δρομέα αναστρέφεται, προκαλώντας επίσης την αναστροφή της ηλεκτρομαγνητικής ροπής. Ως αποτέλεσμα, ο κινητήρας θα ταλαντώνεται ή θα δονείται έντονα μπρος-πίσω στο εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο των 50Hz, αποτυγχάνοντας να περιστραφεί προς μία κατεύθυνση. Αντίθετα, επειδή ο στάτορας και ο δρομέας ενός κινητήρα universal είναι συνδεδεμένοι σε σειρά, οι πολικότητές τους αναστρέφονται συγχρονισμένα («δύο αρνητικά κάνουν ένα θετικό»), επιτρέποντας στον κινητήρα να περιστρέφεται ομαλά προς μία κατεύθυνση.
Ένας κινητήρας universal (επίσης γνωστός ως κινητήρας διέγερσης σειράς) ονομάζεται έτσι επειδή μπορεί να λειτουργήσει είτε με μονοφασικό AC είτε με DC ρεύμα. Επειδή η ροπή λειτουργίας του εξαρτάται μόνο από το γινόμενο των κατευθύνσεων ρεύματος στάτορα και δρομέα, η εφαρμογή είτε DC είτε AC παράγει ροπή κίνησης στην ίδια κατεύθυνση. Προσφέρει εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες περιστροφής, εύκολη ρύθμιση ταχύτητας μέσω ρύθμισης της τάσης και είναι εξαιρετικά οικονομικός.
Χρησιμοποιούνται ευρέως σε οικιακές συσκευές και ηλεκτρικά εργαλεία που απαιτούν εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες και ισχυρή ροπή για σχετικά σύντομα χρονικά διαστήματα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν:
• Ηλεκτρικές Σκούπες: Απαιτούνται υψηλές ταχύτητες για τη δημιουργία αναρρόφησης υποπίεσης (συνήθως 20.000 έως 40.000 RPM).
• Πιστολάκια Μαλλιών: Απαιτούνται φτερωτές υψηλής ταχύτητας για την παροχή μεγάλου όγκου ροής αέρα.
• Δράπανα Χειρός και Γωνιακοί Τροχοί: Παρέχουν φορητή ισχύ υψηλής ροπής για κοπή μετάλλου και ξύλου.
• Μπλέντερ και Κουζινομηχανές: Απαιτούνται υψηλές ταχύτητες για τη θραύση των ινών των τροφίμων.
Υπάρχουν δύο κύριες πηγές θορύβου:
• Τριβή Ψηκτρών Υψηλής Συχνότητας: Οι ψήκτρες άνθρακα και τα τμήματα του συλλέκτη δημιουργούν έντονους ήχους φυσικής τριβής και μικρούς ηλεκτρικούς σπινθήρες κατά την περιστροφή με δεκάδες χιλιάδες RPM.
• Σφύριγμα Ροής Αέρα Υψηλής Ταχύτητας: Οι ταχύτητες λειτουργίας δεκάδων χιλιάδων RPM είναι πολύ υψηλότερες από εκείνες των τυπικών επαγωγικών κινητήρων (συνήθως max 3.000 RPM). Τα πτερύγια του ανεμιστήρα ή ο πυρήνας του δρομέα που κόβουν τον αέρα σε τέτοιες ταχύτητες δημιουργούν δυνατή τριβή αέρα και σφύριγμα. Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο τα premium πιστολάκια μαλλιών και οι ηλεκτρικές σκούπες μεταβαίνουν σε «κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες υψηλής ταχύτητας (BLDC)» για πιο αθόρυβη λειτουργία.