AC-hiiliharjamoottoreita (tunnetaan yleisesti yksivaiheisina yleismoottoreina) käytetään laajalti suuria kierroslukuja vaativissa kodinkoneissa, kuten pölynimureissa ja hiustenkuivaajissa. Niiden staattori- ja roottorikäämit on kytketty sarjaan. Vaikka moottoriin syötetään jatkuvasti suuntaa vaihtavaa vaihtovirtaa (AC), staattorin ja roottorin magneettinavat vaihtavat napaisuutta samanaikaisesti, jolloin pyörimismomentin suunta pysyy vakiona.
Toisin kuin DC-harjamoottoreiden kestomagneetit, AC-hiiliharjamoottorin staattori koostuu sähkömagneettisista käämeistä. Kun vaihtovirtaa syötetään, staattorin sähkömagneetin napaisuus (N/S-navat) vaihtelee vaihtovirran suunnan mukaan.
Moottorin sarjakäämitty (sarjaherätteinen) rakenne tarkoittaa sitä, että vaihtovirtalähteestä tuleva virta kulkee ensin staattorin sähkömagneettisten käämien läpi, sitten hiiliharjojen ja kommutaattorilamellien kautta roottorikäämeihin ja palaa lopulta virtalähteeseen. Tämä tarkoittaa, että staattorin ja roottorin läpi kulkevat virrat muuttuvat täydellisessä synkronoinnissa.
Kun vaihtovirta muuttuu positiivisesta negatiiviseksi, staattorin magneettikenttä kääntyy (esim. vasen puoli muuttuu N-navasta S-navaksi). Sillä samalla sekunnilla myös roottorikäämien läpi kulkeva virta kääntyy, jolloin roottorin magneettinavat vaihtavat napaisuuttaan synkronoidusti! Magneettisen vetovoiman lakien mukaan koska molemmat magneettinavat kääntyvät samanaikaisesti, hylkimis- ja vetovoiman suunnat eivät muutu, ja moottori jatkaa pyörimistä alkuperäiseen suuntaansa!
Tässä interaktiivisessa demonstraatiossa näet yksivaiheisella vaihtovirralla (AC 220V) käytettävän yleismoottorin fyysisen tilan. Sinimuotoisen vaihtovirran sekä positiivisen että negatiivisen puolijakson aikana staattorin sähkömagneetin magneettikentän suunta ja roottorikäämin napaisuus kääntyvät yhdessä. Tämä pitää pyörimismomentin myötäpäivään, mikä yhdessä kommutaattorin segmentoidun kytkennän kanssa mahdollistaa moottorin tasaisen ja suuren pyörimisnopeuden vaihtovirralla.
Ladataan...
| Vaihe | AC-puolijakson tila | Staattorin napaisuus (Vasen/Oikea) | Harjan (+) kontaktilamelli | Harjan (-) kontaktilamelli | Sähkömagneettisen vääntömomentin tila |
|---|
DC-harjamoottorin staattori on kestomagneetti, jonka magneettikentän suunta on kiinteä. Jos se kytketään vaihtovirtaan (AC), staattorin magneettikentän suunta pysyy samana virran kääntyessä, mutta roottorikäämiin virtaava virta kääntyy, mikä saa myös sähkömagneettisen vääntömomentin kääntymään. Tämän seurauksen moottori vain heilahtelee tai tärisee rajusti edestakaisin 50 Hz:n vaihtuvassa magneettikentässä pyörimättä yhteen suuntaan. Sitä vastoin yleismoottorin staattori ja roottori ovat kytketty sarjaan, joten niiden napaisuudet kääntyvät synkronoidusti ('kaksi miinusta tekee plussan'), mikä mahdollistaa moottorin tasaisen pyörimisen yhteen suuntaan.
Yleismoottori (tunnetaan myös nimellä sarjamoottori) on saanut nimensä siitä, että se voi toimia joko yksivaiheisella vaihtovirralla (AC) tai tasavirralla (DC). Koska sen toimintavääntömomentti riippuu vain staattorin ja roottorin virran suuntien tulosta, joko tasavirran tai vaihtovirran kytkeminen tuottaa ajomomentin samaan suuntaan. Se tarjoaa erittäin suuret pyörimisnopeudet, helpon nopeuden säädön jännitteensäädön avulla ja on erittäin kustannustehokas.
Niitä käytetään laajasti kodinkoneissa ja sähkötyökaluissa, jotka vaativat erittäin suuria nopeuksia ja voimakasta vääntömomenttia suhteellisen lyhyen ajan. Esimerkkejä ovat:
• Pölynimurit: Suuria nopeuksia tarvitaan alipaineen luomiseen imua varten (tyypillisesti 20 000–40 000 RPM).
• Hiustenkuivaajat: Suurinopeuksisia siipipyöriä tarvitaan suuren ilmamäärän tuottamiseen.
• Käsiporat ja kulmahiomakoneet: Tarjoavat kannettavaa, korkean vääntömomentin tehoa metallin ja puun leikkaamiseen.
• Tehosekoittimet ja monitoimikoneet: Suuria nopeuksia tarvitaan ruokakuitujen murskaamiseen.
Melulähteitä on kaksi pääasiallista:
• Korkeataajuinen harjojen kitka: Hiiliharjat ja kommutaattorilamellit aiheuttavat voimakkaita fyysisiä hankausääniä ja pieniä valokaaren poksahduksia pyöriessään kymmenien tuhansien kierrosten minuuttinopeudella.
• Suurinopeuksinen ilmavirran vihellys: Kymmenien tuhansien kierrosten minuuttinopeudet ovat paljon korkeampia kuin tavallisten oikosulkumoottoreiden (tyypillisesti max 3 000 RPM). Puhaltimen siivet tai ilmaa halkova roottorin sydän näillä nopeuksilla synnyttävät kovaa ilmavirran kitkaa ja vihellystä. Tämä on myös syy siihen, miksi huippuluokan hiustenkuivaajat ja pölynimurit ovat siirtymässä 'suurinopeuksisiin harjattomiin tasavirtamoottoreihin (BLDC)' hiljaisemman toiminnan saavuttamiseksi.