A váltakozó áramú kefés motorokat (közismert nevükön egyfázisú univerzális motorokat) széles körben használják olyan nagy sebességű háztartási készülékekben, mint a porszívók és hajszárítók. Állórész- és forgórész-tekercseik sorba vannak kötve. Még akkor is, ha folyamatosan irányt változtató váltakozó árammal (AC) táplálják őket, az állórész és a forgórész mágneses pólusai egyszerre váltanak polaritást, ezáltal fenntartva a forgatónyomaték állandó irányát.
A váltakozó áramú kefés motorok állórésze a váltakozó áramú kefés motorok állandó mágneseivel ellentétben elektromágneses tekercsekből áll. Váltakozó áram alkalmazásakor az állórész elektromágnesének polaritása (É/D pólusok) a váltakozó áram irányával együtt váltakozik.
A motor „soros tekercselésű (soros gerjesztésű)” felépítése azt jelenti, hogy a váltakozó áramú áramforrásból kilépő áram először az állórész elektromágneses tekercsein folyik keresztül, majd a szénkeféken és a kommutátor szeleteken keresztül a forgórész tekercseibe, végül pedig visszatér a tápegységbe. Ez azt jelenti, hogy az állórészen és a forgórészen átfolyó áram tökéletes szinkronban változik.
Amikor a váltakozó áram pozitívból negatívba vált, az állórész mágneses mezeje megfordul (pl. a bal oldal É-ről D-re változik). Ugyanabban a tizedmásodpercben a forgórész tekercsein átfolyó áram is megfordul, ami a forgórész mágneses pólusainak szinkronban történő polaritásváltását okozza! A mágneses vonzás törvényei szerint mivel mindkét mágneses pólus egyszerre fordul meg, a taszítás és vonzás iránya nem változik, és a motor továbbra is az eredeti irányba forog!
Ebben az interaktív bemutatóban egy egyfázisú váltakozó árammal (AC 220V) hajtott univerzális motor fizikai állapotát láthatja. A szinuszos váltakozó áram mind a pozitív, mind a negatív félperiódusa alatt az állórész elektromágnesének mágneses mezőiránya és a forgórész tekercsének polaritása együtt fordul meg. Ez a nettó forgatónyomatékot folyamatosan az óramutató járásával megegyező irányban tartja, ami a kommutátor szeletes kapcsolásával kombinálva lehetővé teszi a motor zökkenőmentes és nagy sebességű működését váltakozó áram alatt.
Betöltés...
| Lépés | AC félperiódus állapota | Állórész polaritása (Bal/Jobb) | Kefe (+) érintkező szelet | Kefe (-) érintkező szelet | Elektromágneses nyomaték állapota |
|---|
Az egyenáramú kefés motor állórésze egy állandó mágnes, amelynek mágneses mezőiránya rögzített. Ha váltakozó áramú hálózatra csatlakoztatjuk, az áram megfordulásakor az állórész mágneses mezőjének iránya változatlan marad, de a forgórész tekercsébe folyó áram megfordul, ami az elektromágneses nyomaték megfordulását is okozza. Ennek eredményeképpen a motor csak hevesen rezeg vagy vibrál oda-vissza az 50 Hz-es váltakozó mágneses mezőben, de nem forog egy irányba. Ezzel szemben, mivel az univerzális motor állórésze és forgórésze sorba van kötve, a polaritásuk szinkronban fordul meg („két negatív egy pozitívat ad”), lehetővé téve a motor zökkenőmentes forgását egy irányba.
Az univerzális motort (más néven soros motort) azért nevezik így, mert egyfázisú váltakozó áramról (AC) vagy egyenáramról (DC) is működhet. Mivel működési nyomaték csak az állórész és a forgórész áramirányának szorzatától függ, az egyenáram vagy a váltakozó áram alkalmazása azonos irányú hajtónyomatékot hoz létre. Rendkívül nagy fordulatszámot, egyszerű feszültségszabályozásos fordulatszám-beállítást kínál, és nagyon költséghatékony.
Széles körben használják olyan háztartási készülékekben és elektromos kéziszerszámokban, amelyek rendkívül nagy sebességet és erős nyomatékot igényelnek viszonylag rövid ideig. Példák:
• Porszívók: Nagy sebesség szükséges a szívó alulnyomás létrehozásához (jellemzően 20 000 és 40 000 ford./perc között).
• Hajszárítók: Nagy sebességű járókerekekre van szükség a nagy légáramlási volumen biztosításához.
• Fúrógépek és sarokcsiszolók: Hordozható, nagy nyomatékú teljesítményt nyújtanak fém- és faforgácsoláshoz.
• Turmixgépek és konyhai robotgépek: Nagy sebesség szükséges az élelmiszerrostok összezúzásához.
Két elsődleges zajforrás van:
• Nagyfrekvenciás kefesúrlódás: A szénkefék és a kommutátor szeletei intenzív fizikai súrlódási hangokat és apró elektromos ívkisüléseket okoznak, miközben percenként több tízezer fordulattal forognak.
• Nagy sebességű légáramlási fütyülés: A több tízezer ford./perces működési sebesség sokkal magasabb, mint a szabványos indukciós motoroké (jellemzően max. 3000 ford./perc). Az ilyen sebességgel levegőt vágó ventilátorlapátok vagy forgórészmag hangos levegősúrlódást és fütyülést generálnak. Ezért térnek át a csúcskategóriás hajszárítók és porszívók a csendesebb működés érdekében „nagy sebességű kefe nélküli egyenáramú motorokra (BLDC)”."