AC-børstemotorer (ofte kjent som enfasede universalmotorer) er mye brukt i husholdningsapparater med høyt turtall, som støvsugere og hårfønere. Stator- og rotorviklingene deres er seriekoblet. Selv når de tilføres vekselstrøm (AC) som stadig snur retning, endrer magnetpolerna til statoren og rotoren polaritet samtidig, og opprettholder dermed en konstant retning på dreiemomentet.
I motsetning til de permanente magnetene i DC-børstemotorer, består statoren til en AC-børstemotor av et sett med elektromagnetiske spoler. Når det tilføres vekselstrøm, veksler statorelektromagnetens polaritet (N/S-poler) med retningen til vekselstrømmen.
Motorens serieviklede (seriematede) struktur betyr at strømmen fra vekselstrømskilden først flyter gjennom statorens elektromagnetiske spoler, deretter gjennom kullbørstene og kommutatorsegmentene inn i rotorspolene, og til slutt returnerer til strømforsyningen. Dette betyr at strømmen som flyter gjennom statoren og rotoren endres i perfekt synkronisering.
Når vekselstrømmen endres fra positiv til negativ, reverseres statorns magnetfelt (f.eks. endres venstre side fra N to S). I nøyaktig samme øyeblikk reverseres også strømmen som flyter gjennom rotorspolene, noe som gjør at rotorens magnetpoler endrer polaritet synkront! I følge lovene om magnetisk tiltrekning, siden begge magnetpolene reverseres samtidig, endres ikke retningene for avstøtning og tiltrekning, og motoren fortsetter å rotere i sin opprinnelige retning!
I denne interaktive demonstrasjonen kan du se den fysiske tilstanden til en universalmotor drevet av enfaset vekselstrøm (AC 220V). Under både den positiva og negativa halvperioden av den sinusformede vekselstrømmen, snur magnetfeltretningen til statorelektromagneten og rotorviklingens polaritet samtidig. Dette holder det resulterende dreiemomentet roterende med klokken, noe som, i kombinasjon med den segmenterte svitsjingen til kommutatoren, gjør at motoren går jevnt og med høyt turtall på vekselstrøm.
Laster...
| Trinn | AC halvperiodestatus | Statorpolaritet (Venstre/Høyre) | Børste (+) kontaktseg. | Børste (-) kontaktseg. | Elektromagnetisk dreiemomentstatus |
|---|
Statoren i en DC-børstemotor er en permanentmagnet med fast magnetfeltretning. Hvis den kobles til vekselstrøm (AC), forblir statorens magnetfeltretning uendret når strømmen snur, men strømmen inn i rotorspolen snur, noe som gjør at også det elektromagnetiske dreiemomentet snur. Resultatet er at motoren bare vil svinge eller vibrere voldsomt frem og tilbake i det 50Hz vekslende magnetfeltet, uten å rotere i en retning. I motsetning til dette er statoren og rotoren til en universalmotor seriekoblet, slik at polaritetene deres snur synkront ('to minus blir en pluss'), noe som gjør at motoren roterer jevnt i én retning.
En universalmotor (også kjent som seriemotor) har fått navnet sitt fordi den kan kjøres på enten enfaset vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC). Siden driftmomentet bare avhenger av produktet av statorens og rotorens strømretninger, genererer tilkobling av enten likestrøm eller vekselstrøm drivmoment i samme retning. Den tilbyr ekstremt høye turtall, enkel hastighetsregulering via spenningsregulering, og er svært kostnadseffektiv.
De er mye brukt i husholdningsapparater og elektroverktøy som krever ekstremt høye hastigheter og sterkt dreiemoment i relativt korte perioder. Eksempler inkluderer:
• Støvsugere: Høye hastigheter kreves for å generere undertrykk for sugekraft (vanligvis 20 000 til 40 000 o/min).
• Hårfønere: Hurtiggående viftehjul kreves for å levere stort luftvolum.
• Håndbor og vinkelslipere: Gir bærbar kraft med høyt dreiemoment for kapping av metall og tre.
• Blendere og matprosessorer: Høye hastigheter er nødvendig for å knuse matfibre.
Det er to primære støykilder:
• Høyfrekvent børstefriksjon: Kullbørstene og kommutatorsegmentene skaper intense fysiske friksjonslyd og små elektriske gnistpop mens de roterer i titusenvis av omdreininger per minutt.
• Høyhastighets luftstrømspip: Driftsforhold på titusenvis av omdreininger per minutt er langt høyere enn for vanlige induksjonsmotorer (vanligvis maks 3000 o/min). Viftebladene eller rotorkjernen som skjærer gjennom luften ved slike hastigheter genererer høy luftfriksjon og plystrelyd. Dette er også grunnen til at eksklusive hårfønere og støvsugere går over til 'børsteløse DC-motorer med høyt turtall (BLDC)' for mer stillegående drift.