Striedavé komutátorové motory (bežne známe ako jednofázové univerzálne motory) sa široko používajú vo vysokorýchlostných domácich spotrebičoch, ako sú vysávače a fény. Ich statorové a rotorové vinutia sú zapojené do série. Aj keď sú napájané striedavým prúdom (AC), ktorý neustále mení smer, magnetické póly statora a rotora menia svoju polaritu súčasne, čím sa udržiava stály smer krútiaceho momentu.
Na rozdiel od permanentných magnetov pri jednosmerných komutátorových motoroch sa stator striedavého komutátorového motora skladá zo sady elektromagnetických cievok. Pri privedení striedavého prúdu sa polarita (póly N/S) elektromagnetu statora strieda so smerom striedavého prúdu.
„Sériové vinutie (sériovo budený)“ motora znamená, že prúd zo zdroja striedavého napájania najprv preteká statorovými elektromagnetickými cievkami, potom cez uhlíkové kefy a segmenty komutátora do rotorových cievok a nakoniec sa vracia do zdroja. To znamená, že prúdy pretekajúce statorom a rotorom sa menia v dokonalej synchronizácii.
Keď sa striedavý prúd zmení z kladného na záporný, magnetické pole statora sa obráti (napr. ľavá strana sa zmení z N na S). V tom istom okamihu sa obráti aj prúd pretekajúci cievkami rotora, čo spôsobí, že magnetické póly rotora zmenia polaritu synchrónne! Podľa zákonov magnetickej príťažlivosti platí, že keďže sa oba magnetické póly obráti súčasne, smery odpudzovania a priťahovania sa nezmenia, a motor sa naďalej otáča vo svojom pôvodnom smere!
V tejto interaktivnej ukážke môžete vidieť fyzikálny stav univerzálneho motora pohánaného jednofázovým striedavým prúdom (AC 220V). Počas kladnej aj zápornej polvlny sínusového striedavého prúdu sa smer magnetického poľa elektromagnetu statora a polarita vinutia rotora preklápajú spoločne. Tým sa udržiava výsledný krútiaci moment smerujúci v smere hodinových ručičiek, čo v kombinácii so segmentovým spínaním komutátora umožňuje motoru bežať hladko a pri vysokej rýchlosti pod striedavým prúdom.
Načítavanie...
| Krok | Stav polcyklu AC | Polarita statora (Ľavá/Pravá) | Segment kontaktu kefy (+) | Segment kontaktu kefy (-) | Stav elektromagnetického krútiaceho momentu |
|---|
Stator jednosmerného motora je permanentný magnet, ktorého smer magnetického poľa je pevný. Pri pripojení k striedavému prúdu sa pri obrátení prúdu smer magnetického poľa statora nezmení, ale prúd pretekajúci cievkou rotora sa obráti, čo spôsobí aj obrátenie elektromagnetického krútiaceho momentu. Výsledkom je, že motor bude v 50Hz striedavom magnetickom poli iba oscilovať alebo prudko vibrovať sem a tam, pričom sa nebude otáčať v jednom smere. Naproti tomu, keďže stator a rotor univerzálneho motora sú zapojené do série, ich polarity sa obracajú synchrónne („dva zápory dajú kladnú hodnotu“), čo motoru umožňuje hladko sa otáčať v jednom smere.
Univerzálny motor (tiež známy ako sériový motor) sa tak nazýva preto, že môže pracovať na jednofázový striedavý (AC) aj jednosmerný (DC) prúd. Pretože jeho prevádzkový krútiaci moment závisí iba od súčinu smerov prúdu statora a rotora, privedenie jednosmerného alebo striedavého prúdu generuje hnací moment v rovnakom smere. Ponúka extrémne vysoké otáčky, jednoduchú reguláciu otáčok zmenou napätia a je veľmi nákladovo efektívny.
Sú široko používané v domácich spotrebičoch a elektrickom náradí, ktoré vyžadujú extrémne vysoké otáčky a silný krútiaci moment na relatívne krátky čas. Príklady zahŕňajú:
• Vysávače: Vysoké otáčky sú potrebné na vytvorenie podtlakového sania (zvyčajne 20 000 až 40 000 ot./min).
• Fény na vlasy: Vysokorýchlostné obežné kolesá sú potrebné na zaistenie veľkého prietoku vzduchu.
• Ručné vŕtačky a uhlové brúsky: Poskytujú prenosný výkon s vysokým krútiacim momentom na rezanie kovu a dreva.
• Mixéry a kuchyňské roboty: Vysoké otáčky sú potrebné na drvenie potravinových vlákien.
Existujú dva hlavné zdroje hluku:
• Vysokofrekvenčné trenie kief: Uhlíkové kefy a segmenty komutátora pri rotácii v desiatkach tisíc otáčok za minútu vytvárajú intenzívne zvuky fyzického trenia a drobné elektrické iskrenie.
• Vysokorýchlostné hvízdanie vzduchu: Prevádzkové otáčky v desiatkach tisíc ot./min sú oveľa vyššie ako u štandardných indukčných motorov (zvyčajne max. 3 000 ot./min). Lopatky ventilátora alebo jadro rotora prerezávajúce vzduch pri týchto otáčkach vytvárajú hlasné trenie vzduchu a hvízdanie. To je tiež dôvod, prečo špičkové fény a vysávače prechádzajú na „vysokorýchlostné bezkefové jednosmerné motory (BLDC)“ pre tichšiu prevádzku.