AC-borstmotorer (allmänt kända som enfasiga universella motorer) används ofta i högvarviga hushållsapparater som dammsugare och hårtorkar. Deras stator- och rotorlindningar är seriekopplade. Även når de matas med växelström (AC) som ständigt ändrar riktning, ändrar magnetpolerna hos statorn och rotorn polaritet samtidigt, vilket bibehåller en konstant riktning på rotationsmomentet.
Till skillnad från de permanenta magneterna i DC-borstmotorer, består statorn i en AC-borstmotor av en uppsättning elektromagnetiska spolar. När växelström tillförs växlar statorelektromagnetens polaritet (N/S-poler) med växelströmmens riktning.
Motorns seriekopplade (serie-exciterade) struktur innebär att strömmen från växelströmskällan först flyter genom statorns elektromagnetiska spolar, sedan genom kolborstarna och kommutatorsegmenten in i rotorlindningarna, och slutligen återvänder till strömkällan. Detta innebär att strömmen som flyter genom statorn och rotorn ändras i perfekt synkronisering.
Når växelströmmen växlar från positiv till negativ, reverseras statorns magnetfält (t.ex. ändras den vänstra sidan från N till S). I exakt samma ögonblick reverseras även strömmen som flyter genom rotorns spolar, vilket gör att rotorns magnetpoler ändrar polaritet i synk! Enligt lagarna för magnetisk attraktion, eftersom båda magnetpolerna reverseras samtidigt, ändras inte riktningen för bortstötning och attraktion, och motorn fortsätter att rotera i sin ursprungliga riktning!
I denna interaktiva demonstration kan du se det fysiska tillståndet för en universell motor driven av enfas växelström (AC 220V). Under både den positiva och negativa halvperioden av den sinusformade växelströmmen vänds statorelektromagnetens magnetfältsriktning och rotorlindningens polaritet tillsammans. Detta gör att det resulterande rotationsmomentet alltid pekar medsols, vilket, i kombination med den segmenterade omkopplingen av kommutatorn, gör att motorn går smidigt och med hög hastighet under växelström.
Laddar...
| Steg | AC-halvperiodsstatus | Statorpolariteit (Vänster/Höger) | Borste (+) kontaktseg. | Borste (-) kontaktseg. | Elektromagnetisk vridmomentstatus |
|---|
Statorn i en DC-borstmotor är en permanentmagnet vars magnetfältsriktning är fast. Om den ansluts till växelström (AC) förblir statorns magnetfältsriktning oförändrad när strömmen vänder, alelströmsmotorn men strömmen som flyter in i rotorspolen vänder, vilket gör att även det elektromagnetiska vridmomentet vänder. Resultatet blir att motorn endast oscillerar eller vibrerar våldsamt fram och tillbaka i det 50Hz växlande magnetfältet, utan att rotera i en riktning. Däremot, eftersom statorn och rotorn hos en universell motor är seriekopplade, vänder deras polariteter synkront ('två minus blir ett plus'), vilket gör att motorn kan rotera smidigt i en enda riktning.
En universell motor (även känd som en seriemotor) har fått sitt namn eftersom den kan köras på antingen enfas växelström (AC) eller likström (DC). Eftersom dess drivmoment endast beror på produkten av statorns och rotorns strömriktningar, genererar inkoppling av antingen likström eller växelström drivmoment i samma riktning. Den erbjuder extremt höga varvtal, enkel hastighetsreglering via spänningsreglering och är mycket kostnadseffektiv.
De används i stor utsträckning i hushållsapparater och elverktyg som kräver extremt höga hastigheter och starkt vridmoment under relativt korta tidsperioder. Exempel inkluderar:
• Dammsugare: Höga hastigheter krävs för att generera undertryck för sugkraft (vanligtvis 20 000 till 40 000 varv/min).
• Hårtorkar: Höghastighetshjul behövs för att leverera stor luftvolym.
• Handborrmaskiner och vinkelslipar: Ger bärbar kraft med högt vridmoment för kapning av metall och trä.
• Blenders och matberedare: Höga hastigheter behövs för att krossa livsmedelsfibrer.
Det finns två huvudsakliga bullerkällor:
• Högfrekvent borstfriktion: Kolborstarna och kommutatorsegmenten skapar intensiva fysiska friktionsljud och små elektriska gnistbildningar när de roterar i tiotusentals varv per minut.
• Höghastighetsluftvissling: Drifthastigheter på tiotusentals varv per minut är mycket högre än för vanliga induktionsmotorer (vanligtvis max 3 000 varv/min). Fläktbladen eller rotorkärnan som skär genom luften i dessa hastigheter genererar högljudd luftfriktion och visslande ljud. Detta is också anledningen till att avancerade hårtorkar och dammsugare övergår till 'borstlösa likströmsmotorer (BLDC)' för tystare drift.