موتور یونیورسال

پیشرفت صنعت و افزایش تعداد دستگاه های الکتریکی مورد استفاده در منازل، ادوات و کارگاه های کوچک، نیاز شدید به الکتروموتورهایی را که قادر باشند، از منابع AC تکفاز که در اغلب محل های یاد شده به راحتی قابل دسترسی هستند تغذیه شوند، ایجاب کرد. استفاده از موتورهای AC سری با قدرت های کوچک می تواند در این زمینه راه گشا باشد. موتور یونیورسال نامی است که به این دسته از موتورها اطلاق میشود.

شاید ساده ترین راه برای طرحی موتوری که با منبع تغذیه AC کار کند این است که یک ماشین DC را با استفاده از یک منبع AC به کار بیندازیم.

 

موتور یونیورسال

موتور یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور یونیورسال است .اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC و هم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود ، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدان های مغناطیسی منتجه) همزمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود.

موتور یونیورسال

از آنجایی که موتورهای یونیورسال هم با جریان AC و هم با جریان DC کار می کنند در موتورهای یونیورسال میدان مغناطیسی قطب ها برخلاف موتورهای آسنکرون دوار نیست و سیم پیچ آرمیچر که قسمت گردنده موتور است با سیم پیچ قطب ها سری بسته شده است. پس از عبور جریان از مدار فوق خطوط قوای مغناطیسی قطب ها با خطوط برای برقراری ارتباط قطب ها با آرمیچر که گردان می باشد از قطعه ای بنام کلکتور استفاده می شود. کلکتور از تیغه های مسی کنار هم تشکیل شده است که به شکل استوانه روی محور قرار دارد.

در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظر قرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری نسبت به یک موتور معادل DC خالص خواهد بود. مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه AC را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای DC هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعت های بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آن ها است که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاه هایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.

گشتاور القایی موتور dc با استفاده از رابطه ی زیر بدست می آید :

 tind=k.Ø.Ia

نحوه عملکرد یک موتور یونیورسال در فیلم زیر نمایش داده شده است.

 

ویژگی های موتورهای اونیورسال :

  • عمده موتورها از منبع تغذیه DC یا AC تغذیه می کنند و بعضی دیگر از هر دوی این منابع تغذیه میکنند.
  • از لحاظ ساختاری بسیار شبیه به موتورهای خود تحریک سری می باشند ، اما برای کارکرد با هر دو نوع منبع تغذیه DC و AC طراحی شده اند.
  • اصولا سرعت بالایی دارند ( معمولا بیش از ۱۰۰۰۰ دور بر دقیقه)
  • نسبت قدرت به وزن بالایی را ارائه می دهند.
  • برای تجهیزات قابل حمل مثل دریل های دستی و جاروبرقی ها بسیار مناسب می باشند.

معایب موتورهای اونیورسال :

کارایی کمتر نسبت به موتور DC

هزینه تعمیر و نگهداری زیاد

استفاده از کموتاتور

موتور DC تحریک سری را که شماتیک آن در شکل زیر آورده شده است به یک منبع ولتاژ AC متصل کنیم چه اتفاقی می افتد. انتظار دارید نچرخد؟ منبع ولتاژ متناوب باعث معکوس شدن جریان در هر نیم سیکل در سیم پیچی موتور می گردد. حال بیایید به قانون دست چپ الکتروموتور DC مجددا نگاهی بیاندازیم. قبلا توضیح دادیم که طبق این قانون هنگامی جهت گردش موتور تغییر می کند که جهت میدان مغناطیسی یا جریان گذرنده از آرمیچر تغییر کند. در موتور سری هر دوی این ها با هم سری هستند و تعویض پلاریته که در کار با ولتاژ متناوب در هر نیم سیکل رخ می دهد باعث تغییر جهت هر دو می شود و از این رو جهت دوران ثابت باقی می ماند و موتور می تواند در یک جهت گشتاور تولید کرده و به دوران خود ادامه دهد. خیلی ساده به نظر می رسد. جهت کار در ولتاز AC بهینه سازی هایی نظیر ورقه ورقه کردن هسته و … انجام شده است که موتور را برای کار در هر دو نوع ولتاژ بهینه کرده است.

اکر قطب ولتاژ اعمال شده به یک موتور DC موازی یا سری عکس شود هم جهت شار میدان و هم جهت جریان آرمیچر عوض می شود و گشتاور القایی حاصل در همان جهت قبل است. بنابراین می توان با موتور DC متصل به به منبع تغذیه AC یک گشتاور نوسانی اما یک جهته بدست آورد.

چنین طرحی برای موتور DC سری عملی است چون جریان آرمیچر و جریان میدان ماشین باید دقیقا در یک زمان عکس شوند. در موتورهای DC موازی القایی کنایی بسیار بزرگ میدان عکس شدن جریان میدان را به تاخیر می اندازد درنتیجه آن مقدار متوسط گشتاور القا شده درموتور به میزان غیرقابل قبولی کاهش می یابد .

برای اینکه موتور DC بتواند به طور موثری با تغذیه AC کار کند قطب های میدان و قاب استاتور آن باید کاملا لایه لایه باشد. در غیر این صورت تلفات هسته بسیار زیاد خواهد بود. اگر قطب ها و قاب استاتور چنین موتوری لایه لایه باشد به موتور حاصل یونیورسال می گویند چون می تواند هم با منبع ac و هم با منبع DC کار کند.

وقتی که این موتور با منبع AC کار می کند کموتاسیون آن بسیار ضعیف تر از حالتی است که با منبع DC کار می کند . به علت عمل ترانسفورماتوری که در پیچک های در حال کموتاسیون ولتاژ القا می کند در جاروبک ها جرقه های اضافی ایجاد می شود . این جرقه ها به میزان زیادی عمر جاروبک ها را کم می کند و می تواند در محیط های خاصی منبع پارازیت رادیویی باشد .

کاربرد موتورهای یونیورسال :

به خاطر اینکه سرعت ثابتی ندارد و موتور جمع وجوری است در جاهایی که سبکی و گشتاور زیاد ملاک باشد کاربرد دارد مانند : جاروبرقی – مته – لوازم آشپزخانه

کنترل سرعت موتورهای یونیورسال :

بهترین راه کنترل سرعت موتور یونیورسال تغییر مقدار موثر ولتاژ ورودی موتور یونیورسال است . هرچه قدر مقدار موثر ولتاژ ورودی بیشتر باشد سرعت این موتور بیشتر می شود . در عمل ولتاژ متوسط اعمال شده به چنین موتوری را با یکی ازمدارهای شامل SCR یا TRIAC تغییر داد