pierwszym zadaniem Charlesa Proteusa Steinmetza po przybyciu do Ameryki było zbadanie problemów napotkanych przy projektowaniu wersji szczotkowanego silnika komutatorowego z prądem zmiennym. Sytuacja była tak zła, że silniki nie mogły być zaprojektowane przed rzeczywistą konstrukcją.

sukces lub niepowodzenie konstrukcji silnika nie jest znane, dopóki nie zostanie faktycznie zbudowany i przetestowany. Sformułował prawa histerezy magnetycznej w znalezieniu rozwiązania. Histereza jest opóźnieniem siły pola magnetycznego w porównaniu do siły namagnesowania. Powoduje to stratę nie występującą w magnesach PRĄDU STAŁEGO.

stopy o niskiej histerezie i rozbicie stopu na cienkie izolowane laminaty umożliwiły dokładne zaprojektowanie silników KOMUTATOROWYCH AC przed budową.

silniki KOMUTATOROWE AC, podobnie jak porównywalne silniki PRĄDU STAŁEGO, mają wyższy moment rozruchowy i wyższą prędkość niż silniki indukcyjne AC.

silnik serii działa znacznie powyżej prędkości synchronicznej konwencjonalnego silnika PRĄDU PRZEMIENNEGO. Silniki KOMUTATOROWE prądu przemiennego mogą być jednofazowe lub wielofazowe. Jednofazowa wersja AC posiada pulsację momentu obrotowego o podwójnej częstotliwości liniowej, nie występującą w silniku polifazowym.

ponieważ silnik komutatora może pracować z dużo większą prędkością niż silnik indukcyjny, może wytwarzać więcej mocy niż silnik indukcyjny o podobnej wielkości. Jednak silniki komutatorowe nie są tak bezobsługowe jak silniki indukcyjne, ze względu na zużycie szczotki i komutatora.

silnik jednofazowy

Jeśli silnik serii DC wyposażony w pole laminowane jest podłączony do prądu przemiennego, opóźniona reaktancja cewki pola znacznie zmniejszy prąd pola. Podczas gdy taki silnik będzie się obracał, operacja jest marginalna.

podczas uruchamiania uzwojenia twornika połączone z segmentami komutatora zwartymi przez szczotki wyglądają jak zwarte transformatory obracające się w pole. Powoduje to znaczne łuki i iskrzenie na szczotkach, gdy twornik zaczyna się obracać.

jest to mniejszy problem, ponieważ zwiększa się prędkość, która dzieli łuk i iskrzenie między segmentami komutatora opóźniona reaktancja i szczotki łukowe są tolerowane tylko w bardzo małych, niezrównanych silnikach serii AC pracujących z dużą prędkością. Silniki prądu przemiennego serii mniejsze niż Wiertarki ręczne i miksery kuchenne mogą być nieskompensowane. (Rysunek poniżej)

Silnik PRĄDU PRZEMIENNEGO bez kompensacji

silnik z kompensacją szeregową

łuk i iskrzenie są łagodzone przez umieszczenie uzwojenia kompensacyjnego stojana szeregowo z twornikiem ustawionym tak, że jego siła magnetomotoryczna (mmf) anuluje się armatura AC mmf.

mniejsza szczelina powietrzna silnika i mniejsza liczba obrotów pola zmniejszają opóźnioną reaktancję szeregowo, a twornik poprawia współczynnik mocy. Wszystkie, ale bardzo małe silniki KOMUTATOROWE prądu przemiennego wykorzystują uzwojenia kompensacyjne. Silniki tak duże, jak te stosowane w mikserze kuchennym lub większe, wykorzystują skompensowane uzwojenia stojana.

kompensowany silnik PRĄDU PRZEMIENNEGO

silnik uniwersalny

możliwe jest zaprojektowanie małych (poniżej 300 W) silników uniwersalnych, które pracują z DC lub AC. Bardzo małe silniki uniwersalne mogą być bez kompensacji. Większe silniki uniwersalne o wyższej prędkości wykorzystują uzwojenie kompensacyjne.

silnik będzie działał wolniej na AC niż DC ze względu na reaktancję napotkaną z AC. Jednak piki fal sinusoidalnych nasycają ścieżkę magnetyczną zmniejszając całkowity strumień poniżej wartości DC, zwiększając prędkość silnika „szeregowego”.

tak więc efekty kompensacyjne powodują prawie stałą prędkość od DC do 60 Hz. Małe urządzenia, takie jak wiertarki, odkurzacze i mieszalniki, wymagające od 3000 do 10 000 obr. / min, wykorzystują silniki uniwersalne.

jednak rozwój prostowników półprzewodnikowych i niedrogich magnesów trwałych sprawia, że silnik z magnesami trwałymi DC jest realną alternatywą.

Silnik odpychania

silnik odpychania składa się z pola bezpośrednio podłączonego do napięcia sieciowego AC i pary zwartych szczotek przesuniętych o 15°do 25° od osi pola. Pole to indukuje przepływ prądu do zwartej armatury, której pole magnetyczne przeciwstawia się polu magnetycznemu zwojów pola.

prędkość może być kontrolowana przez obracanie szczotek względem osi pola. Silnik ten ma lepszą komutację poniżej prędkości synchronicznej, gorszą komutację powyżej prędkości synchronicznej. Niski Prąd rozruchowy wytwarza Wysoki Moment rozruchowy.

Silnik PRĄDU PRZEMIENNEGO odpychania

Silnik Indukcyjny odpychania rozruchu

gdy silnik indukcyjny napędza twarde obciążenie rozruchowe jak sprężarka, można zastosować Wysoki Moment rozruchowy silnika odpychania. Uzwojenia wirnika silnika indukcyjnego są wyprowadzane do segmentów komutatora w celu uruchomienia przez parę zwartych szczotek.

przy zbliżonej prędkości obrotowej przełącznik odśrodkowy wyłącza wszystkie segmenty komutatora, dając efekt wirnika klatki wiewiórki. Szczotki można również podnosić, aby przedłużyć żywotność pędzla. Moment rozruchowy wynosi od 300% do 600% wartości pełnej prędkości w porównaniu do poniżej 200% dla czystego silnika indukcyjnego.

podsumowanie: silniki komutatorów prądu przemiennego

• silnik serii jednofazowej jest próbą zbudowania silnika podobnego do silnika komutatora PRĄDU STAŁEGO. Powstały silnik jest praktyczny tylko w najmniejszych rozmiarach.
• dodanie uzwojenia kompensacyjnego daje kompensowany silnik szeregowy, pokonując nadmierne iskrzenie komutatora. Większość silników KOMUTATOROWYCH AC jest tego typu. Przy dużej prędkości silnik ten zapewnia więcej mocy niż silnik indukcyjny tej samej wielkości, ale nie jest bezobsługowy.
• możliwe jest wytwarzanie małych silników urządzeń zasilanych prądem przemiennym lub stałym. Jest to znany jako uniwersalny silnik.
• linia AC jest bezpośrednio połączona ze stojanem silnika odpychającego z komutatorem zwartym przez szczotki.
• wysuwane szczotki zwarte mogą uruchomić silnik indukcyjny nawiniętego wirnika. Jest to znane jako silnik indukcyjny odpychania.