Charles Proteus Steinmetz första jobb efter ankomsten till Amerika var att undersöka problem som uppstod vid utformningen av växelströmsversionen av den borstade kommutatormotorn. Situationen var så dålig att motorer inte kunde utformas före den faktiska konstruktionen.

framgången eller misslyckandet med en motordesign är inte känd förrän den faktiskt är byggd och testad. Han formulerade lagarna om magnetisk Hysteres för att hitta en lösning. Hysteres är en eftersläpning av magnetfältstyrkan jämfört med magnetiseringskraften. Detta ger en förlust som inte finns i DC magnetics.

låg hystereslegeringar och brytning av legeringen i tunna isolerade lamineringar gjorde det möjligt att noggrant utforma växelströmsmotorer innan de byggdes.AC-kommutatormotorer, som jämförbara likströmsmotorer, har högre Startmoment och högre hastighet än AC-induktionsmotorer.

seriemotorn arbetar långt över synkronhastigheten hos en konventionell växelströmsmotor. Växelströmsmotorer kan vara antingen enfas eller poly-fas. Enfas AC-versionen lider av en dubbel linjefrekvensmomentpulsation, som inte finns i polyfasmotorn.

eftersom en kommutatormotor kan arbeta med en mycket högre hastighet än en induktionsmotor, kan den mata ut mer effekt än en liknande induktionsmotor. Kommutatormotorer är dock inte lika underhållsfria som induktionsmotorer på grund av borst-och kommutatorslitage.

enfas serie Motor

om en DC – serie motor utrustad med ett laminerat fält är ansluten till AC, kommer eftersläpningsreaktansen hos fältspolen avsevärt minska fältströmmen. Medan en sådan motor roterar är operationen marginell.

vid start ser ankarlindningar kopplade till kommutatorsegment kortslutna av borstarna ut som kortslutna transformatorsvängningar till fältet. Detta resulterar i avsevärd bågning och gnistning vid borstarna när ankaret börjar vända.

detta är mindre problem när hastigheten ökar, vilket delar bågningen och gnistningen mellan kommutatorsegmenten. Serie AC-motorer mindre än handborrar och köksblandare kan vara okompenserade. (Figur nedan)

okompenserad serie växelströmsmotor

kompenserad seriemotor

ljusbågen och gnistan mildras genom att en kompenserande lindning av statorn placeras i serie med ankaret placerat så att dess magnetomotivkraft (mmf) avbryter utmatningen armatur AC mmf.

ett mindre motorluftspalt och färre fältvarv minskar fördröjningsreaktansen i serie med ankaret som förbättrar effektfaktorn. Alla utom mycket små växelströmsmotorer använder kompenserande lindningar. Motorer så stora som de som används i en köksblandare, eller större, använder kompenserade statorlindningar.

kompenserad serie växelströmsmotor

universalmotor

det är möjligt att designa små (under 300 watt) universalmotorer som körs från antingen DC eller AC. Mycket små universalmotorer kan vara okompenserade. Större universalmotorer med högre hastighet använder en kompensationslindning.

en motor går långsammare på AC än DC på grund av reaktansen som påträffas med AC. Topparna i sinusvågorna mättar emellertid den magnetiska vägen som minskar det totala flödet under DC-värdet, vilket ökar hastigheten på” serie ” – motorn.

sålunda resulterar kompensationseffekterna i en nästan konstant hastighet från DC till 60 Hz. De små linjestyrda apparaterna, såsom borrar, Dammsugare och blandare, som kräver 3000 till 10 000 rpm, använder universalmotorer.

men utvecklingen av solid state likriktare och billiga permanentmagneter gör DC permanentmagnet motorn ett livskraftigt alternativ.

Repulsionsmotor

en repulsionsmotor består av ett fält som är direkt anslutet till växelströmsspänningen och ett par kortslutna borstar som förskjuts med 15 kg till 25 kg från fältaxeln. Fältet inducerar ett strömflöde i den kortslutna ankaret vars magnetfält motsätter sig fältspolarnas.

hastighet kan styras genom att rotera borstarna med avseende på fältaxeln. Denna motor har överlägsen pendling under synkron hastighet, sämre pendling över synkron hastighet. Den låga startströmmen ger högt startmoment.

Repulsion AC motor

Repulsion Start induktionsmotor

När en induktionsmotor driver en hård startbelastning som en kompressor, kan det höga startmomentet för repulsionsmotorn användas. Induktionsmotorns rotorlindningar förs ut till kommutatorsegment för att starta med ett par kortslutna borstar.

Vid nära körhastighet, en centrifugal switch shorts ut alla kommutatorsegment, vilket ger effekten av en ekorre bur rotor. Borstarna kan också lyftas för att förlänga borstens livslängd. Startmomentet är 300% till 600% av fullvarvsvärdet jämfört med under 200% för en ren induktionsmotor.

sammanfattning: AC-kommutatormotorer

• enfas-seriemotorn är ett försök att bygga en motor som en DC-kommutatormotor. Den resulterande motorn är endast praktisk i de minsta storlekarna.
• tillägget av en kompenserande lindning ger den kompenserade seriemotorn, övervinna överdriven kommutator gnistning. De flesta AC-kommutatormotorer är denna typ. Vid hög hastighet ger denna motor mer kraft än en induktionsmotor av samma storlek men är inte underhållsfri.
• Det är möjligt att producera små apparatmotorer som drivs av antingen AC eller DC. Detta är känt som en universell motor.
• AC-linjen är direkt ansluten till statorn på en repulsionsmotor med kommutatorn kortsluten av borstarna.
• infällbara kortslutna borstar kan starta en sårrotorinduktionsmotor. Detta är känt som en repulsion start induktionsmotor.