FyzWeb  články

Elektromotor

Jak již tedy víme, že zásadní součástkou vysavače je ventilátor, který však musí být poháněn motorem.


Obr. 1 Motor uvnitř vysavače

Vysavač připojujeme do zásuvky na 230 V a tedy na jednu fázi. Uvnitř vysavače stejně jako ve většině domácích spotřebičů najdeme jednofázový komutátorový sériový motor. Někdy se mu také říká univerzální, protože funguje, i když ho budeme napájet stejnosměrným napětím. Jeho konstrukce je také téměř stejná jako u stejnosměrného motoru. Pro jednoduchost se tedy budeme nejdříve zabývat motorem stejnosměrným.


Obr. 2 Schéma zapojení sériového motoru

Jako každý motor má dvě hlavní části nepohyblivý stator a otáčející se rotor. Stator je tvořen dvěma cívkami s jádrem. Protože při průchodu proudu cívkou vzniká magnetické pole, působí tyto cívky jako dva elektromagnety. Rotor se skládá z hřídele, na níž jsou rotorové plechy, ve kterých je v drážkách uloženo vinutí (cívky) rotoru. Vinutí statoru a rotoru je zapojeno do série (viz obr. 2). Protože se ale rotor otáčí, nemohou být propojeny drátem, k tomu slouží zařízení zvané komutátor (proto sériový komutátorový motor). Komutátor je váleček tvořený lamelami z vodivé slitiny mědi, které jsou odděleny slídou (viz obr. 5). Na tyto lamely jsou naletovány vývody rotorového vinutí. Na statoru jsou upevněny takzvané kartáče. Ty jsou tvořeny uhlíky, které jsou upevněny v drážkách a přitlačovány pružinou ke komutátoru (viz obr. 6).


Obr. 3 Pohled do vnitřku motoru



Obr. 4 Popis rotoru a statoru motoru



Obr. 5 Detail komutátoru



Obr. 6 Pohled na motor vysavače a na uchycení uhlíků


A nyní již k tomu, jak motor funguje. Proud, který protéká vinutím statoru, vytváří magnetické pole (viz obr. 7 A). Jeho orientaci určíme podle Ampérova pravidla pravé ruky, tj. prsty pravé ruky musí ukazovat dohodnutý směr proudu tekoucího cívkou a palec nám pak ukáže směr indukčních čar (od severního pólu k jižnímu). Vinutím rotoru však také prochází proud a také vytváří magnetické pole (viz obr. 7 B). Rotor je však navinut tak, že jeho orientace je taková, že výsledná síla na něj působí není nulová a stejně jako magnetku v magnetickém poli ho natočí tak, aby jeho jižní pól směřoval k severnímu pólu a naopak jeho severní pól k jižnímu. Směr působící síly můžeme také určit podle Flemingova pravidla levé ruky, tj. levou ruku natočíme tak, aby její prsty ukazovaly dohodnutý směr proudu ve vodivé smyčce v rotoru a indukční čáry magnetického pole vytvořeného statorem vstupovaly do dlaně. Palec nám pak ukáže směr působící síly (viz obr. 8 B). Takto by se rotor jen natočil do polohy, kde by byl výsledný moment sil na něj působících nulový. Na to, aby se rotor roztočil potřebujeme změnit směr proudu ve vinutí rotoru. K tomu slouží komutátor (viz obr. 8). Aby otáčení rotoru bylo stejnoměrné, je na rotoru více vinutí (cívek), které jsou rozloženy po obvodu kotvy.


Obr. 7 A - směr magnetické indukce budícího pole statoru
B - zeleně - směr magnetické indukce vodivé smyčky, červeně - směr síly působící na vodič s proudem, vzniká moment síly, který smyčku otočí (směr otáčení fialově)


Obr. 8 Princip komutátoru, červeně - směr síly, modře - magnetická indukce pole statoru

Díky tomu, že má univerzální motor zapojeno vynutí statoru a rotoru do série, můžeme ho připojit na stejnosměrný i na střídavý proud. Při napájení střídavým proudem pracuje stejně jako stejnosměrný motor, neboť, i když protéká vinutím rotoru a statoru proud pokaždé jiné polarity, na vodiče působí vždy síla stejného směru, protože vinutí jsou v sérii, a tak se v nich polarita proudu mění současně (viz obr. 9). Tyto motory mají přece jen několik odlišností od stejnosměrných motorů. Protože vinutím protéká střídavý proud, musí být stator i rotor složen z elektroplechů, aby se snížily ztráty způsobené vířivými proudu (podobně jako u transformátoru se nepoužívá plné jádro, ale listové).


Obr. 9 V sériovém zapojení statoru a rotoru se směry působících sil, a tedy i směr otáčení, při změně polarity nezmění.

Protože vinutí motoru klade střídavému proudu odpor (daný impedancí). Dochází k fázovému posunu proud a napětí, a proto není jalový výkon motoru nulový. Kvůli jeho zmenšení jsou tyto motory vyráběny s menším počtem závitů budícího vinutí.

Otáčky těchto motorů jsou velmi závislé na jeho zátěži. Pokud by takovýto motor běžel naprázdno, bez zátěže, roztočil by se tak rychle, že by mohlo dojít i k jeho poškození. Proto jsou tyto motory pevně spojovány s nějakou zátěží. V případě vysavače je to ventilátor. Otáčky motoru jdou snadno regulovat změnou efektivního napětí. Moment síly působící na cívku v magnetickém poli je dán vztahem:


B . . . . . . . . indukce magnetického pole vytvořeného statorem

I. . . . . . . . . proud protékající cívkou rotoru



Díky tomu, že vinutí statoru a rotoru jsou zapojena v sérii, je navíc i magnetická indukce B také závislá na proudu, který vinutím protéká (s rostoucím proudem roste). Proto když omezíme napětí, snížíme samozřejmě i proud, a tak se zmenší moment síly působící na rotor a snížíme tím otáčky motoru. Snížit napětí na motoru můžeme sériovým zařazením proměnného rezistoru. Dnes se však používá spíše polovodičových součástek, nejčastěji tyristorů nebo triaků.

Na motoru najdete také kondenzátor, který slouží k jeho odrušení.