AC整流子モーター

アメリカに到着した後のチャールズプロテウススタインメッツの最初の仕事は、ブラシ付き整流子モーターの交流バージョンの設計で遭遇した問題を調査することでした。状況が非常に悪かったため、実際の建設に先立ってモーターを設計することはできませんでした。

モーター設計の成功または失敗は、実際に構築されてテストされるまでわかりません。彼は磁気ヒステリシスの法則を定式化しました 解決策を見つける際に。ヒステリシスは、磁力に比べて磁場の強さが遅れています。これにより、DC磁気には存在しない損失が発生します。

低ヒステリシス合金と合金を薄い絶縁ラミネーションに分解 構築前にAC整流子モーターを正確に設計することが可能になりました。

AC整流子モーターは、同等のDCモーターと同様に、AC誘導モーターよりも始動トルクと速度が高くなります。

直列モーターは、従来のACモーターの同期速度をはるかに上回って動作します。 AC整流子モーターは、単相または多相のいずれかです。単相ACバージョンは、多相モーターには存在しない、二重線周波数のトルク脈動を受けます。

整流子モーターは誘導モーターよりもはるかに高速で動作できるため、同様のサイズの誘導モーターよりも多くの電力を出力できます。ただし、整流子モーターは、ブラシと整流子の摩耗のため、誘導モーターほどメンテナンスフリーではありません。

単相シリーズモーター

積層界磁を備えたDCシリーズモーターがACに接続されている場合、界磁コイルの遅れリアクタンスは界磁電流を大幅に減少させます。このようなモーターは回転しますが、動作はわずかです。

始動中、ブラシによって短絡された整流子セグメントに接続された電機子巻線は、短絡した変圧器が界磁に向かうように見えます。これにより、アーマチュアが回転し始めると、ブラシでかなりのアーク放電とスパークが発生します。

整流子セグメント間でアーク放電とスパークを共有する速度が上がるにつれて、これはそれほど問題にはなりません。遅れリアクタンスとアーク放電ブラシは、高速で動作する非常に小さな補償されていない直列ACモーターでのみ許容されます。ハンドドリルやキッチンミキサーよりも小さいシリーズACモーターは補償されない場合があります。 （下の図）

補償されていないシリーズACモーター

補償シリーズモーター

アーク放電とスパークは、補償巻線を配置することで軽減されます。 起磁力（mmf）が電機子ACmmfを打ち消すように配置された電機子と直列の固定子。

モーターのエアギャップが小さく、界磁回転が少ないため、電機子と直列の遅れリアクタンスが減少し、力率が向上します。非常に小さいAC整流子モーターを除くすべてのモーターは、補償巻線を採用しています。キッチンミキサーで使用されているものと同じかそれ以上の大きさのモーターは、補償された固定子巻線を使用します。

補償シリーズACモーター

ユニバーサルモーター

小型（300ワット未満）の​​ユニバーサルモーターを設計することが可能です。 DCまたはACのいずれかから実行されます。非常に小さいユニバーサルモーターは補償されない場合があります。より大型の高速ユニバーサルモーターは、補償巻線を使用します。

ACで発生するリアクタンスのため、モーターはDCよりもACで低速で動作します。ただし、正弦波のピークは磁路を飽和させ、総磁束をDC値未満に減らし、「直列」モーターの速度を上げます。

したがって、オフセット効果により、DCから60Hzまでほぼ一定の速度が得られます。ドリル、掃除機、ミキサーなど、3000〜10,000 rpmを必要とする小型の電気器具は、ユニバーサルモーターを使用します。

ただし、ソリッドステート整流器と安価な永久磁石の開発により、DC永久磁石モーターは実行可能な代替手段になっています。

反発モーター

反発モーターは、ACライン電圧に直接接続されたフィールドと、15 °オフセットされた1対の短絡ブラシで構成されます。 25 °まで フィールド軸から。磁場は、短絡したアーマチュアに電流を誘導します。アーマチュアの磁場は、界磁コイルの磁場に対抗します。

速度は、フィールド軸に対してブラシを回転させることで制御できます。このモーターは、同期速度より下の転流が優れており、同期速度より上では転流が劣っています。始動電流が小さいと始動トルクが高くなります。

反発ACモーター

反発始動誘導電動機

誘導電動機が圧縮機のような硬い始動負荷を駆動する場合、反発電動機の高い始動トルクを使用することができます。誘導電動機の回転子巻線は、短絡したブラシのペアで始動するために整流子セグメントに引き出されます。

ほぼ走行速度では、遠心スイッチがすべての整流子セグメントを短絡し、かご形回転子の効果をもたらします。ブラシを持ち上げて、ブラシの寿命を延ばすこともできます。始動トルクは、純粋な誘導モーターの200％未満と比較して、全速力値の300％から600％です。

概要：AC整流子モーター

• 単相直列モーター DC整流子モーターのようなモーターを構築する試みです。結果として得られるモーターは、最小サイズでのみ実用的です。
• 補償巻線を追加すると、補償された直列モーターが得られます。 、過剰な整流子の火花を克服します。ほとんどのAC整流子モーターはこのタイプです。高速では、このモーターは同じサイズの誘導モーターよりも多くの電力を供給しますが、メンテナンスフリーではありません。
• ACまたはDCのいずれかを動力源とする小型の電化製品モーターを製造することが可能です。これはユニバーサルモーターとして知られています 。
• ACラインは反発モーターの固定子に直接接続されています ブラシで整流子を短絡します。
• 引き込み式の短絡ブラシは、巻線型ローター誘導モーターを始動させる場合があります。これは、反発開始誘導モーターとして知られています。