Комбинированные электродвигатели переменного тока представляют собой специальный класс электрических машин, в которых объединены принципы работы двух различных типов двигателей в одном корпусе. Как правило, это сочетание асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и коллекторного двигателя последовательного или параллельного возбуждения (в контексте работы на переменном токе часто называемого «универсальным коллекторным двигателем», УКД). Основная цель такого комбинирования – получение рабочих характеристик, недостижимых для каждого из двигателей в отдельности, в первую очередь, высокого пускового момента и регулируемой скорости вращения при питании от сети переменного тока стандартной частоты.
Принцип действия комбинированного двигателя основан на сложении электромагнитных моментов, создаваемых двумя независимыми машинами, механически объединенными на одном валу или через редуктор. Управление может осуществляться как раздельно, так и совместно. Существует несколько классических схем включения обмоток комбинированных двигателей.
Конструктивно комбинированные двигатели выполняются в двух основных вариантах:
Ключевыми узлами, требующими особого внимания, являются коллекторно-щеточный узел, подверженный износу и искрению, и система вентиляции, так как комбинированные двигатели часто работают в тяжелых пусковых и регулировочных режимах с повышенными тепловыми потерями.
Характеристики комбинированного двигателя являются суперпозицией характеристик его составляющих. Пусковая характеристика определяется в основном коллекторной частью, что обеспечивает высокий начальный момент. В установившемся режиме доминирующий вклад вносит асинхронная часть, обеспечивая стабильность работы и жесткость характеристики.
Путем изменения соотношения напряжений, подаваемых на разные обмотки, можно существенно менять форму механической характеристики n = f(M). Это позволяет получать как мягкие характеристики (для приложений с большими пусковыми моментами и допустимым просадкой скорости), так и жесткие (для стабильной работы под нагрузкой).
| Параметр | Асинхронный ДАЗ (короткозамкнутый) | Универсальный коллекторный двигатель (УКД) | Комбинированный двигатель |
|---|---|---|---|
| Пусковой момент (от номинального) | 0.7 – 2.0 | 3.0 – 4.0 и выше | 2.5 – 3.5 (регулируемо) |
| Регулирование скорости | Сложное, требует ЧРП | Плавное, в широком диапазоне | Плавное, в широком диапазоне |
| КПД в номинальном режиме | Высокий (75-95%) | Средний (60-70%) | Ниже асинхронного (65-80%) |
| Надежность и обслуживание | Очень высокие | Низкие (износ щеток, коллектора) | Средние (зависит от коллекторной части) |
| Стоимость системы управления | Высокая (для регулируемого привода) | Низкая | Средняя |
Преимущества комбинированных двигателей:
Недостатки комбинированных двигателей:
В настоящее время применение комбинированных двигателей сужено до специфических областей, где их уникальные характеристики критически важны, а недостатки приемлемы. Основные сферы:
С развитием силовой полупроводниковой техники и микропроцессорного управления комбинированные двигатели активно вытесняются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, управляемыми современными частотными преобразователями (ЧРП). ЧРП позволяют получить высокий пусковой момент и широкий диапазон плавного регулирования скорости, лишены коллекторно-щеточного узла и обладают высоким КПД. Однако, для маломощных однофазных применений или в условиях, где необходима максимальная простота и надежность системы управления при работе от сети напрямую, комбинированные двигатели сохраняют свою нишу.
Конденсаторный двигатель — это разновидность однофазного асинхронного двигателя, где для создания пускового или рабочего вращающего поля используется фазосдвигающий конденсатор. Он не имеет коллектора и регулирование его скорости сложно. Комбинированный двигатель всегда содержит коллекторную машину, что принципиально отличает его конструкцию и позволяет легко регулировать скорость.
Да, реверс возможен. Способ зависит от схемы. В схемах с последовательным включением обмоток (например, В.С. Кулебакина) реверс осуществляется переключением полярности напряжения на одной из обмоток (обычно коллекторной). В схемах с раздельным питанием может потребоваться перекоммутация обеих обмоток. Необходимо строго следовать заводской инструкции, чтобы не нарушить направление результирующего момента.
Обслуживание включает: регулярную очистку коллектора от графитовой пыли и нагара, проверку и при необходимости проточку коллектора для устранения биения и бороздообразования, замену изношенных щеток на щетки того же марки и размера, регулировку давления пружин щеткодержателей. Периодичность ТО регламентируется производителем и зависит от режима работы.
Повышенный шум обусловлен двумя основными факторами: аэродинамическим шумом от вентилятора (так как двигатель часто имеет принудительное охлаждение) и электромагнитным шумом, особенно от коллекторной части. Искрение щеток, вибрация пластин коллектора и коммутационные процессы создают широкий спектр акустических помех.
В абсолютном большинстве новых проектов – нет. Частотный привод предлагает более высокую энергоэффективность, точность управления, широкий функционал (защиты, диагностика) и не требует дорогостоящего обслуживания коллекторного узла. Применение нового комбинированного двигателя может быть оправдано только в специфических условиях: необходимость работы от однофазной сети с высокими пусковыми требованиями, взрывобезопасное исполнение (в безыскровом варианте), или в случаях полной невозможности использования полупроводниковой техники.
Срок службы сильно зависит от режима эксплуатации и качества обслуживания коллекторно-щеточного узла. Межремонтный период для тяжелых условий (краны, прессы) может составлять 3-5 лет, для более легких – 7-10 лет. Ресурс щеток – от нескольких сотен до нескольких тысяч часов работы. Общий срок службы двигателя до капитального ремонта (перемотки, замены коллектора) при надлежащем уходе может превышать 15-20 лет.