Универсальный двигатель — это двигатель с последовательным заводом, что означает, что обмотки возбуждения и якоря соединены последовательно, и механически коммутируется щетками и коллектором. Хотя его конструкция очень похожа на двигатель постоянного тока с последовательным заводом, универсальный двигатель включает в себя несколько модификаций, которые позволяют ему должным образом работать на любом постоянном токе или Источник питания переменного тока.

Когда двигатель работает от переменного напряжения, переменный поток создает напряжение реактивного сопротивления, которое ограничивает ток до гораздо более низкого уровня, чем было бы при постоянном напряжении. Чтобы ограничить влияние этой реакции якоря, универсальный двигатель использует компенсационная обмотка, который установлен в пазах статора, под углом 90 градусов к основной обмотке возбуждения и соединен последовательно с якорем и обмоткой возбуждения. (Это устройство называется “с кондуктивной компенсацией”.) Ток, протекающий в каждой катушке компенсирующей обмотки, направлен в направлении, противоположном току в соответствующем контуре якоря вблизи нее. Намотка равных катушек в противоположных направлениях создает эффект подавления, который уменьшает индуктивность и, следовательно, реактивное сопротивление.

Подача переменного тока также вызывает более значительныевихревые токичем образуются, когда двигатель работает от источника постоянного тока. Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, универсальные двигатели используют многослойные сердечники (вместо цельного железа), что увеличивает их сопротивление и уменьшает вихревые токи.

Реакция якоря — это интерференция основного потока поля, вызванная потоком якоря. Это искажение и ослабление основного потока поля изменяет местоположение магнитной нейтральной плоскости, которая является осью, вдоль которой должны располагаться щетки.

Именно благодаря тому, что якорь и обмотки возбуждения соединены последовательно, универсальный двигатель может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Последовательное подключение означает, что обе обмотки питаются от одного и того же источника, поэтому, если источник напряжения меняет полярность, как это происходит при питании от сети переменного тока, оба якоря и токи возбуждения также меняют полярность, а направление крутящего момента не меняется. (Направление вращения меняется на противоположное путем изменения тока в цепи возбуждения.)

Одним из основных преимуществ универсального двигателя является его способность достигать (теоретически) неограниченной скорости, достигая 20 000 оборотов в минуту в реальных условиях применения. Кривая зависимости скорости от крутящего момента, по сути, представляет собой прямую линию между моментом остановки (нулевая скорость) и скоростью холостого хода (нулевой крутящий момент), что означает, что по мере увеличения нагрузки (крутящего момента) скорость уменьшается. Фактически, как и в случае двигателя постоянного тока с последовательным заводом, запуск универсального двигателя без нагрузки (нулевой крутящий момент) может привести к аварийному состоянию, когда скорость увеличивается до тех пор, пока двигатель не начнет разваливаться. Обратная сторона этого явления заключается в том, что универсальные двигатели создают очень хороший пусковой момент (высокий крутящий момент на низких скоростях).

Эта способность работать на очень высоких скоростях означает, что универсальные двигатели хороши для применений, в которых используются быстро вращающиеся компоненты, такие как вентиляторы, фены и пылесосы. А их способность создавать высокий крутящий момент на низких скоростях вращения делает их подходящими для таких применений, как блендеры и портативные дрели. Универсальные двигатели с механической коммутацией, как правило, не подходят для работы в непрерывном режиме из-за необходимости ухода за щетками и их износа. Щетки также делают их относительно шумными, поэтому их основными областями применения являются небольшие бытовые приборы.

Автор изображения: Groschopp, Inc.