موتور یونیورسال

جارو برقی. سیم‌پیچ‌های هر دو طرف به سمت عقب از جنس سیم مسی هستند. روکش هسته آهنی روتور خاکستری است. با شکاف‌های تیره‌تر برای سیم پیچهای با کارایی بالا. همین‌طور شکل کموتاتور فلزی از استفاده زیاد تیره شده‌است. قطعه بزرگ قهوه‌ای پلاستیکی در جلوی عکس راهنماهای قلم مو و برس (هر دو طرف) و همچنین یاتاقان موتور جلو را پشتیبانی می‌کند.
موتور یونیورسال یک نوع از موتور است که هم با منبع ac و هم با منبع dc کار می‌کند این یک نوع موتور خودتحریک با سیم پیچی سری است که سیم پیچی‌های استاتور به وسیله کموتاتور به سیم پیجی‌های روتور وصل شده‌است. اغلب به عنوان موتور ac سری از آن یاد می‌شود. موتور یونیورسال در ساختار خیلی شبیه به موتور سری جریان مستقیم است ولی به مقداری تغییرات اندک نیاز دارد تا بتواند با منبع تغذیه جریان متناوب به خوبی کار کند. این نوع از موتور می‌تواند خیلی خوب با جریان متناوب کار کند تنها به دلیل اینکه جهت جریان میدان ماشین و جهت جریان آرمیچر همزمان با منبع تغییر پیدا می‌کند. در نتیجه نیروی مکانیکی خارجی در یک جهت چرخش ثابت ایجاد می‌شود. این جهت کاملا مستقل از جهت ولتاژ ورودی است ولی جهت آن با توجه به قطعات کموتاتور و قطب‌های هسته اصلی مشخص می‌شود.
موتورهای یونیورسال گشتاور اولیه بالایی دارند که می‌تواند در سرعت بالا شروع به کار کند. وزن کمی دارند و همچنین بسیار جمع و جور هستند. از آنها اکثرا در ابزارها و تجهیزات قابل حمل قدرتی استفاده می‌شود مثل خیلی از دستگاه‌های داخل خانه و ساختمان. همچنین آنها در مقایسه با بقیه خیلی راحت‌تر کنترل می‌شوند می‌توان به صورت الکترومغناطیسی کنترل کرد با استفاده از سیم پیچی قابل تنظیم یا به صورت الکترونیکی (تنظیم ولتاژ ورودی).
کموتاتور جاروبک‌هایی دارد در نتیجه برای استفاده مداوم اغلب استفاده نمی‌شوند. علاوه بر این بیشتر به خاطر کموتاتور موتور یونیورسال بیشتر مواقع خیلی پر سر و صدا هستند هم از لحاظ آکوستیک و هم از لحاظ الکترومغناطیس.
خواص
هسته موتورهای یونیورسال با هسته روتور و کماتور به صورت سری بسته شدند.
مدار معادل
این‌طور نیست که همه موتورهای جریان مستقیم وقتی به منبع جریان متناوب وصل می‌شوند خوب کار کنند. اگر یک موتور سری جریان مستقیم معمولی به منبع جریان متناوب وصل شود خیلی ضعیف کار می‌کند. موتور یونیورسال در چند قدم تغییراتی پیدا کرده‌است تا بتواند به خوبی با منبع جریان متناوب کار کند. استفاده از سیم پیچی جبران کننده که اغلب اضافه می‌شود به همراه لایه لایه ساختن قطب‌ها بر خلاف قطب‌های یکپارچه در موتورهای جریان مستقیم. یک آرمیچر موتور یونیورسال نسبت به موتور جریان مستقیم اغلب بیشتر سیم پیچ و صفحات در داخل خود دارد. در نتیجه کمتر سیم پیچی به ازای هر سیم پیچی خواهیم داشت که باعث کم شدن اندوکتانس موتور می‌شود.
بهره‌وری
حتی وقتی که ما برای موتور یونیورسال از منبع متانوب استفاده می‌کنیم این نوع موتورها می‌توانند چرخشی با فرکانس بیشتر از منبع تغذیه اصلی داشته باشیم و چون اغلب مشخصه‌های موتور با سرعت بهتر می‌شوند در نتیجه موتورهایی با وزن کم و قدرتمند خواهیم داشت. به هر حال موتورهای یونیورسال معمولا ناکار آمد هستند :حدود ۳۰ درصد موتورهای با سایز کوچک و ۷۰–۷۵ درصد موتورهای سایز بزرگ
گشتاور-سرعت ویژگی
موتورهای سری در مواجه شدن با افزایش بار کند می‌شوند؛ جریان افزایش میابد و گشتاور متناسب با مربع جریان افزایش میابد تا وقتی که جریان یکسانی در آرمیچر و سیم بندی جبران کننده جاری شود. اگر موتور خاموش باشد جریان تنها با مقاومت کل سیم پیچ‌ها محدود می‌شود و گشتاور می‌تواند بسیار زیاد شود؛ و این خطر هست که سیم پیچ‌ها بیش از حد داغ شوند. ضد نیروی محرکه الکتریکی به مقاومت آرماتور کمک می‌کند تا جریان وارده به آرمیچر را. محدود کند. وقتی که ولتاژ برای اولین بار به موتور اعمال می‌شود آرمیچر نمی‌چرخد. در آن لحظه نیروی ضد محرکه موتور صفر است و تنها عامل محدود کننده جریان آرمیچر مقاومت آرمیچر است. معمولا مقاومت آرمیچر کم است در نتیجه جریانی که از آرمیچر می‌گذرد وقتی قدرت اعمال شود بسیار زیاد خواهد بود. به همین خاطر احساس نیاز خیلی بیشتری به مقاومتی اضافی در لحظه راه اندازی تا وقتی که موتور به نیروی ضد محرکه خود برسد می‌کنیم. همین‌طور که چرخش موتور در حال زیاد شدن است مقاومت اضافی در حال کم شدن است. مشخصه سرعت -گشتاور تقریبا یک خط صاف خیلی خوب بین سرعت بی‌باری و تمام گشتاور است. این برای بارهای اینرسی بسیار بالا هم مناسب است همین‌طور که سرعت افزایش پیدا کند تا وقتی که موتور حداکثر گشتاور خود برسد.
وقتی سرعت در حال افزایش است اندوکتانس روتور یعنی نقطه ایده‌آل عمل کموتاسیون عوض می‌شود. موتورهای کوچک اکثرن کموتاسیون ثابت دارند در حالی که بعضی از موتورهای یونیورسال بزرگتر کموتاسیون چرخشی دارند که به ندرت است. در عوض موتورهای بزرگ یونیورسال اغلب دارای سیم پیچی جبران کننده در موتور هستند که بعضی وقت‌ها دو تا است که در ۹۰ درجه الکتریکی محور اصلی قرار می‌گیرد. این راکتانس آرمیچر را کاهش می‌دهد و کموتاسیون را بهبود می‌بخشد.
یک از خوبی‌های داشتن سیم پیچی سری با سیم پیچی آرمیچر این است که وقتی سرعت افزایش پیدا می‌کند نیروی ضد محرکه به صورت طبیعی ولتاژ دوسر و جریانی که از سیم پیچی می‌گذرد را کاهش می‌دهد یک اثر تضعیف کننده در سرعت‌های بالا. این به معنای آن است که از لحاظ تیوری ماکسیمم سرعتی به ازای یک ولتاژ وردی مشخص نداریم موتورهای یونیورسال می‌توانند و عموما هم همین‌طور است که در سرعت‌های بالا راه اندازی می‌شوند حدود ۴۰۰۰ تا ۱۶۰۰۰۰ RPM و می‌توانند به ۲۰۰۰۰ تا هم برسند بر خلاف این گفته موتورهای سنکرون جریان متناوب نمی‌توانند بیشتر از مقداری که قدرت خط فرکانسی بهشان اجازه می‌دهد شفت را بچرخانند. در کشورهایی با ۶۰hz جریان متناوب این سرعت در 3600RPM محدود شده‌است
خرابی موتور ممکن است بر اثر کار کردن بیشتر از سرعت نامی رخ دهد وقتی که موتور به بار قابل توجهی وصل نباشد در موتورهای بزرگ از کم کردن ناگهانی بار نهی شده‌است. در کاربردهای کوچکتر یک تیغه فن که به شفت متصل شده‌است اغلب به عنوان یک لود مصنوعی عمل می‌کند تا سرعت موتور را محدود کند تا مقدار قابل اطمینان. در حالی که همزمان باعث چرخش هوا سرد دور آرمیچر می‌شود. اگر هیچ بار مکانیکی محدود کننده‌ای بر روی موتور یونیورسال نباشد می‌تواند منجر به فرار موتور و عدم کنترل موتور شود همان‌طور که برای هر موتور سری‌ای ممکن است رخ دهد
یکی از فواید موتور یونیورسال این است که منابع جریان متناوب که بر روی موتورها استفاده میشودوکه شامل ویژگی‌های مشترک بیشتری با موتورهای جریان مستقیم دارند عمدتا گشتاور اولیه بالایی دارند و یک طراحی جمع و جور اگر که سرعت‌های بالا مورد استفاده قرار گیرند
معایب
یک جنبه منفی مشکلات تعمیر و نگهداری و عمر کوتاه ناشی از سوئیچ، و همچنین تداخل الکترومغناطیسی (EMI) به علت جرقه زنی است. از آنجا که برس‌های تعویض کننده تعمیر و نگهداری نسبتا بالا است، موتورهای یونیورسال مناسب برای دستگاه‌هایی مانند میکسر مواد غذایی و ابزار قدرت استفاده می‌شوند که به صورت متناوب استفاده می‌شوند و اغلب نیاز به گشتاور بالا را دارند.
یکی دیگر از جنبه‌های منفی این است که این موتورها فقط درجایی که اکثر هوا تمیز است می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. با توجه به افزایش چشمگیر گرمای بیش از حد، به خاطر ریسک بسیار بالای بالا رفتن دما اینکه از فن داخلی استفاده نشود ریسک خیلی بزرگیه و در عمل غیرکاربردیه با این وجود برخی از این موتورها ساخته شدند. چنین موتور نیازمند به یک فن بزرگ برای گردش مناسب هوا است، از آنجایی که موتور باید از انرژی بیشتری برای خنک کردن خود استفاده کند کاهش بهره‌وری رخ می‌دهد. این عملیات ناشی از اندازه، وزن و مسائل مربوط به مدیریت حرارتی است که موتورهای بازندارند.
کنترل سرعت
سرعت مداوم یک موتور یونیورسال در حال اجرا بر روی AC به راحتی به وسیله یک مدار تریستور کنترل می‌شود، در حالی که چند بوق قطع در هسته میدان (غیرمجاز) کنترل سرعت پله را فراهم می‌کند. مخلوط کننده‌های خانگی که سرعت‌های زیادی را تبلیغ می‌کنند، اغلب با سیم پیچ‌های چندگانه و دیود که می‌توانند در سری با موتور قرار گیرند (که موتور را در نیمه موج AC اصلاح می‌کند) را با هم ترکیب می‌کنند.
تغییرات
سیم پیچ شانت
موتورهای یونیورسال به صورت سری بسته شدند. سیم پیچ شانت به صورت آزمایشی در اواخر قرن نوزدهم مورد استفاده قرار گرفت، اما به علت مشکلاتی که از تعویض استفاده می‌شد، عملی نبود. طرح‌های مختلفی از مقاومت جاسازی شده، القایی و اتصال متقابل آنتی فاز به منظور رفع این مشکل به کار گرفته شده‌است. موتورهای یونیورسال، از جمله سیم پیچ‌های شانت، در آن زمان به عنوان موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار گرفتند. هنگامی که موتورهای خودالقایی و شروع کننده‌های اتوماتیک در دسترس قرار گرفتند، موتورهای یونیورسال بزرگتر (بالاتر از ۱ اسب بخار) و سیم پیج شانت جایگزین شدند.
دافعه-شروع
در قدیم شوک اولیه سیم پیچی موتور یک گشتاور بسیار زیادی تولید می‌کرده، اما با بیشتر شدن پیچیدگی. روتورهای آنها مشابه موتورهای یونیورسال بودند، اما برسهایشان فقط به یکدیگر متصل بود. کار ترانسفورماتور رساندن جریان به روتور است. موقعیت برس نسبت به قطبهای میدان به این معنی است که گشتاور شروع شده توسط انفجار روتور از قطبهای میدان ساخته شده‌است. مکانیسم گریز از مرکز، هنگامی که به سرعت در حال اجرا است، این است که تمام میله‌های مجاور را به هم متصل کرده تا معادل یک روتور قفس سنجاب ایجاد شود. همچنین، در هنگام سرعت عمل، موتورهای بهتر برس را از تماس خارج می‌کنند.
برنامه‌های کاربردی
لوازم خانگی
در فرکانس‌های خطی معمولی، موتورهای یونیورسال اغلب در محدوده کمتر از ۱۰۰۰ وات کار می‌کنند. سرعت بالای آنها را برای لوازم خانگی مانند بلوزرها، جاروبرقی و خشک کن‌های موی که در آن سرعت بالا و وزن کم مطلوب است مفید است. آنها نیز معمولا در ابزارهای قابل حمل قدرتمند مانند دریل، سندرز، دایره‌ای و جیگ اره استفاده می‌شوند که ویژگی‌های موتور به خوبی کار می‌کنند. بسیاری از جاروبرقی و موتورهای چمن زنی بیش از ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه، در حالی که در بسیاری از Dremel و مینیاتور مشابه مجهز به ۳۰،۰۰۰ دور در دقیقه می‌رسد.
موتورهای یونیورسال نیز به کنترل سرعت الکترونیکی دست می‌یابند و به عنوان یک انتخاب ایده‌آل برای ماشین‌های شستشوی خانگی می‌باشند. موتور با تعویض پیچش میدان می‌تواند برای تحریک درام (هر دو جلو و عقب) به آرماتور مورد استفاده قرار گیرد. همچنین موتور می‌تواند تا سرعت‌های بالا مورد نیاز برای چرخه چرخش اجرا شود. امروزه، اغلب موتورهای درایو متغیر به جای آن استفاده می‌شوند.
کشش راه‌آهن
موتورهای یونیورسال همچنین اساس موتورهای ریلی در راه‌های ریلی الکتریکی شکل دادند. در این کاربرد استفاده از جریان متناوب برای راه اندازی موتوری که برای کار با ولتاژ جریان مستقیم از اول طراحی شده‌است منجر به کاهش بازده به خاطر اثر گرمایش جریان ادی بر روی قطعات مغناطیسی است. به خصوص که قطعات قطب موتور جریان مستقیم آهنی و یکپارچه است. اگر چه که اثرات گرما با استفاده از ساختار لایه‌ای برای قطب‌ها کم می‌شود همان‌طور که برای ترانسفورماتورها استفاده می‌شود و همچنین استفاده از ماده مرغوب استیل برای رسانایی بهتر در مغناطیس ولی یکی از راهکارها در اوایل قرن بیستم این بود که موتورها را در با منبع متناوب با فرکانس بسیار پایین راه اندازی کنند. حدود ۲٫۳ هرتز این عمل عمومیت داشت.
موتور استارتر
استارت موتورهای سوختی معمولا موتورهای یونیورسال بود با این مزیت که که کوچک بودند با گشتاور بسیار بالا در سرعت پایین. بعضی از استارترها یک آهنربای دایمی داشتند بقیه دارای یکی از ۴ قطب شیار با سیم پیچی موازی بودند به جای سیم پیچی سری.