⑶交直流兩用電動機（universal motor）

交直流兩用電動機（Universal Motor）

交直流兩用電動機（Universal Motor）是一種可以在交流和直流電源下運行的電動機。這種電動機的設計使其能夠在不同頻率和電壓條件下運行。以下是關於將一台原使用於50 Hz、120 V系統的交直流兩用電動機改用於60 Hz、120 V系統時，運轉特性上的不同。

構造與原理

1. 定子（Stator）：

   • 通常由疊片鐵芯構成，內部安裝有定子繞組。定子鐵芯有助於在交流運行時減少渦流損耗。
   • 定子繞組：產生磁場的線圈，通常使用銅線繞製而成。

2. 轉子（Rotor）：

   • 鐵芯和繞組構成，轉子繞組與電刷接觸，通過換向器將電流導入轉子。

3. 換向器和電刷（Commutator and Brushes）：

   • 換向器與轉子繞組相連，電刷與換向器接觸，確保電流方向隨轉子旋轉而改變，保持運動方向一致。

在不同頻率系統下的運轉特性

1. 轉速：

   • 50 Hz 系統：原設計下，電動機的轉速為 N50
   • 60 Hz 系統：頻率提高，轉速會相應增加。理論上，轉速與頻率成正比，因此在60 Hz 系統下，轉速會增加約20%。

2. 轉矩（Torque）：

   • 轉矩與供電頻率無直接關係，但由於轉速增加，實際應用中可能會觀察到轉矩略有變化。通常情況下，轉矩略有減少，因為功率保持不變而轉速增大。

3. 電流和功率因數：

   • 電動機在高頻運行時，感抗 XL增加（ XL=2πfL），這會導致總電流減少，尤其是在空載或輕載條件下。
   • 交流運行：在50 Hz下的感抗小於60 Hz下的感抗，因此在60 Hz下，電動機的總電流可能會減少，功率因數可能略有降低。

4. 效率和發熱：

   • 效率：高頻運行時，由於轉速增加，電動機的摩擦和風阻損耗增加，可能導致效率略有降低。
   • 發熱：電動機的發熱與電流的平方成正比，當感抗增大時，電流減小，發熱量可能減少。然而，由於轉速增加，摩擦和風阻發熱量增加，因此總體發熱特性需要具體情況具體分析。

5. 機械應力和振動：

   • 轉速增加：轉速增加20%會對電動機的機械結構施加更大的離心力和應力，可能導致更高的磨損和振動。
   • 機械設計：原設計可能並未考慮高轉速運行，因此長期運行可能導致部件過早磨損或故障。

將一台原使用於50 Hz、120 V系統的交直流兩用電動機改用於60 Hz、120 V系統時，會有以下運轉特性變化：

1. 轉速：轉速增加約20%。
2. 轉矩：可能略有減少。
3. 電流和功率因數：電流可能減少，功率因數可能略有降低。
4. 效率和發熱：效率可能略有降低，發熱特性需要具體分析。
5. 機械應力和振動：轉速增加會增加機械應力和振動，可能導致更高的磨損和故障風險。

在實際應用中，需要仔細評估這些變化對電動機性能和壽命的影響，必要時進行適當的調整或選擇專門設計適用於60 Hz系統的電動機。