Коллекторный электродвигатель постоянного тока: Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Коллекторный двигатель постоянного тока

Преобразование электрического тока в механическое движение (вращение) осуществляется электромеханическим преобразователем энергии — электрической машиной. Принцип работы, которой, основан на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

Электрические машины делятся по видам преобразования энергии:

• Генератор — преобразует механическую энергию в электрическую и тепло;
• Электрический двигатель — преобразует электрическую энергию в механическую работу и тепло;
• Электромеханический преобразователь (трансформатор) — преобразуют электрическую энергию одного вида в электрическую энергию другого вида, отличающуюся по напряжению, частоте и другим параметрам;
• Электромагнитный тормоз — механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло.

В большинстве случаев электрическая машина состоит из двух элементов рис. 1;
• Ротор (якорь) — вращающаяся часть, состоит из обмотки якоря и коллекторного узла;
• Статор — неподвижная часть, состоит из источника магнитного поля. Постоянный магнит или электромагнит.

Рисунок 1. Основные узлы двигателя.

Между ротором и статором присутствует воздушный зазор, который служит их разделителем.

Электрические машины делятся на:

Коллекторный двигатель постоянного тока

Коллекторный электродвигатель — электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Щеточно-коллекторный узел — обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части двигателя. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору), рис. 2.

Рисунок 2. Коллекторно-щеточный узел

Обычно в маломощных моторах всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол.

В коллекторном электродвигателе щёточно-коллекторный узел одновременно выполняет две функции:
• является датчиком углового положения ротора (датчик угла) со скользящими контактами;
• переключателем направления тока со скользящими контактами в обмотках ротора в зависимости от углового положения ротора.

Щеточно-коллекторный узел является сам ненадежным элементом электрических машин, поскольку скользящие контакты интенсивно изнашиваются от трения.

Электродвигатели характеризуют два основных параметра — это скорость вращения вала (ротора) и момент вращения, развиваемый на валу. В общем плане оба этих параметра зависят от напряжения, подаваемого на двигатель и тока в его обмотках.

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Рисунок 3. Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Прямоугольная рамка (ротор), свободно вращающаяся вокруг своей оси, помещена между постоянными магнитами. Если через рамку пропустить ток, то на обе ее стороны начнут действовать электродинамические силы. Действие этих сил, приводит рамку в движение. Рамка будет двигаться до тех пор, пока не достигнет положения, когда щетки попадут на диэлектрический зазор между пластинами коллектора. Рамка по инерции проскочит это положение, направление тока в рамке поменяется на противоположное, но силы действующие на рамку не поменяют своего направления, и она продолжит свое вращение в том-же направлении.

Разновидности коллекторных двигателей постоянного тока:

Малой мощности (единицы Ватт), рабочее напряжение 3-9 В:
• трёхполюсной ротор на подшипниках скольжения;
• коллекторный узел из двух щёток — медных пластин;
• двухполюсной статор из постоянных магнитов.

Более мощные (десятки Ватт), рабочее напряжение 12–24 В:
• многополюсный ротор на подшипниках качения;
• коллекторный узел из двух или четырёх графитовых щёток;
• четырёхполюсный статор из постоянных магнитов.

Высокой мощности (сотни Ватт):
• Четырех полюсный статор из электромагнитов.

Подключение обмотки статора

Обмотки статора могут подключаться несколькими способами:

1. Последовательно с ротором (так называемое последовательное возбуждение, см. рис. 4

Преимущество: большой максимальный момент;

Недостаток: большие обороты холостого хода, способные повредить двигатель.

Рисунок 4. Последовательное соединение.

2. Параллельно с ротором (параллельное возбуждение), см. рис. 5

Преимущество: большая стабильность оборотов при изменении нагрузки;

Недостаток: меньший максимальный момент.

Рисунок 5. Параллельное соединение

3. Часть обмоток параллельно с ротором, часть последовательно (смешанное возбуждение), см. рис. 6.

До некоторой степени совмещает достоинства предыдущих типов.

Рисунок 6. Смешанное возбуждение

4. Отдельным источником питания (независимое возбуждение), см. рис. 7.

Рисунок 7. Независимое возбуждение

Общие достоинства коллекторных двигателей постоянного тока — простота изготовления, эксплуатации и ремонта, достаточно большой ресурс.
К недостаткам можно отнести то, что эффективные конструкции (с большим КПД и малой массой) таких двигателей являются низкомоментыми и быстроходными (сотни и тысячи оборотов в минуту), поэтому для большинства приводов (кроме вентиляторов и насосов) необходимы редукторы.

Управление коллекторными двигателями постоянного тока.

Для работы двигателя достаточно подать на него напряжения питания постоянного тока. Проблемы начинают возникать, когда появляется необходимость в регулировке скорости вращения вала такого двигателя. Нужно учитывать, что при вращении на малых скоростях, крутящий момент на валу будет то же мал. Если требуются низкие скорости вращения, то применяются редуктора.

В коллекторных двигателях постоянного тока ярко выражен пусковой ток, который превышает номинальный в несколько раз (10-40 раз). Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки, (8).

Рисунок 8

Ioя — ток обмотки якоря;
U — напряжение питающей сети;
∑r — сопротивление обмоток якоря;

Как только двигатель начнет движение, то возникает противоЭДС — Епр. Обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость, формула 9.

Рисунок 9

Снижение пускового тока можно добится уменьшением напряжения питания или повышением сопротивления обмотки якоря. Для повышения сопротивления обмотки якоря применяется ввод дополнительного сопротивления Rд, формула (10).

Рисунок 10

Таким образом, можно добиться величины пускового тока, в нужном диапазоне, безопасном для двигателя. Добавочное сопротивление может быть как в виде реостата, так и в виде нескольких резисторов. Это нужно для того, чтобы в процессе запуска двигателя, менять сопротивление в якорной цепи.

Епр — противоэдс, зависит от конструкции двигателя, и оборотов, формула 11.

Рисунок 11

Ce — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет.
Ф — поток возбуждения. т.е. сила магнитного поля статора. В моторах, где она задается постоянным магнитом это тоже константа, а в двигателях с обмоткой возбуждения, этот параметр можно менять.
n — обороты якоря.

Зависимость момента M от тока и потока, формула 12.

Рисунок 12

См — конструктивная константа.

Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента.

Импульсный способ управления.

Следующий метод управления, как более перспективный, основан на применении широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Он, действительно, самый распространенный. К двигателю подводятся импульсы неизменного по амплитуде напряжения управления U у.ном, в результате чего его работа состоит из чередующихся периодов разгона и торможения, рис 14. Если эти периоды малы по сравнению с полным временем разгона и остановки ротора, то угловая скорость ротора не успевает к концу каждого периода достигать установившихся значений и установится некоторая средняя угловая скорость. Значение при неизменных моменте нагрузки и напряжении возбуждения однозначно определяется относительной продолжительностью импульсов ε

Рисунок 14

tи — длительность импульса;
Ти — период.

С увеличением относительной продолжительности импульсов угловая скорость ротора растет (ωср>ωср).В период паузы tп ротор обязательно должен тормозиться. Если это условие не будет выполняться, то угловая скорость ротора при любом значении ω будет непрерывно увеличиваться, пока не достигнет значения угловой скорости х.х., так как во время импульса угловая скорость будет возрастать, а во время паузы — оставаться практически неизменной.
С ростом частоты управляющих импульсов амплитуда колебаний скорости уменьшается; среднее значение угловой скорости остается при этом неизменным.

Литература

1. Щёточно-коллекторный узел

2. Электрическая машина

3. Коллекторный электродвигатель

4. Электрические машины

5. Двигатель постоянного тока

6. Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока

7. Управление коллекторными электродвигателями постоянного тока

8. Управление двигателями постоянного тока

Коллекторные двигатели переменного тока: однофазные и трехфазные коллекторные электродвигатели

Во многих отраслях промышленности для выполнения технологических процессов необходимы коллекторные двигатели переменного тока: однофазные и трехфазные коллекторные электродвигатели. Конструктивно они практически не отличаются от своих «собратьев» постоянного тока. Механизм движка переменного тока состоит из:

• ротора с петлевой (параллельной) или волновой (симметричной) обмоткой;
• коллектора, к которому присоединяется обмотка;
• статора, набранного из стальных электротехнических пластин.

Достоинства и недостатки коллекторных двигателей переменного тока

Агрегаты такого типа успешно решают задачи, зависящие от работы электропривода. Главным их достоинством является возможность плавного регулирования скорости в режиме энергосбережения.

Но они подходят для использования не на каждом производстве из-за:

• сложности их изготовления;
• дороговизны;
• необходимости в трудоемком техническом обслуживании щеточного механизма и коллектора;
• плохих токовых условий в коммутации якорной цепи.

Однофазные коллекторные электродвигатели

В комплектацию однофазного движка входят три обмотки. Первая размещается на электрических полюсах и выполняет функцию возбуждения. Вторая (компенсационная обмотка) расположена в роторных пазах и компенсирует отрицательное явление реакции якоря. Дополнительная обмотка предназначена для добавочных полюсов и шунтируется с помощью активного сопротивления.

Когда основная обмотка возбуждается, возникают компенсационные токи и магнитное поле, создающие вращающий момент. Его направление совпадает с направлением вращения магнитного поля. Переключая выводы возбуждающей обмотки, можно изменить направление вращающего момента.

Компенсационная обмотка уменьшает сопротивление индукции и потокосцепления якорной обмотки, а также увеличивает коэффициент мощности движка. Благодаря добавочным полюсам повышается качество коммутации. ЭДС вращения компенсирует реактивную и трансформаторную ЭДС. Легкость пуска достигается при взаимной компенсации ЭДС. Смена рабочего режима и отклонение токовых параметров от заданных величин приводят к тяжелому пуску агрегата.

Однофазные двигатели считаются универсальными устройствами, так как они могут подключаться к сети как постоянного, так и переменного тока. Они применяются как исполнительные механизмы в системах автоматики, в бытовой технике и электроинструментах. Самыми распространенными являются модели небольшой мощности (до 150Вт).

Трехфазные коллекторные электродвигатели

Эти агрегаты подключаются к трехфазной сети. У них обмотка возбуждения обладает качествами шунтового двигателя. Ротор движка подает питающее напряжение на механизм. Основную рабочую функцию выполняет роторная обмотка, подключенная к сети переменного напряжения с помощью токосъемных контактных колец. Статорная обмотка, расположенная в роторных пазах вместе с основной, всеми фазами соединяется с коллектором движка. Каждой фазе соответствуют определенные щетки, которые раздвигаются и сдвигаются с помощью подвижных траверс.

Для работы механизма в режиме асинхронного двигателя щетки устанавливаются на одни и те же пластины коллектора. Но, в отличие от асинхронного агрегата, в коллекторном двигателе роль первичной обмотки играет роторная обмотка, а роль вторичной обмотки – статорная. ЭДС в механизме создается за счет раздвижения щеток. ЭДС вызывает в статоре ток, который создает и определяет момент вращения механизма.

Для регулировки скорости в коллекторную цепь вводится отсутствующая мощность. Используя трансформаторную связь между обмотками, мощность статора возвращается в электрическую сеть, создавая эффект, позволяющий регулировать количество оборотов вала в экономном режиме. При раздвижении щеток на определенное расстояние частота вращения соответственно увеличивается или уменьшается.

Если щетки, соответствующие своим фазам, смещаются, ЭДС изменяется по фазе. Это дает возможность регулирования cosφ. Его качество повышается, когда значение скорости меньше синхронной, а щетки смещаются в противоположную направлению движения ротора сторону.

Электродвигатели, работающие от трехфазной сети, чаще всего применяются в полиграфии (на ротационных машинах), текстильной и легкой промышленности (на прядильных станках), металлургии (на металлорежущих станках).

Основной недостаток трехфазных агрегатов – плохие коммутационные условия. Это вызывает трудности при получении трансформаторной ЭДС, поскольку повышенная мощность приводит к увеличению магнитного потока. Поэтому в редких случаях для повышения ЭДС и экономичного регулирования количества оборотов вала в цепь вводится асинхронный электродвигатель.

Коллекторный Электродвигатель коды ТН ВЭД (2020): 8501310000, 8501402009, 8501320009

Электродвигатель коллекторный синхронный постоянного тока, торговая марка «UNION CRYSTAL». Продукция изготовлена в соответствии с ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования», ТР ТС 020/2011 «Электромагнитна	8501310000
Электродвигатели коллекторные	8501402009
Электродвигатели постоянного тока, коллекторные,	8501320009
Электродвигатели постоянного тока коллекторные,	8501310000
Электродвигатели универсальные коллекторные,	8501510001
Электродвигатель переменного тока однофазный коллекторного типа,	8501408009
Электродвигатель универсальный коллекторный	8501200009
Электродвигатели коллекторные,	850120000
Электродвигатели коллекторные переменного тока для протяжных механизмов, маркировка “Ningbo Dooya Mechanic & Electronic Teghnology Co. , Ltd”, модели DT52E-60/20 Curtain motor, DT52E-75/20 Curtain motor, DT52S-60/20	8501523000
Электродвигатели универсальные коллекторные	8501200009
Электродвигатели (приводы) коллекторные	8501109300
Электродвигатели коллекторные постоянного тока,	8501320009
Промышленный коллекторный электродвигатель постоянного тока (мотор-редуктор), торговой марки «Sha Yang Ye», серии «Sha Yang Ye»	8501310000
Электродвигатели универсальные коллекторные, марка 51K90GU-SF, модель M-51K90RGU-CF-1.	8501200009
Электродвигатель хода постоянного тока, коллекторный мод. 30289, 30292, 30294, 30295	8501320009
Электродвигатели коллекторные переменного тока для протяжных механизмов,	8501523000
Электродвигатель переменного тока коллекторный однофазный 220 Вольт,1300 Ватт, для бытовой техники, модель: ML9550-220-1300. Продукция изготовлена в соответствии с ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования	8501408009
Электродвигатели коллекторные серии ДК90-60-8МС	8501402009
Электродвигатель переменного тока, однофазный, коллекторный, с маркировкой «Marathon», модели: 5KCR46JN0087Y	8501402009
Электродвигатели постоянного тока (коллекторные) для систем отопления транспортных средств	8501310000
Универсальный коллекторный электродвигатель,	8501200009
Электродвигатель коллекторный,	8501402009
Электродвигатель переменного тока коллекторный с реверсом, напряжение 220 В	8501402009
Электродвигатели асинхронные коллекторные переменного тока для протяжных механизмов	8501523000

Коллекторный электродвигатель переменного тока

Главная » Блог » Коллекторный электродвигатель переменного тока

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

• независимыми;
• параллельными;
• последовательными;
• смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

• А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
• В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
• С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
• D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
• Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

• снижение КПД;
• повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

• высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
• динамичность управления;
• низкая стоимость.

Основные недостатки:

• малая мощность;
• потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

• отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

Минусы:

• стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
• недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

• высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
• низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
• поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
• работа без нагрузки приводит к поломке КД.

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

• не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
• малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

Коллекторный электродвигатель переменного тока — устройство

В бытовой технике, ручном электроинструменте, автомобильном электрооборудовании и системах автоматики очень часто применяется коллекторный электродвигатель переменного тока, схема подключения которого, как и устройство схожи с двигателями постоянного возбуждения постоянного тока.

{ ArticleToC: enabled=yes }

Столь распространенное применение их объясняется компактностью, небольшим весом, невысокой стоимостью и простотой управления. В этом сегменте наиболее востребованы двигатели с высокой частотой и малой мощностью.

Принцип работ и конструктивные особенности

Устройство это достаточно специфичное, обладающее в силу схожести с машинами постоянного тока, похожими характеристиками и присущими им достоинствами.

Отличие от двигателей постоянного тока состоит в материале корпуса статора, изготовленном из листов электротехнической стали, благодаря чему удается добиться снижения потерь на вихревые токи.

Чтобы двигатель мог работать от обычной сети, т.е. 220 в, обмотки возбуждения соединяются последовательно.

Эти двигатели, называемые универсальными благодаря тому, что работают они от переменного и постоянного тока, бывают одно- и трехфазными.

Видео: Универсальный коллекторный двигатель

Из чего состоит конструкция?

Устройство электродвигателя переменного тока включает помимо ротора и статора:

• тахогенератор;
• щеточно-коллекторный механизм.

Ток якоря взаимодействует с магнитным потоком обмотки возбуждения, вызывая в коллекторном механизме вращение ротора. Ток подается через щетки на коллектор, являющийся узлом ротора и соединенным с обмоткой статора последовательно. Он собран из пластин, имеющих в сечении форму трапеции.

Продемонстрировать принцип работы такого двигателя можно с помощью хорошо известного со школьной программы опыта с вращающейся рамкой, которую поместили между разноименными полюсами магнитного поля. Она вращается под воздействием динамических сил, когда по ней протекает ток. При изменении направления тока, рамка не меняет направления вращения.

Примести к выходу из строя механизма могут высокие обороты холостого хода, вызванные максимальным моментом при последовательном подсоединении обмоток возбуждения.

Схема подключения (упрощенная)

Типовая схема подключения предусматривает вывод на контактную планку до десяти контактов. Протекающий по одной из щеток ток L поступает на коллектор и якорь, затем переходит на обмотки статора через вторую щетку и перемычку, выходя на нейтраль N.

Реверса мотора подобный способ подключения не предусматривает, поскольку подсоединение обмоток параллельное приводит к одновременной смене полюсов магнитных полей. В итоге, направление момента всегда одинаково.

Изменить направление вращения возможно, если поменять на контактной планке местами выхода обмоток. Напрямую двигатель включают, когда вывода ротора и статора подсоединены щеточно-коллекторный механизм. Для включения второй скорости используются выводы половины обмотки. Нельзя забывать, что с момента такого подключения мотор работает на максимальную мощность, поэтому время его эксплуатации не может превышать 15 секунд.

Видео: Подключение и регулировка оборотов двигателя от стиральной машины

Управление двигателем

На практике применяют различные способы регулирования работы двигателя. Это может быть электронная схема, где регулирующим элементом выступает симистор, который на мотор «пропускает» заданное напряжение. Работает он как мгновенно срабатывающий ключ, открываясь, когда на его затвор поступает управляющий импульс.

В основе принципа действия, реализованного в схемах с симистором, лежит двухполупериодное фазовое регулирование, где к импульсам, которые поступают на электрод, привязано напряжение, подаваемое на двигатель. При этом, частота, с которой вращается якорь, прямо пропорциональна напряжению, подаваемому на обмотки.

Упрощенно этот принцип можно описать такими пунктами:

• на затвор симистора подается сигнал от электронной схемы;
• затвор открывается, ток течет по обмоткам статора, вызывая вращение якоря мотора М;
• мгновенные величины частоты вращения преобразуются тахогенератором в электрические сигналы, формируя с импульсами управления обратную связь;
• как следствие, вращение ротора при любых нагрузках, остается равномерным;
• с помощью реле R и R1 осуществляется реверс мотора.

Другая схема – тиристорана фазоимпульсная.

Преимущества машин и недостатки

К достоинствам относят:

• небольшие размеры;
• универсальность, т.е. работу на напряжении постоянном и переменном;
• большой пусковой момент;
• независимость от сетевой частоты;
• быстроту;
• мягкую регулировку оборотом в широком диапазоне при варьировании напряжением питания.

Недостатки связаны и использованием щеточно-коллекторного перехода, влекущего:

• уменьшение срока службы механизма;
• возникновение между щетками и коллектором искры;
• высокий уровень шума;
• большое число коллекторных элементов.

Основные неисправности

Искрение, возникающее между щетками и коллектором – самый главный вопрос, требующий внимания. Чтобы избежать неисправностей более серьезных, таких как их отслаивание и деформация или перегрев ламелей, сработавшуюся щетку необходимо заменить.

Помимо этого, возможно замыкание между обмотками якоря и статора, вызывающее сильное искрение на переходе коллектор-щетка или значительное падение магнитного поля.

Чтобы продлить срок службы двигателя, необходимо соблюдение двух условий – профессиональный изготовитель и грамотный пользователь, т.е. строгое соблюдение режима работы.

Видео: Коллекторный электрический двигатель

Коллекторный электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

• постоянного тока;
• переменного тока;
• универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

Общее устройство коллекторных двигателей

Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

Коллекторный двигатель: устройство

Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

Ротор коллекторного двигателя

Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

Подвижная (вращающаяся) часть

Роторная обмотка

Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

Так выглядит ротор коллекторного двигателя

В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

Как устроен коллекторный узел и как он работает

Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

Принцип работы

Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

Достоинства и недостатки

Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

• Простое устройство.
• Высокая скорость до 10 000 об/мин.
• Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
• Невысокая стоимость.
• Возможность регулировать скорость в широких пределах.
• Невысокие пусковые токи и нагрузки.

Схема коллекторного двигателя

Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

• Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
• Искрение щёток, их износ.
• Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
• Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
• Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

• постоянные магниты;
• обмотки возбуждения.

Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

• Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
• Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
• Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
• Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Универсальные коллекторные двигатели

Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

• Схема возбуждения всегда последовательная.
• Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
• Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

Достоинства и недостатки

Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

• Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
• Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
• Создают радиопомехи.
• Повышенный уровень шума при работе.

Во многих моделях строительной техники

Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

Коллекторный двигатель: Устройство, виды и принцип работы

Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

Виды коллекторных двигателей

В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

• Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
• Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

Устройство коллекторного двигателя

Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

• Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
• Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;

• Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
• Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

• Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
• Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
• Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

Принцип работы коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

Варианты обмоток возбуждения

Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

• Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
• Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
• Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.

Читайте также:  Газотурбинный двигатель: Устройство и принцип работы

ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

• Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

Плюсы

1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

Недостатки

1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Возможные поломки и способы их ремонта

В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

Читайте также:  Приора -126 двигатель: Характеристики и тюнинг

Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Дмитрий Левкин

Статор (постоянный магнит)

Рисунок 1 — Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе

Ротор — вращающаяся часть электрической машины.

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

Принцип работы коллекторного двигателя

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Схема коллекторного двигателя с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора. КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа

,

• где M – момент электродвигателя, Н∙м,
• сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
• Ф – основной магнитный поток, Вб,
• Ia – ток якоря, А.

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

Важно: Недопустимо включать двигатели последовательного возбуждения в сеть в режиме холостого хода (без нагрузки на валу) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках частота вращения якоря резко возрастает, достигая значений, при которых возможно механическое разрушение двигателя, поэтому в приводах с двигателями последовательного возбуждения недопустимо применять ременную передачу, при обрыве которой двигатель переходит в режим холостого хода. Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения мощностью до 100—200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, так как их мощность механических и магнитных потерь при больших частотах вращения соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

Механические характеристики коллекторных двигателей постоянного тока

Основные параметры электродвигателя постоянного тока

Постоянная момента

Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

,

• где Z — суммарное число проводников,
• Ф – магнитный поток, Вб [1]

Смотрите также

Устройство коллекторного электродвигателя

Чаще статор коллекторного двигателя снабжен двумя полюсами. Безотносительно, пылесос, кухонный комбайн, стиральная машина. Коллекторные двигатели поддаются регулировке, обладают приемлемыми стартовыми характеристиками, контрастируя большинству асинхронных. Для простых граждан недостаток один: шумность. Поэтому в холодильниках, вентиляторах ставится асинхронный двигатель. На вытяжках любые встретим. Рассмотрим устройство коллекторного двигателя.

Внешний вид коллекторного двигателя

Крышка отсека щетки

Новичков волнует вопрос – способ идентификации коллекторного двигателя. Проще простого. Посмотрите фото болгарки, сделано специально для портала ВашТехник: боковины корпуса демонстрируют крышечки из изоляционного материала под шлицевую отвертку. Потрудившись открутить, внутри видим контактные площадки, пружина графитовой щетки. Ключевой признак коллекторного двигателя. Электрический инструмент снабжается приспособлениями быстрой замены графита, который считается расходным материалом.

Контактная площадка и пружина графитовой щётки

Щетки коллекторного двигателя

В коробке прилагается запасной комплект. Фото крупным планом показывает запасные щетки. Каждая включает:

1. Графитовый электрод. Форма широко варьируется в зависимости от типа двигателя. Графит точат надфилями, напильниками, получая заданные размеры. Не критично. Главное, избежать больших зазоров, форма держателя специально создана снизить люфт. Графитовый электрод стачивается, увеличивается искрение вплоть до появления кругового огня. Коллекторный двигатель сильно разогревается, дымится. Процесс может лицезреть настойчивый зритель Ютуба (см. англоязычный домен).
2. Контактная латунная площадка служит для подсоединения питания. В бытовых инструментах чаще 230 вольт с одной оговоркой: часть периода синусоиды отсечена. Позволяет регулировать скорость (болгарки забудьте). Больше угол отсечки, ниже скорость движения вала. Регуляторная схема сформирована тиристором, подстраивается переменным резистором.
3. Пружина протянута меж контактной площадкой и графитовым электродом. Служит целям прижатия. В результате графитовый электрод скользит, обегая коллектор, одновременно смазывая поверхность. Сопротивление щеток, показанных рисунком близко 7 Ом, сопоставимо с обмотками. На переменном токе расклад меняется. Наделенное индуктивностью сопротивление обмоток резко растет, щетки остаются прежними. Графит играет роль ограничительных резисторов, благодаря углероду, ток ротора бессилен подняться выше 15 А.
4. Ключевой частью щеток назовем тросик высокой гибкости, составленный медными нитями. Хорошо гнется, по мере стачивания графитовой щетки процессом эксплуатации легко растягивается, достигая нужных размеров.

Запасные щетки

У коллекторного двигателя всегда имеются щетки. У некоторых асинхронных моторов присутствуют токосъемники, не делящиеся на секции (реже стоит коллекторный стартер, касается синхронных двигателей). Щеточный аппарат отличается конструкцией от демонстрируемого коллекторным двигателем. Асинхронный мотор выдает сравнительно тихая работа.

Щетки легко раскалываются вибрациями. Одна из причин, почему коллекторные двигатели в промышленности стараются не применять (сложно найти трехфазные модели). Вторая – токосъёмники легко забиваются пылью, требуя регулярной чистки. Впрочем, проблема наблюдается у асинхронных машин с фазным ротором. В последнем случае графитом обычно не пахнет. Итак, рассматриваем сегодня коллекторный однофазный электродвигатель.

Варисторы коллекторного двигателя

Коллекторные двигатели наделены одним неприятным свойством: искрят. Вызывает сильные помехи, идущие обратно в сети снабжения, главное не это. Искрение приводит к невыгодным условиям эксплуатации двигателя. Нужно гасить дугу варисторами. Корпус элементов чаще округлый, с двумя ножками. Одна (см. фото) присоединяется к контактной площадке щетки (непосредственно, посредством латунных переходников), вторая припаивается к корпусу.

Варистор системы защиты двигателя

Варисторов два, защищают коллекторный двигатель с обеих сторон. Механика работы следующая:

• Повышенная нагрузка вала вызывает сильное искрение, потенциал щетки может значительно превышать среднее действующее значение 230 вольт.
• Варисторы парно пробиваются, замыкают излишек на корпус, ток поглощается толщей металла, рассеиваясь тепловыми потерями.

Схему считаем бесполезной с точки зрения КПД. Мощность теряется даром. Известен фактор, использующий искрение на пользу.

Схема автоподстройки оборотов коллекторного двигателя

Тиристорная схема подстройки оборотов коллекторного двигателя

Уровень искрения определен скоростью вращения. Допустим, нагрузка вала мясорубки увеличилась. Обороты временно понижаются. Уровень искрения меняется, вызывая отклик специальной тиристорной схемы управления оборотами. Ключ изменяет угол отсечки напряжения, компенсируя действие нагрузки. Тиристорная схема, показанная фото, контролировала кухонный комбайн Philips. Видим массу защитных реле, не позволяющих включить прибор при открытых крышках, в разобранном виде.

Главной частью схемы выступает тиристор. На снимке отыщем по небольшому металлическому пластинчатому радиатору. Схема по цепочке обратной связи получает информацию о силе искрения, при помощи нее же происходит задание оборотов. Для реализации указанных функций плата содержит парочку переменных резисторов:

1. Полукруглое сопротивление с крестообразной головкой послужит целям подстройки рабочего режима тиристора. Значение задается углом поворота лабораторией завода, в процессе эксплуатации изменению оператором не подлежит.
2. Второй резистор переменный. Шлицевая головка связана с ручкой, красующейся на панели управления корпуса. Задается скорость вращения вала. Делается чаще ступенчато.

Сообразно назначению двигателя, питается сложным образом. Коричневый, белый проводки уходят на щетки ротора, прочими тремя задается режим скорости путем подпитки определенного числа витков катушек статора.

Коллектор двигателя, обмотки, сердечник

Внешний вид коллектора

Название тип двигателей получил, благодаря наличию коллектора. Посмотрите фото: видим на валу массивный медный барабан, разделенный секциями: коллектор. Сформирован 24-х ламелями. К каждой подходит конец предыдущей и начало следующей обмотки. Идут, перекрещиваясь. Каждая обмотка ложится сразу на две соседние в круге ламели. Как понятно из сказанного, суммарное количество катушек равняется числу секций коллектора (24). Расположены в два слоя, первый лежит на поверхности в нишах сердечника, второй прячется внутри.

На одной половине оборота направление поля обмотки, допустим, положительное, на второй – отрицательное. Смена происходит в момент пересечения щеткой двух ламелей, к которым подходят концы катушки. Правильное распределение углов относительного положения щеток, полюсов статора, сдвига намотки якоря обеспечивает рациональную передачу мощности. Наибольшим моментом в данную долю секунды обладает катушка, перпендикуляр плоскости которой максимально приближен полюсу статора.

Сердечник и обмотки

Сердечник сформирован 12-ю секциями. Каждая катушка наматывается через четыре провала. Например, занимает первую, шестую ниши. И так далее, по кругу, образуется четыре катушки. Следовательно, при намотке следует соблюдать аналогичный порядок. Важно правильно задать угол меж (двумя) контактными ламелями, куда подходят окончания провода, и плоскостью перпендикуляра катушки. Примерно 45 градусов, щетки расположены к полюсам статора примерно под этим же углом.

Катушки совершенно одинаковой длины, выполняются проводом единого сечения, протяженности. Коллектор считается симметричной конструкцией. Добавим к этому, мотор может питаться переменным и постоянным током. Устройство коллекторного электродвигателя таково, что в катушках направление поля меняется два раза за оборот. Означает, при питании постоянным током внутри процессы таковыми не являются.

Сердечник сформирован тонкими пластинами электротехнической стали, спрессованными, разделенными изоляционным лаком. Коллекторные электродвигатели переменного тока генерируют магнитное поле на статоре, разогревающее сталь. Причинами выступают вихревые токи, эффект перемагничивания. Температура быстро идет вверх. На основе явления действуют индукционные плиты. Разделение сердечника пластинами позволит снизить значимость перемагничивания вихревыми токами. Коллекторные электродвигатели постоянного тока намного проще, КПД выше.

Имеется второе отличие. При питании постоянным током для создания требуемой напряженности магнитного поля статора хватает меньшего количества витков. Поэтому во многих случаях (как и в нашем) обмотка делится двумя частями. Питание идет переменным током (требуется получить максимум оборотов) — в работу включаются все витки. В противном случае – определенная доля. Становится возможным подключение коллекторных электродвигателей к источнику питания. Важно, потому что многие асинхронные машины подобного обращения не терпят.

Статор коллекторного двигателя

Статор коллекторного двигателя

Порядком затронули тему, рассказали, что обмотка статора делится на две части, сердечник собирается пластинами электротехнической стали, избегая вносить потери перемагничивания, вихревых токов. Осталось добавить: полюсов обычно два – северный, южный. Почему? В противном случае понадобилась бы иная конструкция ротора, коллектора.

Полюсы статора сдвинуты на некоторый угол относительно щеток пространственно. Сложно сказать, зачем в точности делается. Для описанной конструкции коллекторного двигателя изменять нельзя, углом сдвига щеток относительно полюсов статора и способом намотки задается правильное распределение полей. Часто неудовлетворительное, тогда выполняют компенсацию.

Принцип действия коллекторного электродвигателя достигает наилучшей фазы путем использования дополнительных обмоток статора. В их задачи входит исправление формы поля. Дополнительные обмотки меньше основных, число аналогичное, расположены меж главными полюсами. Компенсация реактивной ЭДС не требует большой напряженности поля. Витков дополнительных полюсов меньше, сердечник часто сплошной (снижает стоимость изготовления конструкции). Сечение провода часто демонстрирует вид полосы.

Преобладающая часть бытовой техники использует принцип работы коллекторного электродвигателя. В состав реальных приборов часто входят устройства контроля и защиты. В нашем случае термореле серии 3MP корейской фирмы Klixon. В исходном варианте приматывалось к обмотке посредством изоляционной ленты. Часто встретим аналогичного рода термопредохранители, датчики частоты оборотов. Без этого не работает стиральная машина (режим взвешивания белья).

Термореле

Обзор заканчиваем, надеемся, повествование вышло интересным, про вращающееся магнитное поле речь велась не раз, не видим смысла повторяться.

Универсальный коллекторный двигатель: характеристика, конструкция электродвигателя переменного тока, ремонт

Практически все виды электрооборудования оснащены мощными элементами с механической коммутацией. Их слаженная работа зависит от универсального коллекторного двигателя, который прекрасно справляется с различными нагрузками. Но чтобы такой агрегат исправно служил, нужно тщательно изучить не только его конструктивные особенности, но и принцип действия.

Специалисты привыкли называть коллекторным двигателем те электрические машины, где переключатель тока и датчик ротора — это один и тот же элемент. Именно он обеспечивает надёжное соединение разных цепей в неподвижном отсеке агрегата с ротором.

Его конструкция состоит из мощных щёточек (это специфические контакты скользящего типа, которые расположены возле вращающейся части мотора) и коллектора (эта деталь установлена производителем на движимом узле механизма).

К основным преимуществам такого элемента можно смело отнести то, что высококачественный двигатель прост в уходе и эксплуатации, поддаётся ремонту и имеет большой рабочий ресурс. Среди недостатков сами производители выделяют то, что агрегат имеет небольшой вес и большой процент КПД. Конечно, чаще всего два этих показателя являются положительными, но не в этой ситуации.

Сочетание быстроходности (может достигать нескольких тысяч оборотов в минуту) и низкой массы чревато тем, что для нормальной эксплуатации потребителю нужно дополнительно приобретать хороший редуктор. Если же машина будет перестроена на меньшую скорость, то уровень КПД может серьёзно упасть, из-за чего возникают проблемы с качественным охлаждением.

Разновидности модельного ряда

Коллекторный мотор — это вращающаяся электрическая машина переменного тока, которая легко преобразует постоянный ток в механическую энергию. Минимум одна обмотка, которая участвует в этом процессе соединена с главным коллектором.

Практически каждая модель состоит из таких элементов:

1. Качественный статор двухполюсного типа на постоянных магнитах.
2. Профессиональный трёхполюсной ротор на специфических подшипниках с эффектом скольжения.
3. Медные пластины, которые используются в качестве щёток для коллекторного мотора.

Стоит отметить, что этот набор является минимальным, из-за чего часто встречается в бюджетных моделях. Это касается и детских игрушек, где не нужна большая рабочая мощность.

В комплектацию более качественных изделий обычно добавляют ещё несколько элементов:

• Многополюсной ротор на специальных подшипниках качения.
• Четыре щётки из графита, которые представлены в виде коллекторного агрегата.
• Статор с четырьмя полюсами, который состоит из постоянных магнитов.

Такие агрегаты принято использовать в современных автомобилях для обустройства высококачественного привода для вентилятора системы охлаждения и вентиляции, дворников и насосов омывателей лобового стекла. Конечно, в продаже можно встретить и более сложные агрегаты, которые отличаются не только эксплуатационными характеристиками и сферой применения, но и ценой.

Если мощность электродвигателя находится в пределах нескольких сотен ватт, то в его комплектацию обязательно входит четырехполюсной статор, который изготовлен из специальных магнитов. А вот качественное подключение обмотки может быть выполнено по одному из следующих способов:

• Параллельно. В условиях колеблющейся нагрузки все обороты остаются стабильными, но вот максимальный момент немного снижен.
• Последовательно с ротором. Этот вариант отличается тем, что максимальный момент приобретает довольно внушительные показатели, но присутствует большой риск поломки мотора, так как агрегат эксплуатируется пользователем на больших оборотах.
• Независимое возбуждение от отдельного источника питания. Для этой ситуации используются те же самые характеристики, которые свойственны параллельному типу подключения. Стоит отметить, что этот вариант применяется специалистами крайне редко.
• Смешанный тип возбуждения, когда определённая часть имеющейся обмотки подключается последовательно, а вторая часть — параллельно. В этой конфигурации удачно совмещены все преимущества предыдущих вариантов. Такой тип подключения идеально подходит для автомобильных стартеров.

Но известные производители предусмотрели наличие универсальных коллекторных двигателей. Ключевая их особенность состоит в том, что они отлично работают как на постоянном, так и на переменном токе. Их активно эксплуатируют в бытовой технике, электроинструментах, а также в составах железнодорожного транспорта.

Такая популярность обусловлена тем, что они имеют достаточно небольшой вес и размер. Помимо этого, их цена более чем доступна и каждый пользователь может самостоятельно установить необходимое для работы количество оборотов. За счёт этого коллектор электродвигателя относится к категории устройств переменного тока, он показывает отличные результаты и с нестабильными источниками энергии.

Составляющие элементы конструкции

Чтобы максимально правильно разобраться с особенностями устройства коллекторного электродвигателя, нужно изучить все комплектующие детали этого агрегата. Ведь само устройство представлено в виде прибора постоянного тока, где присутствуют последовательно включённые обмотки возбуждения. Они предназначены для работы на переменном токе бытовой электросети.

В независимости от полярности двигатель всегда вращается только в одну сторону. Такая особенность связана с тем, что последовательное соединение обмоток ротора и статора приводит к одновременной смене магнитных полюсов. В результате этого результирующий момент направляется исключительно в одну и ту же сторону.

Высокая эффективность использования коллекторного электродвигателя обусловлена наличием следующих элементов:

• Статор — это неподвижная часть установки.
• Якорь — неотъемлемая деталь коллекторного агрегата, в котором происходит индуктирование электродвижущей силы и протекает ток нагрузки. Стоит отметить, что в качестве якоря может выступать как статор, так и ротор.
• Индуктор — специализированная система возбуждения. Эта деталь создаёт магнитный поток для своевременного образования крутящегося момента. Индуктор обязательно оснащается обмоткой возбуждения или же постоянными магнитами. Сама деталь может выступать в качестве неотъемлемой части статора или ротора.
• Ротор — вращающийся элемент машины.
• Коллектор — базовая часть мотора, которая контактирует со щётками (две эти детали распределяют электрический ток по катушкам обмотки якоря).
• Щётки — это составляющая часть цепи, по которой передаётся электроэнергия от источника питания к якорю. Эти элементы выпускаются из прочного графита. Двигатель постоянного тока может содержать от одной пары щёток и более.

Функциональные возможности мотора

Схема устройства коллекторного двигателя прекрасно демонстрирует, как этот агрегат преобразует электричество в механическую энергию и в обратном порядке. Это говорит о том, что такое устройство может использоваться даже в качестве генератора. Когда ток проходит сквозь проводник, который расположен в магнитном поле, то на него воздействуют определённые силы. При этом активно работает правило правой руки, оказывающее непосредственное влияние на итоговую мощность двигателя. Коллекторный агрегат функционирует именно по такому принципу.

В стандартной схеме чётко показано, что в магнитное поле помещена одна пара проводников, ток которых направлен в разные стороны так же, как и силы. Образуемая ими сумма даёт необходимый для оборудования крутящийся момент. В коллекторном двигателе производители добавили ещё и целый комплекс дополнительных узлов, которые гарантируют идентичное направление тока над полюсами.

За счёт того, что на якоре расположено ещё несколько катушек, полностью устранилась неравномерность хода. Помимо этого, у мастеров больше нет необходимости задействовать постоянный ток, так как обычные магниты были заменены на более мощные катушки. На финальном этапе производства крутящийся момент принял единое направление.

Плюсы и минусы эксплуатации

Для сравнения квалифицированные специалисты использовали следующие параметры: оба агрегата подключили к домашней электросети с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Мощность мотора устройств полностью идентична. Итоговая разность в механических параметрах может выступать как огромный плюс, так и как минус (всё зависит только от того, какие требования предъявляет пользователь к приводу).

Коллекторный двигатель обладает следующими преимуществами над агрегатом постоянного тока:

1. Меньший показатель пускового тока, что особенно важно для той техники, которая используется потребителями в быту.
2. Агрегат можно включать напрямую в сеть, полностью отсутствует необходимость в установке вспомогательных приспособлений. А вот агрегат с постоянным током нуждается в непрерывном выпрямлении.
3. Быстроходность и полное отсутствие зависимости от сетевой частоты.
4. Если есть управляющая схема, то устройство коллектора получается более простым — тиристор и реостат. Когда электронная деталь выходит из строя, то сам агрегат остаётся в рабочем состоянии (но будет эксплуатироваться на полную мощность).

Не стоит забывать о недостатках, которые должны быть тщательно изучены каждым потребителем ещё до покупки агрегата. Только в этом случае можно быть уверенным в соответствии устройства всем предъявленным требованиям.

Коллекторный электродвигатель обладает следующими минусами:

1. Общий процент КПД существенно снижен, так как присутствует индуктивность и потери на перемагничивание статора.
2. Существенно уменьшен максимальный крутящийся момент.
3. Относительно небольшая надёжность и непродолжительный эксплуатационный срок.

Любые изменения в настройках возможны только в том случае, если в агрегате предусмотрено наличие регулятора оборотов. Разное количество подаваемой электроэнергии может менять этот показатель всего на 10%. В то время как качественный регулятор оборотов позволяет уменьшить их количество в несколько раз. Сделать такое приспособление можно самостоятельно или купить в специализированном магазине. Но нужно проверить, сможет ли оно работать в коллекторе с определённой мощностью и количеством оборотов. Если же регулятор будет слабым, то он просто сломается.

Ремонт двигателя в домашних условиях

Как и любое другое устройство, коллектор может выйти из строя в самый неподходящий момент. Если электродвигатель не набирает заданное количество оборотов или же после старта не начинает крутиться вал, тогда нужно проверить работоспособность предохранителей. Проблема также может быть вызвана обрывом в цепи якоря и перегрузкой устройства. Довольно часто нерациональное использование агрегата приводит к потреблению силы тока повышенного значения. Устранить эту неисправность можно только после осмотра тормоза и механической части.

Если во время работы агрегат не выдаёт номинальное количество оборотов, то это может быть вызвано недостаточным сетевым напряжением, перегрузкой, а также большим возбуждающим током. Если пользователь заметил неработоспособность обратного типа, тогда необходимо проверить электрическую цепь, а также устранить все образовавшиеся дефекты. В некоторых случаях агрегат начинает функционировать только после перемотки двигателя.

Когда устройство не работает из-за ошибочного сопряжения параллелей и последовательной обмотки возбуждения, тогда пользователю необходимо восстановить правильный порядок соединений.

Не стоит забывать о регулярной проверке величины напряжения в электросети, так как обороты двигателя могут существенно возрастать.

Двигатель переменного тока Слюдяной коммутатор Коллектор двигателя постоянного тока Сегментный коммутатор для арматуры электродвигателя-Ningbo Haishu Nide International Co., Ltd.

Описание:

Мы можем предоставить различные коллекторы, коллектор двигателя и токосъемное кольцо, наша продукция в основном используется для арматуры всех видов автомобильных двигателей, электроинструментов, бытовой техники и т. д. Наша компания сертифицирована по ISO9001. Мы можем настроить в соответствии с требованиями заказчика. потребности, предоставлять клиентам высококачественную продукцию, конкурентоспособные цены и гарантированное послепродажное обслуживание.

Основываясь на более чем 10-летнем опыте производства двигателей и коллекторов, мы используем передовое производственное оборудование и специальную технику, чтобы поставлять вам высококачественную продукцию, включая коллекторы плоского типа, крюкового типа, ступенчатого типа и токосъемные кольца.

Nide специализируется на исследовании, разработке и производстве щелевых, крюковых и плоских коллекторов для двигателей постоянного тока и универсальных двигателей. Наращивая опыт производства с момента своего основания, компания добилась больших успехов в интеграции передовых производственных процессов и научных навыков управления во всем мире, ее годовой объем производства достигает десяти миллионов штук, которые экспортируются в страны Европы, Юго-Восточной Азии, Гонконг. и Тайвань и др.

Применение

1. Коллектор для бытовой техники: фена, миксера, пылесоса, стиральной машины, соковыжималки, соковыжималки, соевого молока и других бытовых приборов

2. Коммутатор для автомобильной промышленности: запуск, генератор, стеклоочиститель, кондиционер, электропривод стеклоподъемников, регулировка сиденья, двигатель зеркала, электронный тормоз, вентилятор радиатора, электронное рулевое управление, рулевое управление фарами, вентилятор, вентилятор отопителя, радиатор бака охлаждающей воды и для других автоматических электронных машин.

3. Коммутатор для электроинструментов: прополочная машина, электрическая дрель, угловая шлифовальная машина, электрическая пила, молоток, режущий станок, электрическая пила, рубанок и другие электрические инструменты.

4. Коммутатор для других отраслей промышленности: насосы, автомобильные аккумуляторы, насосы для мотоциклов, яхт, игрушки, электрические двери, тренажеры, аэрофотосъемка и т. д.

Технические характеристики

1. Поверхность из смолы, без пузырьков и трещин

2.испытание на вращение: 200ºC, 3000 об/мин, 3 мин, радиальное отклонение <0,015, бар на бар <0,006.

3. Испытание высоким напряжением: стержень к валу при 3500 В в течение 1 мин, стержень к стержню при 550 В в течение 1 с.

4. Проверка изоляции при 500 В, >50 МОм

5.    Медный материал: серебряная медь или электролитическая медь или индивидуальный

6.    Размер: от НД 4 мм до НД 150 мм. Мы также предоставляем индивидуальный коммутатор.

7.    Применение: применяется в автомобильной промышленности, электроинструментах, бытовой технике и других двигателях

8.Тип коммутатора: крюкового, стоякового, оболочкового или плоского типа

Команда Nide предоставит клиентам передовые технологии, первоклассное качество и лучший сервис, всегда будет к вашим услугам.

Nide также настраивает коммутатор в соответствии с требованиями заказчика.

Информация, необходимая для запроса коммутатора:

Было бы лучше, если бы клиент мог отправить нам подробный чертеж, включая приведенную ниже информацию.

1. Размеры коллектора: внешний диаметр, внутренний диаметр, общая высота и высота меди, номер стержня.

2. Тип коллектора: крюкового, с рейкой или планировщиком

3. Материал меди: Agcu/Cu

4.Применение коммутатора

5. Необходимое количество

6. Медная втулка нужна или нет

7. Прочие технические требования.

Nide производит более 1200 различных типов коммутаторов двигателей, включая крюковые, стоячие, корпусные, плоские, с внешним диаметром от 4 мм до 150 мм, и мы являемся профессионалами в производстве коммутаторов на протяжении многих лет. Коллекторы широко применяются в автомобильной промышленности, электроинструментах, бытовой технике и других двигателях. Если наши существующие модели вам не подходят, мы также можем разработать новую оснастку по вашему чертежу и образцам.

Кроме того, мы можем поставить полный спектр компонентов двигателя, таких как коллектор, шарикоподшипник, термозащита, угольная щетка, изоляционная бумага, вал, магнит, вентилятор, кожух двигателя и т. д.

Основы коллекторных двигателей постоянного тока | Portescap

ЩЕТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА BASICS

Технология Brush DC от Portescap основана на конструкции, основанной на роторе без железа (самонесущая катушка) в сочетании с системой коммутации из драгоценного металла или углеродистой меди и магнитом из редкоземельных металлов или альнико.Он предлагает явные преимущества для высокопроизводительных систем привода и сервопривода: низкое трение, низкое пусковое напряжение, отсутствие потерь в железе, высокий КПД, хорошее рассеивание тепла, линейная функция крутящий момент-скорость. Все эти факторы облегчают использование и упрощают сервоконтур. Для систем пошагового перемещения, где малая инерция ротора обеспечивает исключительное ускорение, а также для всего оборудования с батарейным питанием, где эффективность имеет большое значение, щеточные двигатели постоянного тока являются оптимальным решением.

Схема двигателя постоянного тока

КОНСТРУКЦИЯ ЩЕТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ – ТРИ ОСНОВНЫХ УЗЛА

Все двигатели постоянного тока состоят из трех основных узлов:

1. статор
2. Торцевая крышка щеткодержателя
3. ротор

1.Статор

Статор состоит из центрального и цилиндрического двухполюсного постоянного магнита, сердечника, поддерживающего подшипники, и стальной трубки, замыкающей магнитопровод. Высококачественные редкоземельные магниты обеспечивают выдающуюся производительность в небольшом корпусе. Спеченные подшипники и шарикоподшипники доступны в зависимости от нагрузки и требований вашего приложения.

2. Заглушка щеткодержателя

Торцевая крышка щеткодержателя изготовлена ​​из пластика.В зависимости от предполагаемого использования двигателя щетки могут быть двух разных типов; карбоновые или многопроволочные. В углеродных типах используется медный графит или серебряный графит, и они идеально подходят для приложений с пошаговым движением, где требуется высокий непрерывный и пиковый крутящий момент. Многожильный тип использует драгоценный металл и гарантирует низкое пусковое напряжение и повышенную эффективность, что идеально подходит для портативных приложений с питанием от батареи. Инженер Portescap может спроектировать торцевые заглушки, которые уменьшают электромагнитный шум, чтобы соответствовать требованиям ЭМС.

3. Ротор

Ротор является сердцем двигателя постоянного тока Portescap. Катушка непосредственно и непрерывно наматывается на цилиндрическую опору, которая затем удаляется, что устраняет чрезмерные воздушные зазоры и неактивные головки катушки, которые не вносят вклад в создание крутящего момента. Самонесущая катушка не требует металлической конструкции и, следовательно, обеспечивает низкий момент инерции и отсутствие заедания (ротор остановится в любом положении). В отличие от других традиционных технологий катушек постоянного тока, благодаря отсутствию железа нет гистерезиса, потерь на вихревые токи или магнитного насыщения.Двигатель имеет совершенно линейную зависимость скорости от момента, а рабочая скорость зависит только от напряжения питания и момента нагрузки. Portescap, используя свои собственные ноу-хау, разработала несколько автоматических намоточных машин для различных размеров рамы и продолжает внедрять инновации в метод намотки для увеличения выходной мощности.

Комбинация щеток и коллекторов оптимизирована для длительного срока службы при частоте вращения до 12 000 об/мин и обеспечивает высокую надежность. Продукты Portescap DC могут обеспечивать крутящий момент в диапазоне от 0.от 6 мНм до 150 мНм непрерывно и от 2,5 мНм до 600 мНм в повторно-кратковременном режиме.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ PORTESCAP

: БЕЗ ЖЕЛЕЗНОГО РОТОРА ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ротор обычного двигателя постоянного тока с железным сердечником изготовлен из медной проволоки, намотанной на полюса его железного сердечника. Такая конструкция ротора дает следующие результаты:

• Большая инерция из-за массы железа, препятствующая быстрому пуску и остановке
• Эффект зацепления и предпочтительное положение ротора, вызванное притяжением железных полюсов к постоянному магниту.
• Значительная индуктивность катушки, вызывающая искрение во время коммутации. Это искрение вызывает, с одной стороны, электрический шум, а с другой стороны, сильную электроэрозию щеток. Именно по последней причине в обычных двигателях используются угольные щетки.

Катушка ротора без железа

• обеспечивает высокое ускорение

Самонесущий безжелезный двигатель постоянного тока от Portescap имеет много преимуществ по сравнению с обычными двигателями с железным сердечником:

• высокое отношение крутящего момента к — инерции
• отсутствие предпочтительных позиций ротора
• очень низкий крутящий момент и изменение обратной ЭДС в зависимости от положения якоря
• практически нулевой гистерезис и потери на вихревые токи
• пренебрежимо малая электрическая постоянная времени
• почти нет риска размагничивания, поэтому быстрый разгон
• незначительное падение напряжения на щетках (с многопроволочными щетками)
• нижняя вязкостная амортизация
• линейные характеристики

Доказано, что система Portescap REE увеличивает срок службы двигателя до 1000 процентов.

Двумя основными факторами, влияющими на срок службы коллектора в щеточном двигателе постоянного тока, являются механический износ щеток из-за скользящих контактов и эрозия электродов из-за электрической дуги.Превосходная обработка поверхности, точность коллектора, а также улучшенные материалы, такие как коллекторы из драгоценных металлов с соответствующими сплавами, помогли снизить механический износ щеток. Для эффективного снижения электроэрозии при одновременном продлении срока службы коллектора компания Portescap разработала собственную систему катушек REE (Reduced Electro Erosion). Система РЭЭ снижает эффективную индуктивность щеточной коммутации за счет оптимизации взаимной индукции сегментов катушки. Чтобы сравнить и сопоставить преимущества системы REE, компания Portescap провела испытания двигателей с оптимизацией катушки REE и без нее.Износ поверхности коллектора показал улучшения в диапазоне от 100 до 300 процентов, как показано на рис. 5. Катушки 4, 5 и 6 усилены РЗЭ, а катушки 1, 2 и 3 не армированы РЗЭ.

BRASHED MOTOR THEORY — БЕЗЖЕЛЕЗНЫЕ РОТОРЫ

Электромеханические свойства двигателей с неметаллическими роторами можно описать с помощью следующих уравнений:

1. Напряжение источника питания U0 равно сумме падения напряжения, создаваемого током I на омическом сопротивлении RM обмотки ротора, и наведенного в роторе напряжения Ui:

U0 = I x RM + Ui (1)

2.Индуцированное в роторе напряжение Ui пропорционально угловой скорости ω ротора:
Ui = kE x ω (2)

Следует отметить, что существует следующая зависимость между угловой скоростью ω, выраженной в радианах в секунду, и скоростью вращения n, выраженной в оборотах в минуту: ω = (2π n)/60

3. Момент ротора M пропорционален току ротора I:

М = кТ х I (3)

Здесь можно отметить, что крутящий момент ротора M равен сумме крутящего момента нагрузки ML, обеспечиваемого двигателем, и момента трения двигателя Mf:

М = МЛ + Мф

Подставив основные уравнения (2) и (3) в (1), получим характеристику момент/угловая скорость для двигателя постоянного тока с безжелезным ротором:
U0 = M x RM + kE x ω (4)

Рассчитав постоянные kE и kT из габаритов двигателя, числа витков на обмотку, числа витков, диаметра ротора и магнитного поля в воздушном зазоре, находим для микродвигателя постоянного тока с безжелезный ротор:

M/I = Ui /ω = k (5)

Это означает, что k = kE = kT

Тождество kE = kT следует также из следующих энергетических соображений:

Электрическая мощность Pe = U0 x I, подводимая к двигателю, должна быть равна сумме механической мощности Pm = M x ω, создаваемой ротором, и рассеиваемой мощности (по закону Джоуля) Pv = I2 x RM:

Pe = U0 x I = M x ω + I2 x RM = Pm + Pv

Кроме того, умножая уравнение (1) на I, мы также получаем формулу для электрической мощности Pe :

Pe = U0 x I = I2 x RM + Ui x I

Эквивалентность двух уравнений дает M x ω = Ui x I или Ui /ω = M/I и kE = kT = k

Quod erat demostrandum. Используя приведенные выше соотношения, мы можем записать основные уравнения (1) и (2) следующим образом:

U0 = I x RM + k x ω (6)

и:

U0 = M x RM/ + k x ω (7)

Графическая экспресс характеристика «скорость-момент»:

Для преодоления момента трения Mf за счет трения щеток и подшипников двигатель потребляет ток холостого хода I0. Это дает

Mf = к х I0

и:

U0 = I0 x RM + k x ω0, где

ω0 = 2π/60 x n0, следовательно:

к = U0 — I0 /ω0 x RM (8)

Таким образом, возможно ли точно рассчитать постоянную двигателя k при скорости холостого хода n0, токе холостого хода I0 и сопротивлении ротора RM.

Пусковой ток Id рассчитывается следующим образом:
Id = U0 /RM

Следует помнить, что RM в значительной степени зависит от температуры; иными словами, сопротивление ротора увеличивается при нагреве двигателя за счет рассеиваемой мощности (закон Джоуля):

RM = RM0 (1 + γ x ∆T)

Где γ – температурный коэффициент меди (γ = 0,004/°C).

Поскольку медная масса катушек сравнительно мала, она очень быстро нагревается под действием тока ротора, особенно в случае медленного или многократного пуска.Момент Md, создаваемый пусковым током Id, получается следующим образом:
Md = Id x k — Mf = (Id — I0 )k (9)

Применяя уравнение (1), мы можем рассчитать угловую скорость ω, создаваемую напряжением U0 с моментом нагрузки Mi. Сначала определим ток, необходимый для получения крутящего момента M = ML + Mf :

I = (ML + Mf)/k Поскольку Mf /k = I0, мы можем также написать

I = (ML /k)+ I0 (10)

Для угловой скорости ω получаем соотношение

ω = (U0 − I x RM )/k (11)

= U0 /k — RM /k2 (ML + Mf )

, в котором снова необходимо учитывать температурную зависимость сопротивления ротора RM; иными словами, необходимо рассчитать значение RM при рабочей температуре ротора.С другой стороны, с помощью уравнения (6) мы можем рассчитать ток I и момент нагрузки ML для заданной угловой скорости ω и заданного напряжения U0:

I = (U0 − k x ω)RM = Id − k/RM ω (12)

И с уравнением (10)

ML = (I − I0)k

Получаем значение ML:

ML = (I − I0 )k − k2/RM ω

Чаще всего возникает задача определения напряжения питания U0, необходимого для получения скорости вращения n при заданном моменте нагрузки ML (угловая скорость ω = n x 2π/60). Подставляя уравнение (10) в (6), получаем:

U0 = (ML + I0)/k RM + k x ω (13)

Практические примеры расчетов

Обратите внимание, что везде используется международная система единиц (СИ).

1. Предположим, что для двигателя Portescap® 23D21-216E мы хотим рассчитать постоянную двигателя k, пусковой ток Id и пусковой момент Md при температуре ротора 40°C. При напряжении питания 12В скорость холостого хода n0 составляет 4900 об/мин (ω0 = 513 рад/с), ток холостого хода I0 = 12 мА и сопротивление RM0 = 9.5 Ом при 22°C.

Подставляя значения ω0 , I0 , RM0 и U0 в уравнение (8), получаем постоянную двигателя k для двигателя 23Д21-216Э: k = 12 − 0,012 x 9,5 = 0,0232 В·с 15

Перед расчетом пускового тока необходимо рассчитать сопротивление ротора при 40°C. При ∆T = 18°C ​​и RM0 = 9,5 Ом получаем RM = (1 + 0,004 x 18) = 9,5 x 1,07 = 10,2 Ом.

Пусковой ток Id при температуре ротора 40°C становится равным
Id = (U0/RM) = (12/10,2) = 1,18 А

, а пусковой момент Md согласно уравнению (9) равен Md = k(Id − I0) = 0. 0232 (1,18 — 0,012) = 0,027 Нм

2. Зададим следующий вопрос: какую скорость вращения n достигает двигатель с моментом нагрузки 0,008 Нм и напряжением питания 9В при температуре ротора 40°С?

Используя уравнение (10), мы сначала вычисляем ток, подаваемый на двигатель при следующих условиях:

I = (ML /k)+ I0 = (0,008/0,0232) + 0,012 = 0,357 А

Уравнение (11) дает угловую скорость ω:

ω = (U0 − I x RM )/k = (9 − 0.357 х 10,2)/0,0232 = 231 рад/с

и скорость вращения n: n = 60/2π ω = 2200 об/мин

Таким образом, двигатель достигает скорости 2200 об/мин и потребляет ток 357 мА.

3. Рассчитаем теперь момент М при заданной частоте вращения n 3000 об/мин (ω = 314 рад/с) и напряжении питания U0 15В; уравнение (12) дает значение тока:

I = (U0 − k x ω)/RM = Id − k/RM x ω

= 1,18 — (0,0232/10,2) х 314 = 0,466 А

и моментная нагрузка ML:

ML = k(I − I0)

= 0.0232 (0,466 — 0,012)

= 0,0105 Нм

(ML = 10,5 мНм)

4. Наконец, определим напряжение питания U0, необходимое для получения скорости вращения n 4000 об/мин (ω = 419 рад/с) при моменте нагрузки ML 0,008 Нм, при температуре ротора снова 40°С ( RM = 10,2 Ом).

Как мы уже рассчитали, ток I, необходимый для крутящего момента 0,008 Нм, равен 0,357 А.

U0 = I x RM + k x ω

= 0,357 х 10,2 + 0,0232 х 419
= 13,4 вольта

ПРИМЕНЕНИЕ КОЛЛЕКЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

МЕДИЦИНА

• Хирургические инструменты с электроприводом
• Стоматологические ручные инструменты
• Инфузионные, волюметрические и инсулиновые помпы
• Диагностическое и сканирующее оборудование

Преимущества: Компактные анализаторы с высокой эффективностью и точным позиционированием образцов

БЕЗОПАСНОСТЬ И ДОСТУП

• Камеры видеонаблюдения
• Замки
• Считыватели штрих-кода
• Пейджинговые системы

Преимущества: низкий уровень шума и вибрации, высокая мощность и превосходная эффективность

АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ И ОБОРОНА

• Датчик кабины
• Индикаторы
• Спутники
• Оптические сканеры

Преимущества: Низкая инерция, компактность и вес, высокая эффективность

РОБОТОТЕХНИКА И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ

• Конвейеры
• Транспортные средства с дистанционным управлением
• Промышленные роботы

Преимущества: высокая мощность и малый вес

РУЧНОЙ ИНСТРУМЕНТ

Ножницы
Ручные инструменты для обрезки
Гвоздильные пистолеты

Преимущества

: высокая эффективность, компактность и вес, низкий уровень шума

ПРОЧЕЕ

Офисное оборудование
Полупроводники
Модели железных дорог
Работа с документами
Оптика
Автомобильный
Транспорт
Аудио видео

Преимущества

: Низкий уровень шума, высокая мощность, лучшее регулирование двигателя

Прожектор приложения

МЕДИЦИНСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ Portescap решает множество задач, связанных с анализаторами, от отбора проб при анализе до быстрого сканирования и обнаружения молекулярных механизмов в жидкостях и газах, благодаря своим щеточным двигателям постоянного тока без сердечника. Для приложений с высокой пропускной способностью, когда анализируется более 1000 анализов в час, подходящим выбором являются высокоэффективные и высокоскоростные двигатели, такие как щеточные двигатели постоянного тока без сердечника. Низкая инерция ротора и короткая механическая постоянная времени делают их идеально подходящими для таких применений. Например, 22-мм щеточный двигатель постоянного тока без сердечника Portescap обеспечивает скорость холостого хода 8000 об/мин и механическую постоянную времени 6,8 мс. Еще одна функция анализатора, которая играет жизненно важную роль в их выходе, — это сбор образцов из пробирок или анализов и подача их в измерительные системы, основанные на фотометрии, хроматографии или других соответствующих схемах.Здесь опять же широко применим щеточный двигатель постоянного тока без сердечника из-за плотности мощности, которую он обеспечивает при небольшом размере корпуса. Вы можете максимизировать производительность вашего приложения с рабочей лошадкой 16 или 22 мм от Portescap.

Прожектор приложений

ИНФУЗИОННЫЕ НАСОСЫ Щеточные двигатели постоянного тока без сердечника обладают значительными преимуществами по сравнению со щеточными аналогами с железным сердечником для некоторых насосов интенсивной терапии, где преимущества варьируются от повышения эффективности до более высокой удельной мощности при меньшем размере корпуса.Одним из факторов, ухудшающих характеристики двигателя при длительном использовании, является нагрев двигателя с сопутствующими джоулевыми потерями. В моторной терминологии это регулируется коэффициентом регулирования двигателя, определяемым сопротивлением катушки R и константой крутящего момента k. Чем ниже коэффициент регулирования двигателя (R/k2), тем лучше двигатель будет работать в течение всего срока службы, сохраняя при этом более высокий КПД. Обладая одним из самых низких коэффициентов регулирования двигателя, последняя инновация Portescap в двигателях Athlonix уже приносит пользу применениям в области инфузионных насосов, предлагая выбор более производительного двигателя с меньшими потерями тепла, более высокой эффективностью и удельной мощностью в компактных корпусах.

Прожектор приложений

СБОРКА ЭЛЕКТРОНИКИ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА  Как универсальные 35-мм двигатели Portescap без сердечника с коммутацией угольных щеток превосходно подходят для сборки электроники, робототехники и автоматизированного оборудования, а также являются рабочей лошадкой в ​​некоторых механизмах захвата и установки, используемых в технологии поверхностного монтажа. Наши малоинерционные двигатели диаметром 35 мм могут обеспечить высокое ускорение, низкий уровень электромагнитных помех и частые стартовые остановки, которые необходимы машинам, сохраняя при этом меньшие и легкие корпуса.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Ротор в сборе

Щеточный двигатель постоянного тока в разрезе

Микро коллектор коллектора якоря двигателя постоянного тока для автомобильного универсального двигателя – Купить Коммутатор в ru.made-in-china.com подходит для микродвигателей постоянного тока и универсальных двигателей, таких как двигатели для массажных кресел, двигатели для автомобильных стеклоочистителей, двигатели для толкателей, двигатели для электроинструментов, двигатели для блендеров, двигатели для соковыжималок и т.

д.

NIDE занимается проектированием, разработкой и производством щелевых, крюковых и планарных коллекторов (коллекторов) для двигателей постоянного тока и универсальных двигателей. И может предоставить различные типы коммутаторов двигателей в соответствии с потребностями клиентов. У нас есть полная система обеспечения качества и передовая система управления предприятием. Мы используем высокие технологии и выбираем высококачественные материалы для производства желобов, крюков и плоских коммутаторов для двигателей постоянного тока и серийных двигателей. От закупки сырья до отгрузки продукции производство строго соответствует процедурам качества и инструкциям по эксплуатации.Коммутаторы широко используются в автомобилях, мотоциклах, электроинструментах, бытовой технике, авиационных двигателях, медицинском оборудовании, интеллектуальном электрооборудовании и других областях.

Характеристики коммутатора

Электрическая прочность между пластинами коммутатора 500В/с, пробой и мерцание отсутствуют; сопротивление изоляции ≥100 МОм, частота переменного тока 50 Гц/60 Гц, отличные электрические и механические свойства, стабильная структура, высокая точность размеров и малая однородная угловая погрешность коммутатора. Продукт имеет высокую твердость. , хорошая износостойкость, высокая прочность на растяжение, стабильные тепловые характеристики и длительный срок службы.

Технические характеристики продукта:

0

Название продукта DC Motor Armatore Commutator Материал серебряный медь 0,3 ‰ диафрагма 6.35 / 8,0 / 10/28 Внешний диаметр 15 / 18.9 / 23/10 Высота 10 / 13.5 / 16 / 18.5 бар бар 10/12/12/16

Мы можем настроить в соответствии с потребности клиента, добро пожаловать на консультацию.

 

Фотошоу

Команда Nide предоставит клиентам передовые технологии, первоклассное качество и лучший сервис, всегда будет к вашим услугам.
 
Компания Nide также изготавливает коллектор в соответствии с требованиями заказчика.

Информация, необходимая для запроса коммутатора:
Было бы лучше, если бы клиент мог отправить нам подробный чертеж, включая приведенную ниже информацию.
1. Размеры коллектора: внешний диаметр, внутренний диаметр, общая высота и высота меди, номер стержня.
2. Тип коллектора: крюкового типа, с подставкой или планировщиком
3. Медный материал: Agcu/Cu
4. Применение коммутатора
5. Требуемое количество
6. Медная втулка нужна или нет
7. Другие технические требования.

Nide производит более 1200 различных типов коммутаторов двигателей , , включая крюковые, стоячие, корпусные, плоские, с внешним диаметром от 4 мм до 150 мм, и мы являемся профессионалами в производстве коммутаторов на протяжении многих лет. Коллекторы широко применяются в автомобильной промышленности, электроинструментах, бытовой технике и других двигателях.Если наши существующие модели вам не подходят, мы также можем разработать новую оснастку по вашему чертежу и образцам.

NIDE может поставить полный спектр  электрических   компонентов двигателя  , таких как коммутатор, шарикоподшипник, термозащита, угольная щетка, изоляционная бумага, вал, магнит, вентилятор, крышка двигателя и т. д.

Благодаря хорошему сервису, уникальной философии, профессиональной команде и надежному качеству мы постепенно завоевываем доверие клиентов по всему миру.Мы прямо и косвенно поставляем нашу продукцию более чем в 50 стран мира.

1 послепродажное обслуживание

Услуги по обслуживанию	1. Индивидуальный дизайн продукта и производство
	.
3.Технические предложения
1. Гарантия : обычно 12 месяцев
2. Доступен зарубежный сервисный центр
3. Инженеры доступны для обслуживания за границей

Компания NIDE, основанная в 2007 году, занимается производством электродвигателей и предоставляет комплексные услуги своим клиентам.

NIDE состоит из трех основных бизнес-подразделений.
Первое подразделение занимается поставкой различных видов машин для производства двигателей. Это наша основная деятельность, в том числе станки, полностью автоматизированные комплектные линии для производства арматуры и статоров, а также линии сборки двигателей.
Второе подразделение должно поставлять полный спектр компонентов двигателя, таких как коллектор, шарикоподшипник, угольная щетка, изоляционная бумага, вал, магнит, вентилятор, кожух двигателя и т. д.
Третье подразделение должно предоставлять техническую поддержку и консультации, проекты поддержка и обслуживание под ключ для некоторых моторных производств.

Медное коллекторное кольцо РПН для трехфазного двигателя постоянного тока, 4000 рупий / шт.

Avani Electrical

Медное коллекторное кольцо РПН для трехфазного двигателя постоянного тока, 4000 рупий / шт. Avani Electrical | ID: 23805051473

Тема продукта

фаза

Тип двигателя DC Motor Материал Тип Форма RUB Диаметр 5 дюймов

Заинтересованы в этом товаре?Уточнить цену у продавца

Связаться с продавцом

---

О компании

Год создания2016

Правовой статус фирмы Единоличное предприятие (частное лицо)

Характер деятельностиПроизводитель

Количество сотрудниковДо 10 человек

IndiaMART
Установлено в 2016 , на Aurangabad , Maharahtra , «Avani Electrical» , у нас «Avani Electrical» — это 70684 единоличное владение , занимающейся основной фирмой , занимающейся главным , и т. п.

Видео компании

Вернуться к началу

1

Есть потребность?
Лучшая цена

1

Есть потребность?
Лучшая цена

Коллекторные двигатели постоянного тока, часть II

Читать часть I этой статьи

Коллекторный двигатель постоянного тока требует понимания таких вопросов, как кривые скорости/крутящего момента, противо-ЭДС, зубчатые колеса и конструкция обмотки.

В первой части этой статьи, состоящей из двух частей, мы рассмотрели базовую теорию коллекторных двигателей постоянного тока. Во второй части мы обсудим нюансы конструкции и эксплуатации, которые необходимо знать пользователям, чтобы выбрать двигатель, подходящий для их применения.

Экономичные и простые коллекторные двигатели постоянного тока обеспечивают выходную мощность от милливатт до мегаватт, что делает их рабочей лошадкой для таких разнообразных применений, как портативные инфузионные насосы и сталепрокатные станы. Синхронные устройства обладают линейностью, что позволяет легко рассчитать рабочие параметры данного двигателя при различных условиях.При постоянном входном напряжении скорость двигателя постоянного тока падает линейно по мере увеличения нагрузки, например, ток будет увеличиваться в зависимости от нагрузки, приложенной к выходному валу. Мы можем использовать эти отношения для определения тока, необходимого для конкретного двигателя, чтобы управлять желаемой нагрузкой.

Поскольку задействованные отношения являются линейными, нам нужно всего две точки данных для построения каждой из наших кривых (см. рис. 1). Мы можем построить кривую скорости как функции крутящего момента, зная скорость при ненагруженном двигателе (скорость холостого хода, w _n ) и нагрузку, необходимую для остановки двигателя, соответствующую максимальному крутящему моменту, который может выдержать двигатель. генерировать (крутящий момент, t _с ).Точно так же мы можем построить зависимость между током и нагрузкой, которую двигатель может перемещать при этом токе, зная ток холостого хода In и ток останова Is. Как только мы узнаем нагрузку, которую мы приводим в движение с помощью нашего двигателя, мы ищем ток/скорость, которые соответствуют крутящему моменту, представленному нашей нагрузкой.

Поскольку зависимости скорость/момент и ток/момент являются линейными и не зависят от приложенного напряжения, изменить кривую для другого напряжения так же просто, как масштабировать кривую (см. рис. 2).Очевидно, что это упрощенная модель, которая не учитывает переменное напряжение и механизмы потерь, помимо проволочных катушек, но дает представление о преимуществах двигателей постоянного тока.

Противоэдс
Учитывая, что ротор в основном состоит из множества витков провода, мы можем смоделировать двигатель постоянного тока как простую схему, состоящую из батареи и резистора (см. рис. 3), как описано в законе Ома:

 В _с = ИК [1]

, где V _s равно напряжению питания, I — току, а R — сопротивлению катушки.

При постоянном напряжении потребляемый двигателем ток обратно пропорционален сопротивлению, которое мы можем аппроксимировать как сопротивление провода в катушках — довольно низкое. Это означает, что особенно в условиях низкой скорости или заблокированного ротора двигатель может потреблять достаточный ток, чтобы сжечь катушки. К счастью, есть и другие факторы. Якорь двигателя постоянного тока состоит из катушек, движущихся через магнитное поле. Как мы обсуждали в первой части, магнитное поле от якоря или якоря воздействует на токонесущие провода катушки, создавая крутящий момент.В то же время верно и обратное – движущиеся в магнитном поле провода создают электродвижущую силу, или ЭДС (?)

 [2]

Другими словами, каждый двигатель постоянного тока одновременно действует как генератор. По закону Ленца направление ЭДС противоположно направлению Vs. Это представлено знаком минус в уравнении, которое мы представляем со знаком минус. Но мы можем представить магнитный поток через петлю как:

  [3]

Это означает, что для плотно намотанной катушки из N витков, вращающихся в постоянном магнитном поле B, площадь витка A изменяется со временем, поэтому мы можем переформулировать уравнение 2 как

 [4]

Более того, закон Ленца гласит, что ЭДС фактически будет противодействовать приложенному напряжению, и что противоЭДС увеличивает скорость вращения катушки. Теперь наша эквивалентная схема включает еще один компонент (см. рис. 4)

.

и уравнение 1 становится

[5]

Решая для тока, получаем

  [6]

Другими словами, чем выше противо-ЭДС, тем ниже потребляемый ток и тем ниже уровень рассеиваемого тепла. Также обратите внимание, что уравнение 4 говорит нам о том, что чем выше скорость двигателя, тем больше значение ?b, что снова снижает ток.Рассмотрим наше состояние без нагрузки. Сразу после запуска ток резко возрастает, но противо-ЭДС сразу же начинает увеличиваться, противодействуя напряжению источника. Это приводит к падению текущего розыгрыша. К тому времени, когда двигатель достигает максимальной скорости, противо-ЭДС почти уравновешивает напряжение источника, и в результате двигатель, работающий без нагрузки, потребляет очень небольшой ток. Как только мы применяем нагрузку, скорость и противо-ЭДС падают, позволяя току увеличиваться и двигателю производить полезную мощность.

Это соотношение позволяет использовать противо-ЭДС в качестве инструмента для контроля скорости или проверки работы двигателя.

Зубчатая передача
Наиболее распространенной конструкцией щеточного двигателя постоянного тока является железный сердечник, в котором ротор состоит из ламинированного железного сердечника, обмотанного проволокой для создания катушек. Коллекторные двигатели постоянного тока с железным сердечником надежны и способны создавать большой крутящий момент, но они страдают от явления, известного как зубчатое зацепление, которое может придавать вращению двигателя ступенчатое движение. Заедание вызвано притяжением между железными зубьями ротора и магнитами статора и присутствует даже при выключенном двигателе.Когда зубья якоря проходят по краям магнитов статора, притяжение между ними возмущает вращение. В случае применения с высоким крутящим моментом или высокой инерцией зубчатое зацепление не представляет большой проблемы. В случае приложения управления движением это может привести к ошибке позиционирования, достаточно большой, чтобы поставить под угрозу выполнение поставленной задачи.

Один из способов уменьшить зубчатое зацепление — перекосить зубья, по сути скрутив якорь так, чтобы зубья располагались под углом по отношению к краям магнитов (см. рис. 3).Это сглаживает эффект. Конечно, есть компромиссы. Перекос якоря снижает крутящий момент. «Вы жертвуете, возможно, 3% крутящего момента, чтобы добиться плавного позиционирования», — говорит Дэн Джонс, президент Incremotion Inc. (Таузенд-Оукс, Калифорния). «Во многих случаях это хороший компромисс, но вы увеличиваете свои расходы, потому что теперь вам приходится наматывать на перекошенный, скрученный стек. Установка оснастки и намотка стоят немного дороже».

Еще один способ избежать зазубрин — использовать конструкцию без сердечника.Роторы двигателей без сердечника состоят из косо намотанной проволоки без сердечника. Они предлагают более низкую инерцию и индуктивность, а также нулевое зубчатое зацепление. С другой стороны, отсутствие ядра означает, что они менее эффективны при передаче тепла, поэтому могут перегреваться. Двигатели без сердечника, как правило, хорошо подходят для высокопроизводительных и высокоточных приложений, таких как медицинские устройства, системы промышленной автоматизации и военные/аэрокосмические системы.

Конструкция обмотки
Обмотки представляют ключевую степень свободы в конструкции двигателя.Напомним, что сопротивление катушки напрямую влияет на потребляемый ток и скорость. Двигатель может иметь одинаковые физические размеры и вес, но изменяя диаметр провода и количество витков в катушке, конструктор может получить совершенно разные характеристики (см. рис. 5). С одной стороны, обмотки с низким сопротивлением состоят из более толстого провода с меньшим количеством витков. Обмотки с низким сопротивлением обеспечивают более высокие пусковые токи и более высокие рабочие скорости. С другой стороны, обмотки с высоким сопротивлением имеют более тонкие провода с большим количеством витков, что обеспечивает более низкие пусковые токи и более низкие рабочие скорости.

Лучший выбор обмотки зависит от области применения. Например, медицинское устройство с батарейным питанием, вероятно, будет иметь серьезные ограничения по потреблению тока и лучше подходит для обмоток с высоким сопротивлением. Для приложения, работающего от источника питания и сетевой розетки, ток не является проблемой, но размер двигателя или шум могут быть более важными, поэтому для устройства лучше использовать обмотки с низким сопротивлением.

Правильный выбор щетки
Щетки играют важную роль в работе коллекторного двигателя постоянного тока, коммутируя напряжение привода, чтобы двигатель продолжал вращаться.Разные материалы щеток обеспечивают разный уровень производительности — выбор зависит от области применения. Хотя наиболее распространенным материалом для щеток является углерод, они также могут быть изготовлены из драгоценных металлов, таких как золото, серебро или платина, а также сплавов, таких как графит меди или графит серебра. «У вас может быть идеальная конструкция двигателя, и если вы выберете неправильную щетку, у вас будут проблемы через несколько минут — щетки полностью изнашиваются», — говорит Джонс. «У вас может быть нормальный ток, поступающий в двигатель с неправильными материалами щеток, и это механически изнашивает щетки в течение нескольких часов.

Что нужно знать перед визитом возьмите телефон Чтобы правильно выбрать двигатель для вашей системы, вам необходимо знать ряд характеристик вашего приложения, в том числе: Требования к нагрузке/скорости Ограничения по размеру (максимальная скорость, максимальный диаметр, максимальная длина) Доступный ток Доступное напряжение Источник питания (т. е. питание от розетки или от аккумулятора)? Окружающая среда Ограничения по электрическому шуму Ограничения звукового шума Рабочий цикл Ограничения ЭМС —K.L.

Графит представляет собой надежное решение, особенно для двигателей диаметром 15 мм и больше. Графитовые щетки имеют тенденцию со временем образовывать мусор, который может попасть в коллектор, вызывая периодические сбои. Как правило, двигатели, использующие графитовые щетки, должны работать на достаточно высокой скорости (выше 1000 об/мин), чтобы отбрасывать мусор, и в течение длительных рабочих циклов, чтобы сжигать мусор.«Пока вы не допускаете попадания мусора в коллектор, графитовые щетки имеют тенденцию быть более прочными и более надежными», — говорит Пол МакГрат, инженер по продажам в Maxon Precision Motors (Фолл-Ривер, Массачусетс).

Щетки из драгоценных металлов, как правило, покрыты пальцами, поэтому они не так прочны, как щетки из цельного графита. Они производят меньше электрических и звуковых шумов, что делает их подходящими для чувствительных приложений. Они занимают меньше места, чем угольно-графитовые щетки, что делает их подходящими для небольших двигателей (диаметром менее 15 мм), а также для маломощных приложений с низким рабочим циклом.

Падение напряжения между коммутатором и щеткой имеет тенденцию быть небольшим для щеток из драгоценных металлов, что делает двигатели совместимыми с низковольтными системами. Драгоценные щетки не обладают самосмазывающимися характеристиками графитовых щеток, что со временем приводит к их большему износу. В результате обычно добавляется смазка коммутатора.

Существуют дополнительные аспекты приложения, которые могут повлиять на дизайн кисти. Щетки могут работать только с ограниченной плотностью тока; после определенного момента они могут начать гореть.Скорость представляет собой механическую проблему — щетка может фактически слететь с коллектора. Двигатели, предназначенные для работы на большой высоте, требуют специальных щеток, которые могут выдерживать или компенсировать низкую влажность окружающей среды, например, щетки, легированные дисульфидом молибдена или карбонатом лития.

Неисправности коммутатора также могут вызвать проблемы. Когда щетки пересекают зазоры между двумя половинами коллектора, энергия, накопленная в обмотке двигателя в виде магнитного поля, вызывает дугу между щеткой и сегментом коллектора.Это происходит не только при нормальной коммутации, но и в ситуациях, когда щетки «подпрыгивают» на вращающемся коллекторе. На более высоких скоростях это приводит к более быстрому износу щеток и электроэрозии.

Ошибки, которых следует избегать
Определение правильного двигателя начинается с понимания целей. Например, для приложения позиционирования может потребоваться очень специфический профиль скорости и крутящего момента, в то время как приложение скорости может больше сосредоточиться на достижении заданной выходной мощности. Нагрузка, например, является ключевым параметром. Условия окружающей среды также важны. Пользователи должны знать о нюансах того, как температура влияет на производительность, а также о том, как смазка или масло в подшипниках реагируют на низкие температуры или на высокие температуры в течение длительного периода времени. Вооружившись этой информацией, они могут пойти на компромисс или изменить конструкцию для точной настройки производительности. «Как правило, это возвращается к нагрузке, потому что, если вы сообщите мне нагрузку, мы сможем рассчитать, способен ли мой двигатель обеспечить эту нагрузку, скорее всего, в наихудших условиях», — говорит Майк Эккерт, инженер по применению двигателей в NMB Technologies Corp.«Если у нас его нет, мы можем внести коррективы в обмотку, изменив количество витков или изменив сечение магнитной проволоки. Мы также можем отрегулировать многие физические части двигателя (длину магнита или тип магнита), длину якоря. Все это позволяет производителям двигателей настраивать двигатели в соответствии с целями наших клиентов.

Пользователи должны быть реалистичными в плане ожиданий. Это может показаться очевидным, но даже самый точно настроенный двигатель может генерировать только определенную скорость и крутящий момент при заданном напряжении и токе.Хотя пользователи часто перегружают двигатели для достижения желаемой производительности, это может поставить под угрозу срок службы и, возможно, точность.

Важно помнить, что если к двигателю добавлен редуктор, максимальная скорость, указанная в спецификации, больше не применяется. «Как только вы добавите редуктор к двигателю, вам действительно захочется, чтобы мотор-редуктор работал на более низких скоростях, чем двигатель фактически рассчитан на работу сам по себе», — говорит МакГрат. «Клиенты скажут: «О, хорошо, если я запущу этот двигатель при номинальном напряжении или выше, чем номинальное напряжение, я смогу получить эту скорость, которая подходит для двигателя сама по себе, но на самом деле она намного быстрее, чем в головке редуктора». чем мы хотели бы видеть.

Инерция и точность позиционирования представляют собой еще один компромисс. Ротор большего размера может создавать больший крутящий момент, но инерция ротора равна четвертой степени диаметра, что может снизить точность позиционирования. «Если я попытаюсь двигаться быстро, я проиграю, потому что буду делать ротор все больше и больше», — говорит Джонс. «Возможно, мне придется использовать более толстый провод с меньшим сопротивлением или, возможно, изменить форму ротора. Скажем, я не могу использовать бочкообразную форму. Может быть, я смогу обойти это, выбрав большой диск, но тогда инерция в конечном итоге ограничит меня.Я мог бы использовать двигатель с поперечным магнитным потоком, который имеет самый высокий крутящий момент на единицу веса среди всех существующих двигателей, но проблема в том, что он работает медленно — обычно ниже 1000 об/мин».

Правильная спецификация двигателя — это сложный процесс — обсуждение здесь предназначено только в качестве отправной точки и основано на ряде приближений. Пользователи должны работать со своим производителем, чтобы найти правильное решение. Используя преимущества различных вариантов конструкции, таких как индивидуальные обмотки, материалы щеток и т. д., они вполне могут получить именно ту производительность, к которой стремятся.

Благодарности
Джордж Хант, инженер по применению в MICROMO (Клируотер, Флорида), предоставил справочную информацию для этой статьи.

Прочтите часть I этой статьи

Энкодер вала двигателя 24 В постоянного тока KN40 NPN Выход с открытым коллектором 1024 Импульс

энкодер 24 В постоянного тока, серводвигатель, поворотный энкодер KN40 NPN, выход с открытым коллектором, 1024 импульса

 

О вибрации энкодера

Вибрация, воздействующая на энкодер, всегда легко вызывает неверный импульс.

Таким образом, мы должны уделять больше внимания рабочему месту энкодера.

Чем больше импульсов за цикл, тем меньше расстояние между канавками решетки, влияние вибрации на энкодер, когда скорость двигателя низкая или даже остановлена, вибрация, действующая на вал энкодера или корпус энкодера, может вызвать вибрацию решетки, таким образом, энкодер может показывать неверный импульсный сигнал.

 

 

Почему выбирают нас?

Торговая марка HENGXIANG — надежный партнер
Одобрено CE — превосходное качество продукции;
Быстрая доставка — сильная способность продукта на складе;

Завод напрямую обеспечивает конкурентоспособную цену;
Комплексное обслуживание — для эффективной покупки;

Принимается OEM-дизайн — индивидуальный дизайн, принимается ваш собственный бренд.

 

Отгрузка

Товары могут быть отправлены через TNT, FedEx, UPS, DHL, EMS и т. д.

Вы можете выбрать экспресс в соответствии с вашими требованиями, если сборщик грузов

Если у вас нет учетной записи курьера, мы проверим и найдем для вас самый дешевый и безопасный экспресс.

Наша фабрика имеет 30% скидку в большинстве курьерских компаний, поэтому цена может быть как можно дешевле.

 

Описание энкодера серии KN40

Предметы	Основные параметры
Марка	ХЭНСИАНГ
Тип энкодера	Инкрементный энкодер
Внешний диаметр	40 мм
Толщина	20 мм
Установочный размер	Р17мм, Р20мм;Р23мм
Полый вал, тип	глухое отверстие; сквозное отверстие, коническое отверстие, сплошной конический вал
Диаметр сплошного вала	10 мм (коническая форма)
Диаметр полого вала	6мм;8мм;9мм;9. 52мм;10мм
Разрешение	1024;2048;2500;3600;5000;7200;10000;14400
	1000/4;1000/6;1000/8;1024/4;1024/6;1024/8;2000/4;2000/6;2000/8;2048/4;2048/6;2048/8. ；2500/4；2500/6；2500/8;4096/4;4096/6;4096/8;5000/4;5000/6;5000/8
Выходная фаза	Фаза A+,B+,Z+,A-,B-,Z-,U+,V+,W+,U-,V-,W-
Напряжение питания	DC5V ; DC8—30В
Степень защиты	IP40
Длина кабеля	500 мм
Ток потребления	100 мА МАКС
Максимальная частота отклика	300 кГц
Допустимая пульсация	≤3%СКЗ
Напряжение нагрузки	≤30 В пост. тока
Прочность изоляции	AC500V 60 с
Сопротивление изоляции	10 МОм
Земля	нет подключения к энкодеру
Отношение метки к пробелу	от 45% до 55%
пусковой момент	меньше 5. 9x 10-3 Н.м
Момент инерции	менее 1,5x 10-6 кг.м2
Нагрузка на вал	Радиальный 30Н; Осевая 20Н
Скорость нарастания	5000 об/мин
Срок службы подшипника	1,5×109 об/мин при номинальной нагрузке (100000 часов при 2500 об/мин)
Температура окружающей среды	Эксплуатация: -20 ～+100°C; хранение: -25 ～+100°C
Влажность окружающей среды	Эксплуатация и хранение: относительная влажность 35-85% (без конденсации)
Вибрация (устойчивая)	Амплитуда 0.75 мм, 5-55 Гц, 2 часа по трем осям по отдельности
Носок (выносливый)	490 м/с2, 11 мс три раза для направления X, Y, Z по отдельности
Материал корпуса	литой под давлением алюминий
Сертификация	СЕ
упаковка	Картонная коробка
Масса нетто	Около 90 г (с упаковкой)

 

Сигнальная цепь энкодера

1. Открытый коллектор NPN. Открытый коллектор NPN (NPN) представляет собой интерфейс, основанный на выходной цепи с транзистором NPN.

Открытый коллектор — это неподключенное соединение коллектора NPN-транзистора, эмиттер которого соединен с землей, а коллектор — с выходом.

2. Выход PNP

Выход PNP представляет собой интерфейс, основанный на выходной схеме с транзистором PNP.

3. Двухтактный выход (HTL)

High Voltage Transistor Logic работает с напряжением питания в диапазоне от 10 до 30 В постоянного тока, при этом 24 В постоянного тока является наиболее распространенным.

«Низкий» определяется как выходное напряжение от 0 В до 3 В, а «высокий» — как выходной сигнал между VCC и VCC — 3,5 В.

4. Выход TTL RS-422

В транзисторно-транзисторной логике (TTL) как логическое состояние, так и усиление выполняются транзисторами, отсюда и название.

На выход TTL подается либо фиксированное напряжение 5 В, либо переменное напряжение от 10 до 32 В. Для этого нижний диапазон определяется как ≤ 0,4 В, а верхний диапазон — как ≥ 2,4 В.

 

Коллекторный двигатель постоянного тока

.Типы цепей возбуждения и включения двигателей постоянного тока Проектирование и обслуживание двигателя постоянного тока

Создает магнитный поток для формирования момента. В направляющую обязательно входят либо постоянные магниты , либо обмотка возбуждения … Индуктор может входить в состав как ротора, так и статора. В двигателе, показанном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и является частью статора.

Типы коллекторных двигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть и .

Схема коллекторного двигателя с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (PMDC) с постоянными магнитами является наиболее распространенным двигателем постоянного тока. Этот двигатель включает в себя постоянные магниты, которые создают магнитное поле в статоре. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно применяются в задачах, не требующих большой мощности. КДПТ с ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения. В этом случае момент КДПТ ПМ ограничивается полем постоянных магнитов статора.PMDC с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменения напряжения. Постоянное поле статора позволяет легко регулировать скорость двигателя. Недостатком двигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижается производительность двигателя.

Преимущества:
• лучшее соотношение цены и качества
• высокий крутящий момент при низких оборотах
• быстрая реакция на изменение напряжения

Дефекты:
Постоянные магниты
• теряют свои магнитные свойства со временем, а также под воздействием высоких температур

Коллекторный двигатель с обмоткой возбуждения

По схеме соединения обмотки статора коллекторные электродвигатели с обмоткой возбуждения подразделяются на двигатели:

Независимая цепь возбуждения

Цепь параллельного возбуждения

Цепь последовательного возбуждения

Смешанная схема возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В двигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если напряжения равны, то обмотка возбуждения включается параллельно обмотке якоря. Использование двигателя независимого или параллельного возбуждения в электроприводе определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих моторов одинаковые.

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме токов обмотки возбуждения и тока якоря.При нормальной работе с увеличением напряжения питания увеличивается общий ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя увеличивается и скорость, а крутящий момент уменьшается. При нагрузке двигателя ток якоря увеличивается, что приводит к увеличению поля якоря. С увеличением тока якоря уменьшается ток индуктора (обмотки возбуждения), в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

Преимущества:
• почти постоянный крутящий момент при низких оборотах
• хорошие регулировочные свойства
• отсутствие потери магнетизма с течением времени (поскольку нет постоянных магнитов)

Дефекты:
• дороже КДПТ ПМ
• двигатель выходит из-под контроля, если ток дросселя падает до нуля

Коллекторный двигатель параллельного возбуждения имеет уменьшающийся момент на высоких скоростях и высокий, но более постоянный момент на малых скоростях.Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, полный ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. В результате этот тип двигателя имеет отличные характеристики регулирования скорости. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, требующих мощности более 3 кВт, особенно в автомобильной и промышленной технике. По сравнению с , двигатель параллельного возбуждения не теряет со временем своих магнитных свойств и является более надежным. Недостатками двигателя с параллельным возбуждением являются более высокая стоимость и возможность выхода двигателя из-под контроля при падении тока дросселя до нуля, что, в свою очередь, может привести к поломке двигателя.

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (I вх = I а), что придает двигателям особые свойства. При малых нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (I а & lt I ном) и магнитная система двигателя не находится в насыщении (F ~ I а), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:

• где М -, Н∙м,
• с М — постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
• Ф — основной магнитный поток, Вб,
• I а — ток якоря, А.

При увеличении нагрузки магнитная система двигателя насыщается и нарушается пропорциональность между током I а и магнитным потоком Ф. При значительном насыщении магнитный поток Ф с увеличением I а практически не увеличивается. График зависимости М = f (I а) в начальном участке (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок превращается в прямая линия.

Важно: Недопустимо включение двигателей последовательного возбуждения в сеть в режиме холостого хода (отсутствие нагрузки на валу) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках скорость якоря резко возрастает, достигая значений при котором возможно механическое разрушение двигателя, поэтому в приводах с двигателями последовательного возбуждения недопустимо использование ременной передачи, при ее обрыве двигатель переходит в режим холостого хода.Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения мощностью до 100-200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, так как их мощность механических и магнитных потерь при высоких скоростях соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

Способность двигателей с последовательным возбуждением развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

Коллекторный двигатель с последовательным возбуждением имеет высокий крутящий момент при низких оборотах и ​​высокую скорость без нагрузки. Этот электродвигатель идеально подходит для приложений, требующих высокого крутящего момента (краны и лебедки), поскольку ток как статора, так и ротора увеличивается под нагрузкой.В отличие от двигателей с параллельным возбуждением, двигатель с последовательным возбуждением не имеет точной характеристики регулирования скорости и в случае короткого замыкания в обмотке возбуждения может стать неуправляемым.

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной обмоткой, вторая обмотка называется вспомогательной обмоткой. Обмотки возбуждения могут быть соединены согласованно и встречно, и, соответственно, магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки соединены в соответствии, то скоростные характеристики такого двигателя располагаются между скоростными характеристиками двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Противоположные соединения обмоток применяют, когда необходимо получить постоянную скорость вращения или увеличение скорости вращения при увеличении нагрузки.Таким образом, производительность двигателя смешанного возбуждения приближается к характеристикам двигателя с параллельным или последовательным возбуждением в зависимости от того, какая из обмоток возбуждения играет основную роль.

Собственная скорость и механические характеристики, область применения

В двигателях последовательного возбуждения ток якоря одновременно является и током возбуждения: i in = I a = I … Следовательно, поток Ф δ изменяется в широких пределах и можно записать, что

(3)

(4)

Скоростная характеристика двигателя [см. выражение (2)], показанная на рисунке 1, является мягкой и гиперболической.При k Ф = const вид кривой n = f ( I ) показан штриховой линией. Для малых и обороты двигателя становятся недопустимо высокими. Поэтому работа двигателей последовательного возбуждения, за исключением самых малых, не допускается на холостом ходу, а применение ременной передачи недопустимо. Обычно минимально допустимая нагрузка P 2 = (0,2 – 0,25) P н.

Естественная характеристика двигателя последовательного возбуждения n = f ( M ) в соответствии с соотношением (3) представлена ​​на рис. 3 (кривая 1
).

С двигателей параллельного возбуждения М ∼ I , а для двигателей последовательного возбуждения примерно М ∼ I ² и при пуске допускается I = (1,5 – 2,0) I n, то двигатели с последовательным возбуждением развивают значительно более высокий пусковой момент по сравнению с двигателями с параллельным возбуждением. Кроме того, для двигателей параллельного возбуждения n ≈ const, а для двигателей последовательного возбуждения, согласно выражениям (2) и (3), примерно (при R а = 0)

n ∼ U / I ∼ U / √ M .

Поэтому, в параллельном возбуждении двигатели

P 2 = Ω × м = 2π × N × м ~ м ,

и для моторов последовательного возбуждения

P 2 = 2π × n × M ∼ √ M .

Таким образом, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки М ст = М в широких пределах мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей параллельного возбуждения.

Таким образом, перегрузки по крутящему моменту менее опасны для двигателей с последовательным возбуждением. В связи с этим двигатели с последовательным возбуждением имеют значительные преимущества при тяжелых условиях пуска и изменении момента нагрузки в широких пределах. Они широко используются для электротяги (трамваи, метро, ​​троллейбусы, электровозы и тепловозы на железных дорогах) и в подъемно-транспортных установках.

Рис. 2.Схемы регулирования скорости вращения двигателя последовательного возбуждения шунтированием обмотки возбуждения ( а ), шунтированием якоря ( б ) и включением сопротивления в цепь якоря ( в )

Обратите внимание, что при увеличении скорости вращения двигатель последовательного возбуждения не переходит в генераторный режим. На рис. 1 это видно из того, что характеристика n = f ( I ) не пересекает оси ординат.Физически это объясняется тем, что при переходе в генераторный режим при заданном направлении вращения и заданной полярности напряжения направление тока должно измениться на противоположное, а направление электродвижущей силы (ЭДС) E и полярность полюсов должна оставаться неизменной, однако последнее невозможно при изменении направления тока в обмотке возбуждения. Поэтому для перевода двигателя последовательного возбуждения в генераторный режим необходимо переключить концы обмотки возбуждения.

Регулирование скорости ослаблением поля

Регулирование н ослаблением поля, производится либо шунтированием обмотки возбуждения некоторым сопротивлением R ш.в (рис. 2, а ), либо уменьшением по числу витков обмотки возбуждения, включенных в работу. В последнем случае должны быть предусмотрены соответствующие выводы от обмотки возбуждения.

Так как сопротивление обмотки возбуждения R в и падение напряжения на ней небольшое, то R ш.v также должен быть маленьким. Потери сопротивления R ш.в поэтому малы, а общие потери возбуждения при шунтировании даже уменьшаются. В результате КПД (коэффициент полезного действия) двигателя остается высоким, и этот способ управления широко применяется на практике.

При шунтировании обмотки возбуждения ток возбуждения от значения I уменьшается до

и скорость n соответственно увеличивается. В этом случае получим выражения для скоростных и механических характеристик, если в равенствах (2) и (3) заменить k F на k F k o.v, где

— коэффициент затухания возбуждения. При регулировании скорости изменение числа витков обмотки возбуждения

к о.в = вт в.раб / вт в.пол.

На рис. 3 показаны (кривые 1
, 2
, 3
) характеристики н = ф ( М ) для данного случая регулирования скорости при нескольких значениях к о.в (значение к о.в.v = 1 соответствует естественной характеристике 1
, к о.в = 0,6 — кривая 2
, к о.в = 0,3 — кривая 3
). Характеристики даны в относительных единицах и соответствуют случаю, когда к Ф = const и R а* = 0,1.

Рис. 3. Механические характеристики двигателя с последовательным возбуждением при различных методах регулирования скорости

Регулирование скорости шунтированием якоря

При шунтировании якоря (рис. 2, б ) ток и поток возбуждения увеличиваются, а скорость уменьшается.Поскольку падение напряжения R в × I невелико и поэтому можно принять R при ≈ 0, то сопротивление R ш. a находится практически под полным напряжением сети, его величина должна быть значительной, потери в нем будут велики и КПД сильно снизится.

Кроме того, шунтирование якоря эффективно, когда магнитная цепь не насыщена. В связи с этим шунтирование арматуры на практике применяется редко.

На рис. 3 показана кривая 4
n = f ( M ) at

I w.а ≈ U / R w.a = 0,5 I н.

Регулирование скорости включением сопротивления в цепь якоря

Регулирование скорости включением сопротивления в цепь якоря (рис. 2, в ). Этот метод позволяет регулировать н в сторону уменьшения от номинального значения. Так как при этом КПД значительно снижается, этот способ регулирования находит ограниченное применение.

Выражения для скоростных и механических характеристик в этом случае получатся, если в равенствах (2) и (3) заменить R и на R а + R ра.Характеристика n = f (М) для данного типа регулирования скорости при R па * = 0,5 представлена ​​на рис. 3 в виде кривой 5
.

Рисунок 4. Параллельное и последовательное подключение двигателей последовательного возбуждения для изменения скорости вращения

Регулирование скорости изменением напряжения

Таким образом, вы можете регулировать n в сторону уменьшения от номинального значения, сохраняя при этом высокий КПД.Рассмотренный метод управления широко применяется в транспортных установках, где на каждую ведущую ось устанавливается отдельный двигатель и регулирование осуществляется путем переключения двигателей с параллельного включения в сеть на последовательное (рис. 4). На рис. 3 показана кривая 6
является характеристикой n = f ( M ) для данного случая при U = 0,5 U n.

Обмотка возбуждения подключена к независимому источнику. Производительность двигателя такая же, как у двигателя с постоянными магнитами.Скорость вращения регулируется сопротивлением в цепи якоря. Он также регулируется реостатом (управляющим сопротивлением) в цепи обмотки возбуждения, но при чрезмерном уменьшении его значения или при обрыве ток якоря возрастает до опасных значений. Двигатели с независимым возбуждением нельзя запускать на холостом ходу или при малой нагрузке на вал. Скорость вращения резко увеличится, и двигатель будет поврежден.

Независимая цепь возбуждения

Остальные цепи называются цепями самовозбуждения.

Параллельное возбуждение

Обмотки ротора и возбуждения подключены параллельно к одному и тому же источнику питания. При таком соединении ток через обмотку возбуждения в несколько раз меньше, чем через ротор. Характеристики электродвигателей жесткие, что позволяет использовать их для привода машин и вентиляторов.

Регулирование скорости вращения обеспечивается включением реостатов в цепь ротора или последовательно с обмоткой возбуждения.

Параллельная цепь возбуждения

Последовательное возбуждение

Обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, по ним протекает одинаковый ток.Скорость такого двигателя зависит от его нагрузки; его нельзя включить на холостом ходу. Но он имеет хорошие пусковые характеристики, поэтому в электрифицированных транспортных средствах применяется последовательная схема возбуждения.

Цепь последовательного возбуждения

Смешанное возбуждение

В данной схеме используются две обмотки возбуждения, расположенные попарно на каждом из полюсов электродвигателя. Их можно соединить так, чтобы их потоки либо складывались, либо вычитались. В результате двигатель может иметь характеристики последовательной или параллельной цепи возбуждения.

Смешанная схема возбуждения

Для изменения направления вращения изменить полярность одной из обмоток возбуждения. Для управления пуском электродвигателя и скоростью его вращения используется ступенчатая коммутация сопротивлений

33. Характеристика дпт с независимым возбуждением.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (двигатель постоянного тока НВ) В данном двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания.В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат р рег, а в цепь якоря дополнительный (пусковой) реостат R п. Характерной особенностью ДКП НВ является то, что его ток возбуждения I в не зависит от тока якоря I и , так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Рисунок 1

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет форма

где: n 0 — частота вращения двигателя на холостом ходу. Δn
— изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ординату в точке холостого хода n 0 (рис. 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn , за счет изменения его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря R a = ∑R + R вн. Следовательно, при наименьшем сопротивлении цепи якоря R a = ∑R, когда R вн =
0
, соответствует наименьшему падению скорости Δn … При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными (график 7).

Если не менее один

перечисленных параметров двигателя изменены (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличается от номинальных значений, либо изменено сопротивление в цепи якоря введением R вн ), то механические характеристики называются искусственный .

Искусственные механические характеристики, получаемые введением в цепь якоря добавочного сопротивления R доп, называют также реостатными (графики 7, 2 и 3).

При оценке управляющих свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики. n = f(M) … При постоянном моменте нагрузки на вал двигателя с увеличением сопротивления резистора R вн скорость уменьшается. Сопротивление резистора R вн для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

где U — напряжение питания якоря двигателя цепь, В; I I — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая скорость, об/мин; п 0
— частота вращения холостого хода, об/мин.

Обороты холостого хода n 0 являются граничными оборотами, при превышении которых двигатель переходит в генераторный режим. Эта скорость превышает номинальную n ном настолько, насколько номинальное напряжение U ном, подаваемое в цепь якоря, превышает ЭДС якоря E i’m ном
при номинальной нагрузке двигателя.

На форму механической характеристики двигателя влияет величина основного магнитного поля возбуждения. F … При уменьшении F (с увеличением сопротивления резистора r шпенька) обороты холостого хода двигателя n 0 и разность скоростей Δn увеличиваются. Это приводит к существенному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если изменить напряжение на обмотке якоря U (при постоянных R вн и R рег), то n 0 изменяется, а Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В результате механические характеристики смещаются по ординате, оставаясь параллельными друг другу (рис.13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия для регулирования скорости двигателей путем изменения напряжения. U поставляется с якорной цепью. Этот способ регулирования скорости получил наибольшее распространение благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Двигатели постоянного тока

используются не так часто, как двигатели переменного тока. Ниже приведены их преимущества и недостатки.

В быту двигатели постоянного тока используются в детских игрушках, так как в качестве источников их питания используются аккумуляторы.Их используют в транспорте: в метро, ​​трамваях и троллейбусах, автомобилях. На промышленных предприятиях в приводах агрегатов применяются электродвигатели постоянного тока, для бесперебойного питания которых используются аккумуляторные батареи.

Конструкция и техническое обслуживание двигателя постоянного тока

Основная обмотка двигателя постоянного тока якорь подключение к источнику питания через щеточный аппарат … Якорь вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора (обмотками возбуждения) . .. Торцевые части статора закрыты щитами с подшипниками, в которых вращается вал якоря двигателя. С одной стороны, на этом же валу установлен вентилятор охлаждения, который прогоняет поток воздуха через внутренние полости двигателя при его работе.

Щетка является уязвимым элементом конструкции двигателя. Щетки притираются к коллектору, чтобы максимально точно повторить его форму, прижимаются к нему с постоянным усилием.В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, токопроводящая пыль от них оседает на неподвижные детали, ее необходимо периодически удалять. Сами щетки иногда нужно шевелить в канавках, иначе они застревают в них под воздействием той же пыли и «висят» над коллектором. Характеристики двигателя зависят также от положения щеток в пространстве в плоскости вращения якоря.

Со временем щетки изнашиваются и подлежат замене.Коллектор в местах соприкосновения со щетками тоже затерт. Периодически арматура демонтируется и коллектор обрабатывается на токарном станке. После пробивки изоляция между ламелями коллектора прорезается на определенную глубину, так как она прочнее материала коллектора и при дальнейшей выработке разрушит щетки.

Цепи включения двигателей постоянного тока

Наличие обмоток возбуждения является отличительной чертой машин постоянного тока. Электрические и механические свойства электродвигателя зависят от способа их подключения к сети.

Независимое возбуждение

Обмотка возбуждения подключается к независимому источнику. Производительность двигателя такая же, как у двигателя с постоянными магнитами. Скорость вращения регулируется сопротивлением в цепи якоря. Он также регулируется реостатом (управляющим сопротивлением) в цепи обмотки возбуждения, но при чрезмерном уменьшении его значения или при обрыве ток якоря возрастает до опасных значений. Двигатели с независимым возбуждением нельзя запускать на холостом ходу или при малой нагрузке на вал.Скорость вращения резко увеличится, и двигатель будет поврежден.

Остальные цепи называются цепями самовозбуждения.

Параллельное возбуждение

Обмотки ротора и возбуждения подключаются параллельно к одному и тому же источнику питания. При таком соединении ток через обмотку возбуждения в несколько раз меньше, чем через ротор. Характеристики электродвигателей жесткие, что позволяет использовать их для привода машин и вентиляторов.

Регулирование скорости вращения обеспечивается включением реостатов в цепь ротора или последовательно с обмоткой возбуждения.

Последовательное возбуждение

Обмотки возбуждения включены последовательно с якорем, по ним протекает одинаковый ток. Скорость такого двигателя зависит от его нагрузки, его нельзя включать на холостом ходу. Но он имеет хорошие пусковые характеристики, поэтому в электрифицированных транспортных средствах применяется последовательная схема возбуждения.

Смешанное возбуждение

В данной схеме используются две обмотки возбуждения, расположенные попарно на каждом из полюсов электродвигателя. Их можно соединить так, чтобы их потоки либо складывались, либо вычитались. В результате двигатель может иметь характеристики последовательной или параллельной цепи возбуждения.

Для изменения направления вращения изменить полярность одной из обмоток возбуждения. Для управления пуском электродвигателя и скоростью его вращения используется ступенчатое переключение сопротивлений.

Электродвигатели с приводом от постоянного тока применяются значительно реже, чем двигатели с приводом от переменного тока.В бытовых условиях в детских игрушках используются двигатели постоянного тока, работающие от обычных аккумуляторов постоянного тока. В производстве двигатели постоянного тока приводят в действие различные агрегаты и оборудование. Они питаются от мощных аккумуляторных батарей.

Устройство и принцип работы

Двигатели постоянного тока по конструкции аналогичны синхронным двигателям переменного тока, с отличием по роду тока. Простые демонстрационные модели двигателей использовали один магнит и раму с протекающим через нее током. Такое устройство рассматривалось как простой пример.Современные двигатели представляют собой сложные и совершенные устройства, способные развивать большую мощность.

Основной обмоткой двигателя является якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь состоит из нескольких обмоток, уложенных в его пазы и закрепленных там специальным эпоксидным компаундом.

Статор может состоять из обмоток возбуждения или постоянных магнитов.В двигателях малой мощности используются постоянные магниты, а в двигателях повышенной мощности статор снабжен обмотками возбуждения. Статор закрыт с торцов крышками со встроенными подшипниками, служащими для вращения вала якоря. К одному концу этого вала прикреплен охлаждающий вентилятор, который создает давление воздуха и прогоняет его через внутреннюю часть двигателя во время работы.

Принцип работы такого двигателя основан на законе Ампера. Когда вы поместите проволочную рамку в магнитное поле, она будет вращаться.Проходящий через него ток создает вокруг себя магнитное поле, взаимодействуя с внешним магнитным полем, что приводит к вращению рамки. В современной конструкции двигателя роль рамы играет якорь с обмотками. К ним подводится ток, в результате вокруг якоря создается ток, приводящий его во вращательное движение.

Для подачи переменного тока на обмотки якоря применяют специальные щетки из сплава графита и меди.

Выводы обмоток якоря объединены в один узел, называемый коллектором, выполненным в виде кольца из ламелей, прикрепленных к валу якоря. При вращении вала щетки питание по очереди подается на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с постоянной скоростью. Чем больше обмоток у якоря, тем ровнее будет работать двигатель.

Щеточный узел является наиболее уязвимым механизмом в конструкции двигателя.При работе медно-графитовые щетки трутся о коллектор, повторяя его форму, и прижимаются к нему с постоянным усилием. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, а продуктом этого износа является токопроводящая пыль, которая оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Обычно обеспыливание производят воздухом под высоким давлением.

Щетки требуют периодического перемещения в канавках и продувки воздухом, так как от скопившейся пыли они могут застрять в направляющих канавках.Это приведет к тому, что щетки будут свисать над коллектором, что приведет к неисправности двигателя. Щетки необходимо периодически менять из-за износа. В месте контакта коллектора со щетками коллектор также изношен. Поэтому при износе якорь снимают, а коллектор обтачивают на токарном станке. После проточки коллектора изоляцию между ламелями коллектора затачивают на небольшую глубину, чтобы она не разрушала щетки, так как ее прочность значительно превышает прочность щеток.

Просмотров

Двигатели постоянного тока делят по характеру возбуждения:

Независимое возбуждение

При данном виде возбуждения обмотка подключается к внешнему источнику питания. В этом случае параметры двигателя аналогичны параметрам двигателя с постоянными магнитами. Обороты регулируются сопротивлением обмоток якоря. Скорость регулируется специальным регулирующим реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения.При значительном снижении сопротивления или при обрыве цепи ток якоря возрастает до опасных значений.

Двигатели с независимым возбуждением нельзя запускать без нагрузки или с малой нагрузкой, так как скорость резко возрастет и двигатель выйдет из строя.

Параллельное возбуждение

Обмотки возбуждения и ротора соединены параллельно с одним источником тока. При таком расположении ток обмотки возбуждения значительно меньше тока ротора.Параметры двигателей становятся слишком жесткими, их можно использовать для привода вентиляторов и станков.

Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется реостатом в последовательной цепи с обмотками возбуждения или в цепи ротора.

Последовательное возбуждение

В этом случае обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, вследствие чего по этим обмоткам протекает одинаковый ток. Скорость вращения такого двигателя зависит от его нагрузки.Двигатель не должен работать на холостом ходу без нагрузки. Однако такой двигатель имеет достойные пусковые параметры, поэтому подобная схема используется в работе большегрузных электромобилей.

Смешанное возбуждение

Данная схема предусматривает использование двух обмоток возбуждения, расположенных попарно на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединить двумя способами: с добавлением флюсов, или с их вычитанием. В результате электродвигатель может иметь такие же характеристики, как и двигатели с параллельным или последовательным возбуждением.

Чтобы заставить двигатель вращаться в противоположном направлении, на одной из обмоток меняется полярность. Для управления скоростью вращения двигателя и его пуска используется ступенчатое включение разных резисторов.

Особенности эксплуатации

Двигатели постоянного тока экологичны и надежны. Основное их отличие от двигателей переменного тока – возможность регулировки скорости вращения в широком диапазоне.

Такие двигатели постоянного тока также можно использовать в качестве генератора.Изменяя направление тока в обмотке возбуждения или в якоре, можно изменить направление вращения двигателя. Регулирование частоты вращения вала двигателя осуществляется с помощью переменного резистора. В двигателях с последовательной схемой возбуждения это сопротивление находится в цепи якоря и позволяет снизить скорость вращения в 2-3 раза.

Этот вариант подходит для механизмов с длительным простоем, так как реостат при работе сильно нагревается.Увеличение скорости создается включением в цепь обмотки возбуждения реостата.

Для двигателей с параллельной схемой возбуждения в цепи якоря также применяют реостаты для снижения скорости вдвое. Если в цепь обмотки возбуждения подключить сопротивление, это увеличит скорость до 4 раз.

Применение реостата связано с выделением тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменены электронными элементами, контролирующими скорость без особого нагрева.

Эффективность двигателя постоянного тока зависит от его мощности. Слабые двигатели постоянного тока имеют низкий КПД, и их КПД составляет около 40 %, тогда как электродвигатели мощностью 1 МВт могут иметь КПД до 96 %.

Преимущества двигателей постоянного тока

• Малые габариты.
• Простое управление.
• Простая конструкция.
• Возможность использования в качестве генераторов тока.
• Быстрый пуск особенно характерен для двигателей с последовательным возбуждением.
• Возможность плавной регулировки скорости вращения вала.

Недостатки

• Для подключения и работы необходимо приобрести специальный блок питания постоянного тока.
• Высокая цена.
• Наличие расходных материалов в виде медно-графитовых износостойких щеток, изнашиваемого коллектора, что значительно снижает срок службы, требует периодического обслуживания.

Область применения

Двигатели постоянного тока широко используются в электромобилях.