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.
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.
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
Устройство электродвигателя переменного тока включает помимо ротора и статора:
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.
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
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:
Другая схема – тиристорана фазоимпульсная.
К достоинствам относят:
Недостатки связаны и использованием щеточно-коллекторного перехода, влекущего:
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
Интересные материалы:
Выбираем защиту электродвигателя от перегрузок Поездка на двух колесах стоя, или как называется электродоска без руля?motocarrello.ru
Они содержат сложные технические узлы, требуют умелого обращения, периодического осмотра, правильного обслуживания. При небрежной работе возникают различные поломки.
Материал статьи представляет советы домашнему мастеру, работающему с электрическими инструментами или планирующему самостоятельный ремонт электродвигателя с щеточным механизмом и коллектором. Текст наглядно дополняется схемами, картинками и видеороликом.
Предоставленная информация собрана с целью привлечь внимание пользователей к правилам эксплуатации бытовых приборов с коллекторным двигателем. Она поможет осознанно фиксировать возникающие дефекты работающей схемы, оперативно устранять их.
Содержание статьи
Подвижная часть коллекторного двигателя, как и любого другого, механически сбалансирована и закреплена в подшипниках вращения, вмонтированных в неподвижную станину.
При взаимодействии этих двух электромагнитных полей создается вращение ротора.
Поскольку к обеим обмоткам необходимо постоянно подводить напряжение, а ротор вращается, то для него смонтировано специальное устройство: коллектор с щеточным механизмом.
Для практических работ удобно пользоваться двумя видами ее представления:
Способ позволяет очень просто представить подключение всех обмоток двигателя к схеме электрической сети.
Выключатель разрывает оба потенциала фазы и нуля или один из них. Через щетки с коллектором создается цепь тока по обмоткам ротора.
В зависимости от конструктивных особенностей обмотки статора и ротора могут иметь дополнительные отводы для питания различных устройств управления и автоматики коллекторного двигателя или обходиться без них.
Термозащита исключает перегревание изоляции обмоток двигателя. Она снимает напряжение питания при срабатывании датчика, останавливая вращение ротора и исполнительного механизма.
Тахогенератор позволяет судить о скорости вращения ротора. У отдельных двигателей его заменяют датчиком Холла. Для передачи сигналов к этим устройствам тоже используются контакты коллекторных пластин.
Чаще всего неисправности могут возникнуть в:
Их расположение выполняется по краям ротора с таким условием, чтобы максимально передавать осевую нагрузку крутящего момента.
У обычного бытового инструмента они могут повреждаться по двум основным причинам:
Подшипники бытового электроинструмента, как правило, не предназначены для восприятия боковых нагрузок. От частого их приложения, например, когда при работе дрелью нагружают не конец сверла, а прорезают щелевые отверстия его боком, на подшипниковый механизм передаются биения вала, создающие дополнительные люфты шариков в обоймах.
Коллекторный двигатель имеет воздушную систему охлаждения. Крыльчатка, надетая на ротор, забирает воздух через специальные щели в кожухе двигателя и прогоняет его по всему корпусу для отвода излишнего тепла от нагревающихся обмоток. Теплые потоки выбрасываются через специальные отверстия.
Если в помещении создана пыльная среда, то она будет засасываться внутрь корпуса и проникнет на подшипники и коллекторно-щеточный механизм. Возникнет абразивное воздействие на соприкасающихся при вращении частях, их преждевременный износ, а также нарушение электрической проводимости на контактах щеток.
Использование коллекторного двигателя не по назначению, например, сбор потока строительной пыли бытовым пылесосом вместо строительного, наиболее частая причина его поломки.
При работе двигателя происходит постоянное трение щеток о контактные пластины коллектора, что требует периодического осмотра.
На рабочих поверхностях медных площадок появляется незначительный слой угольной пыли, как показано на фотографии. Это связано с расходом материала и износом щеток.
Этот процесс идет всегда при работе коллекторного двигателя. Даже при нормальном скольжении щетки создается незначительный разрыв цепи электрического тока. А это всегда связано с искрообразованием из-за возникновения переходных процессов и появлением микроскопических дуг. К тому же обмотки обладают высоким индуктивным сопротивлением.
Поэтому полностью исправный щеточный механизм при номинальной работе искрит, что не заметно взглядом, но ощущают чувствительные электронные приборы: телевизоры, компьютеры и другая техника. В схему их питания всегда устанавливают помехоподавляющие фильтры. Примером служит приведенная на сайте электрическая схема микроволновой печи с выделенным фрагментом зеленого цвета.
Прижимаемая к коллекторной пластине токоведущая часть выполнена из угля. Ее объём изнашивается, а длина уменьшается. При этом ослабляется усилие нажима, создаваемое расправляемой пружиной.
Этот процесс может учитывается или не приниматься во внимание в разных конструкциях коллекторных двигателей.
На старом двигателе выпуска 1960 года, приведенном в качестве примера, сжатие пружины осуществляется усилием завинчивания диэлектрической крышки.
Процесс установки щетки показан ниже.
Описанная в статье об изготовлении самодельного триммера конструкция щеточного механизма имеет винт фиксации корпуса щетки.
Его установка показана на очередной фотографии. Обратите внимание, что сама щетка неоднократно стачивалась в процессе длительной работы и заменялась выточенным из угольного электрода батарейки по форме предыдущей.
При самостоятельном изготовлении щеток обращайте внимание на плотность ее входа в гнездо и перпендикулярное положение к оси вала. Если она будет меньшего размера, то при работе возникнет перекос. Он приведет к излишнему искрению и снижению ресурса двигателя.
Поэтому желательно использовать заводские щетки от производителя.Существуют и другие технические решения этого вопроса.
Основной метод связан с визуальным осмотром. В интернете можно встретить советы, рекомендующие прижать при работе двигателя щетку отверткой и оценить изменение оборотов ротора.
Это опасная операция, выполнять которую может только обученный и опытный персонал потому, что:
Если внешний осмотр показал, что длина щетки сильно уменьшена или рабочая поверхность имеет сколы, то ее необходимо просто заменить.
Образование излишнего слоя угольной пыли с хорошими токопроводящими свойствами на пластинах может стать причиной их замыкания. Необходимо ее удалять не только с внешней поверхности, но и из промежутков между ними.
Графитовую пыль можно стереть слегка смоченной в спирте или бензине мягкой ветошью или убрать тонкой деревянной палочкой.
Когда коллекторные пластины потеряли первоначальную форму и стали с выемками, то их восстанавливают наждачной шкуркой с самым мелким зерном на токарных станках. Это сложная операция, требующая специального оборудования, но она способна продлить ресурс коллекторного двигателя.
Их образование на статоре или роторе резко снижает индуктивное сопротивление, ведет к появлению дополнительных искр между различными секциями коллектора и щеток. Возникает дополнительный перегрев.
Поврежденную секцию в отдельных случаях можно наблюдать визуально по изменению цвета. Для выполнения электрических замеров потребуется точный омметр. Технологию проверки демонстрирует видео владельца altevaa TV “Проверка якоря коллекторного двигателя”.
Ремонт поврежденной обмотки ротора — операция сложная. Иногда проще купить новый.
Неисправность можно выявить замером активной составляющей электрического сопротивления по мостовой схеме у каждой полуобмотки. Но это тоже довольно сложно.
Кратко коснемся причин образования дефектов и защитных устройств, которыми необходимо пользоваться.
Медные провода жил всех обмоток покрыты слоем лака, который может повреждаться от:
От этих же факторов возникают дефекты изоляции питающих проводов с полихлорвиниловым покрытием.
В результате этих воздействий появляются следующие неисправности электрической схемы:
Встроенная во многие коллекторные двигатели функция защиты от перегрева работает автоматически. Когда оборудование отключается от его частой работы, то необходимо искать причину завышения температуры. К сожалению, часть пользователей старается заблокировать термореле. Это приводит к поломке с трудно восстанавливаемым ремонтом.
Ликвидация короткого замыкания и перегруза внутри электрической схемы двигателя возложена на бытовой автомат, питающий силовую розетку. Он устанавливается в квартирном щитке и по своим техническим характеристикам должен соответствовать рабочему и аварийному режиму коллекторного двигателя.
Без защиты налаженным автоматическим выключателем пользоваться инструментом с коллекторным двигателем опасно для жизни.
Устройство защитного отключения предназначено для защиты работающего персонала от воздействия токов утечек, проникающих на открытые металлические или случайно контактирующие токопроводящие части корпуса.
УЗО предотвращает стекание потенциала фазы через тело человека на землю. Оно тоже устанавливается в квартирном щитке.
Для закрепления материала рекомендуем посмотреть ролик владельца slavnatik “Почему искрит болгарка”.
Напоминаем, что сейчас вам удобно задать вопросы в комментариях и поделиться статьей с друзьями в соц сетях.
Полезные товарыhousediz.ru
Схема подключения коллекторного двигателя
На схеме, оранжевыми стрелочками условно показано направление тока по проводникам и обмоткам двигателя. От фазы (L) ток идёт через одну из щёток на коллектор, проходит по виткам обмотки ротора и выходит через другую щётку и через перемычку ток последовательно проходит по обмоткам обеих секций статора доходя до нейтрали (N).Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.
Для того, чтобы двигатель начал вращаться в другую сторону, необходимо лишь изменить последовательность коммутации обмоток.Пунктирной линией обозначены элементы и выводы, которые задействованы не во всех двигателях. Например датчик Холла, выводы термозащиты и вывод половины обмотки статора. При запуске коллекторного двигателя напрямую, подключаются только обмотки статора и ротора (через щётки).
Внимание! Представленная схема подключения коллекторного двигателя напрямую, не имеет средств электрической защиты от короткого замыкания и устройств ограничивающих ток. При таком подключении от бытовой сети, двигатель развивает полную мощность, поэтому не следует допускать длительного прямого включения.
 Рис.8 Симистор (триак) электронный ключ | Для управления коллекторным двигателем, в стиральной машине применяется электронная схема ,силовым регулирующим элементом является симистор (Рис.8), который подает (пропускает) необходимое напряжение на двигатель. Симистор можно представит как быстродействующий выключатель (ключ),с силовыми электродами А1 и А2,а на управляющий затвор G поступают управляющие импульсы открывая его в нужный момент. В электрической схеме, симистор последовательно подключён с коллекторным двигателем. |
Рис.9 Изменение величины питающего напряжения в зависимости от фазы поступающих импульсов управления Таким образом можно отметить,что частота вращения ротора двигателя напрямую зависит от напряжения прикладываемого к обмоткам двигателя.Ниже, на (Рис.10) представлены фрагменты условной электрической схемы подключения коллекторного двигателя с тахогенератором к электронному блоку управления (EC).Общий принцип схемы управления коллекторного двигателя таков. Управляющий сигнал с электронной схемы поступает на затвор симистора (TY),тем самым открывая его и по обмоткам двигателя начинает протекать ток,что приводит к вращению ротора (M) двигателя. Вместе с тем, тахогенератор (P) передаёт мгновенное значение частоты вращения вала ротора в пропорциональный электрический сигнал. По сигналам с тахогенератора создаётся обратная связь с сигналами управляющих импульсов поступаемых на затвор симистора. Таким образом обеспечивается равномерная работа и частота вращения ротора двигателя при любых режимах нагрузки, вследствие чего барабан в стиральных машинах вращается равномерно. Для осуществления реверсивного вращения двигателя применяются специальные реле R1 и R2 ,коммутирующие обмотки двигателя.
 | EC-блок управленияТ-тахогенераторМ-ротор (коллекторно-щёточный узел)S-статорP-тепловая защитаTY-симисторR1 и R2- коммутирующие реле |
В некоторых стиральных машинах, коллекторный двигатель работает на постоянном токе. Для этого, в схеме управления, после симистора, устанавливают выпрямитель переменного тока построенный на диодах ("диодный мост"). Работа коллекторного двигателя на постоянном токе увеличивает его КПД и максимальный крутящий момент.
Иногда происходит межвитковое замыкание обмотки ротора или статора (значительно реже), что так же проявляется в сильном искрении коллекторно-щёточного узла (из-за повышенного тока) или ослаблении магнитного поля двигателя, при котором ротор двигателя не развивает полноценный крутящий момент.Как мы и говорили выше, щётки в коллекторных двигателях при трении о коллектор со временем стачиваются. Поэтому большая часть всех работ по ремонту двигателей сводится к замене щёток.
Стоит отметить,что надёжность коллекторного двигателя во многом зависит от того, насколько качественно и грамотно производители подходят к технологическому процессу его изготовления и сборки.
Материал подготовлен сервисной службой "Аквалюкс"
www.a-qualux.ru
Благодаря своим компактным размерам, коллекторный двигатель получил широкое распространение в конструкциях ручного электроинструмента. Он успешно применяется взамен конденсаторного однофазного асинхронного двигателя в стиральных машинах. Массовое применение коллекторных двигателей обусловлено их высокой мощностью, простотой в управлении и обслуживании. Независимо от внешних различий и типов креплений, все они имеют одинаковый принцип действия.
Прежде всего, это однофазный электродвигатель, где осуществляется последовательное возбуждение обмоток. Для его работы может использоваться переменный или постоянный ток. По этой причине, коллекторный электродвигатель считается универсальным.
Большинство таких электродвигателей имеют в своей конструкции основные элементы в виде статора вместе с обмоткой возбуждения, а также ротора и двух щеток в качестве скользящего контакта. Большая роль во всей конструкции отводится тахогенератору. Его магнитный ротор закрепляется в торце роторного вала, а фиксация катушки осуществляется с помощью стопорного кольца или крышки.
Все конструктивные элементы электродвигателя объединены в общей конструкции. Их соединяют две алюминиевые крышки, непосредственно образующие корпус двигателя. Для вывода контактов, присутствующих во всех элементах используется клеммная колодка, позволяющая легко включать их в общую электрическую схему. Для работы ременной передачи на роторный вал запрессовывается шкив.
В основе работы данного вида двигателей лежат взаимодействующие магнитные поля, присутствующие в статоре и роторе, при прохождении через них электрического тока. Коллекторный двигатель имеет последовательную схему, по которой подключаются обмотки. Контактная колодка позволяет задействовать до десяти контактов, увеличивая количество вариантов подключения.
Простейшее подключение можно выполнить, зная лишь расположение выводов в статоре и щетках. При нормальном подключении устанавливаются средства электрической защиты и устройства, позволяющие ограничивать ток. Поэтому, прямое подключение от сети должно производиться не более чем на 15 секунд.
Управление коллекторным двигателем осуществляется с помощью специальной электронной схемы. В этой схеме всю силовую регулировку выполняет симистор, подающий напряжение на двигатель в необходимом количестве и подключаемый последовательно с ним.
electric-220.ru
Коллекторные двигатели (brushed) - самые простые в изготовлении, и эксплуатации. Для того чтобы заставить такой мотор работать, его достаточно просто подключить к батарее. Управлять оборотами двигателя можно изменяя подводимое к мотору напряжение, а направление вращения двигателя меняется, если изменить полярность тока. Таким образом, регуляторы или контроллеры для управления коллекторными двигателями тоже просты и недороги.
Коллекторные двигатели делятся по размерам на множество "классов". Очень часто в правилах соревнований оговаривается именно эта характеристика двигателей. "Класс" двигателя определяется его длиной. Если мы говорим о двигателе 400-го класса, то речь идет о моторе с длиной корпуса 40 мм. Такая классификация пошла электродвигателей серии "Speed" фирмы Graupner. Линейка моторов "Speed" по "классам" выглядит так: 280, 300, 400, 480, 500, 600, 650, 700, 720, 820, 900. Самыми распространенными из них являются моторы 400-го класса. Конечно, электромоторы для моделей выпускает множество фирм, но если речь идет о характеристиках, то сравнивают именно с моторами "Speed" фирмы Graupner. Различия в размерах дает представление о мощности электромотора. Чем больше размер - тем выше мощность.
Следующая характеристика, на которую нужно обращать внимание при выборе двигателя, это номинальное напряжение на которое он рассчитан. Например, в классе двигателей "Speed 400" имеются моторы с рабочим напряжением 4,8 вольта, 6 вольт, и 7,2 вольта. Эти цифры указывают, с каким количеством аккумуляторов (банок) в батарее предназначен работать этот двигатель. Напряжение на одном NiCd (никель-кадмиевом) или NiMH (никель-металгидридном) аккумуляторе составляет 1,2 вольта. Не трудно подсчитать, что мотор с рабочим напряжением 4,8 вольт предназначен для работы от 4-х баночной аккумуляторной батареи. Однако, эти цифры не более чем ориентировочные, моторы способны прекрасно работать и при повышенных напряжениях. Обычно, для увеличения мощности, моделисты используют в батарее на 1-2 банки больше, чем рекомендовано. Таким образом, без увеличения размера и веса двигателя, в режиме "перекала", из него удается выжать дополнительную мощность, которая в моделизме "лишней" никогда не бывает.
Чаще всего, недорогие электродвигатели не имеют подшипников, вместо них стоят бронзовые втулки. Если главным фактором в выборе мотора является цена - то это вполне приемлемое решение. В том случае, если на первый план выходит КПД, имеет смысл выбрать двигатель с шарикоподшипниками. Такие моторы маркируются буквами BB - (Ball Bearing).
Еще один резерв мощности - в усилении магнитного потока от собственных постоянных магнитов двигателя. Для усиления этого потока, вокруг корпуса двигателя делается дополнительный магнитовод в виде широкого металлического кольца. Такие двигатели маркируются как "Turbo" или "Race". Особо стоит отметить двигатели 480-го класса. Это двигатели имеют размеры сопоставимые с размерами моторов 400-го класса, но при этом имеют значительно повышенную мощность. Это своего рода форсированные 400-е моторы. Их ставят там, где мощность является критическим фактором при ограниченных размерах. Щёточный узел у этих моторов сделан открытым, что улучшает охлаждение, и делает возможной замену щеток.
В процессе работы коллекторных двигателей происходит постепенный износ графитовых щеток и металла коллектора, по которым щетки скользят. Периодически щетки нужно менять, а двигатель прочищать от графитовой и металлической пыли. При продолжительной интенсивной работе следует также протачивать коллектор, для компенсации его неравномерного износа. После замены щеток и ухода за коллектором, двигатель желательно обкатать при пониженной нагрузке для того чтобы щетки правильно "притерлись" к коллектору. Это же касается и новых моторов. Одним из методов обкатки является непродолжительная работа двигателя в ёмкости с дистилированной водой.
Коллекторные двигатели производства других фирм являются либо аналогами серии "Speed", либо "тюнинговые" варианты двигателей специально предназначенные для тех или иных видов моделей (для автомоделей или для вертолетов). Как правило, улучшение характеристик моторов достигается за счет применения мощных редкоземельных магнитов, обязательным использованием подшипников, прецизионным изготовлением коллекторного узла. Но даже с применением всех перечисленных технологических уловок, коллекторные двигатели уступают по всем параметрам бесколлекторным моторам.
Микроэлектродвигатели имеют магнитопровод якоря, выполненный в виде трехзубцового пакета из штампованных листов электротехнической стали.
На рисунке обозначено: 1 - щит; 2 - якорь; 3 - корпус; 4 - коллектор; 5 - постоянные магниты; 6 - скоба; 7 - прокладка.
Петлевая обмотка якоря, имеющая три укороченные секции, намотана непосредственно на зубцы пакета и соединяется в звезду или треугольник. Начало в крышке машины, и трехламельный цилиндрический коллектор, напрессованный каждой секции присоединено к коллекторной пластине. Питание двигателя осуществляется через щеточный узел, смонтированный на валу якоря.
Коллекторный мотор нуждается в «обкатке» как и модельные двигатели внутреннего сгорания, только вместо гильзы и поршня, в коллекторном моторе притирки требуют графитовые щётки.
Щетки нового мотора имеют малую площадь соприкосновения с коллектором, из-за этого ток, проходящий через щетки, сильно разогревает их, что может вызвать повреждение, откол или «прикипание» щеток к коллектору. Для того что бы это избежать, необходимо «обкатать» коллекторник следующим образом (применительно к автомодели):
rcsearch.ru
Принцип работы электрических машин нам хорошо знаком еще со школьной скамьи, — это когда к контактным кольцам рамки подключено напряжение, а рамка помещенная в однородном магнитном поле постоянного магнита — начинает равномерно вращаться с определенной угловой скоростью и направление вращения рамки будет зависить от размещения полюсов \север, юг\ постоянного магнита. То, что электрические машины обладают обратимыми свойствами — тоже известно. То-есть, если ротору двигателя придать механическое вращение, в обмотках статора будет наводиться ЭДС и мы сможем получить на выходе — концах обмоток статора напряжение. Отсюда можно сделать вывод, что электрические машины способны преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот, электрическую энергию в механическую. Это как-бы изложено для Вас — в обычной, простой и доступной форме. А теперь ознакомимся конкретно, где именно могут применяться коллекторные двигатели переменного и постоянного тока.
Разновидности, типы коллекторных двигателей с питанием от переменного тока \электросети\ применяются в различной бытовой технике:
и далее. Так-же, данный тип двигателей применяется в :
и медицинском оборудовании.
![prod-22-Elmafhina_9[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/prod-22-Elmafhina_91.jpg)
коллекторный электродвигатель переменного тока ДК-90
![0a50ff9f06cc[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/0a50ff9f06cc1-300x225.jpg)
коллекторный эл.двигатель AEG UOZ 112 G 63
![dk90[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/dk901-300x204.jpg)
коллекторный эл.двигатель ДК 90-60-8МС-2И
![1375830733[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/13758307331-298x300.jpg)
коллекторный эл.двигатель \дрель\
Подробное описание по применению коллекторных электродвигателей переменного тока — может занять много времени, а получить первоначальное представление об их применении, считаю для нас — достаточным.
Применение коллекторных двигателей работающих от постоянного тока, — можно встретить практически везде в нашем быту. Взять допустим автомобильный стартер, электрическая схема которого представляет из себя тот-же самый коллекторный двигатель, работающий от постоянного тока. В дополнение, автомобильный стартер работает как тяговый электродвигатель, чтобы провернуть маховик двигателя автомобиля. Так-же, коллекторные двигатели постоянного тока применяются в видео и аудио технике, многая аппаратура из которых уже вышла из моды.
![neisprstart[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/02/neisprstart1-300x204.jpg)
стартер автомобиля
![kpa-561[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/kpa-5611.jpg)
коллекторный эл.двигатель постоянного тока КПА-561
![elektronabor_250_vt_24_v_dlya_pereoborudovaniya_velosipeda_18417[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/elektronabor_250_vt_24_v_dlya_pereoborudovaniya_velosipeda_184171-300x246.gif)
коллекторный эл.двигатель постоянного тока 36 В 500W \для велосипеда\
![303502-2[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/303502-21.jpg)
коллекторный эл.двигатель постоянного тока СЛ-221
Кто-то из нас разбирал в свое время электрические игрушки работающие от батареек, там установлены те-же самые коллекторные мини двигатели, работающие от постоянного тока.
![E10_9_big[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/E10_9_big1-300x225.jpg)
коллекторный эл.двигатель постоянного тока 27 Т SATURN
Многие пользовались или же пользуются электробритвой работающей от батареек, — в этом электроприборе тоже установлен коллекторный двигатель постоянного тока. Если кто-то из Вас разбирал электрический коллекторный мини двигатель, то могут со мной согласиться, что причиной их неисправностей является либо износ графитовых щеток либо износ втулок — в которых крепится вал ротора, а износ втулок приводит к радиальному биению ротора, то-есть, нарушается зазор между сталью статора и ротора двигателя.
Электрическая машина постоянного тока, как наглядно видно в схематическом изображении \рис.1\, состоит из следующих деталей:
![motor_dc[1]](/800/600/http/zapiski-elektrika.ru/wp-content/uploads/2015/01/motor_dc1.gif)
рис. 1
Здесь необходимо запомнить, что для электрических машин постоянного и переменного тока имеются различия в таких названиях — как ротор и якорь. Якорем следует называть вращающуюся часть генератора, а ротор — это вращающаяся часть электродвигателя.
zapiski-elektrika.ru
Колле́кторный электродвигатель — синхронная[1]электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.
Самые маленькие двигатели данного типа (единицы ватт) содержат в корпусе:
Применяются, в основном, в детских игрушках (рабочее напряжение 3–9 вольт).
Более мощные двигатели (десятки ватт), как правило, имеют
Именно такой конструкции большинство электродвигателей в современных автомобилях (рабочее напряжение 12 вольт): привод вентиляторов систем охлаждения и вентиляции, дворников, насосов омывателей.
Двигатели мощностью в сотни ватт, в отличие от предыдущих, содержат четырёхполюсный статор из электромагнитов. Обмотки статора могут подключаться несколькими способами:
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. Это утверждение не вполне верно, но обоснованно. Электрическая машина, построенная на низкую скорость, вообще имеет заниженный КПД и связанные с ним проблемы охлаждения. Скорее всего проблема лежит так, что изящных решений для нее нет.
Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока Универсальный коллекторный электродвигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены. Широко использовался на железных дорогах Европы и США как тяговая машина.
Строго говоря, универсальный коллекторный электродвигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону. На самом деле там есть небольшой фазовый сдвиг, обуславливающий появление против направленного момента, но он невелик, симметрирование обмоток не только улучшает условия коммутации, но и уменьшает этот момент. (М.П. Костенко, Электрические машины). Для нужд железных дорог строились специальные подстанции переменного тока низкой частоты — 16 Гц в Европе, 25 Гц в США. В 50-х годах XX века германо-французскому консорциуму производителей электрических машин удалось построить однофазную тяговую машину промышленной частоты (50 Гц). По данным М.П. Костенко Электрические машины, электровоз с однофазными коллекторными машинами на 50 Гц испытывался в СССР, где получил восторженно-отрицательную оценку специалистов. (Цитата со слов источника: "У Них асимметрия магнитной системы - доли миллиметра, у нас - доли сантиметра. У Нас щетки машины - крашенный кирпич, у них - процесс высоких технологий (это лекционный материал И.Б. Битюцкий, Липецкий политехнический университет специальность электрические машины)[источник?]).
Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин. Подмножеством коллекторных машин переменного тока (к.м.п.т.) являются машины «пульсирующего тока», полученного путем выпрямления тока однофазной цепи без сглаживания пульсаций (железная дорога). Здесь стоит отметить разность в культуре электротехнической промышленности - если Европа выбрала чистую коллекторною машину, то СССР предпочел "гибрид бульдога с носорогом" - машину, где ток не менял полярность, но колебался от нуля до максимума. (И.Б. Битюцкий, Липецкий политехничский университет).
Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3–5 от номинального (против 5–10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.
Сложной проблемой является вопрос коммутации мощной коллекторной машины переменного тока. В момент коммутации (прохождение секцией нейтрали) сцепленное с секцией якоря (ротора) магнитное поле меняет свое направление на противоположное, что вызывает генерацию в секции так называемой реактивной ЭДС. Так обстоит дело в случае с постоянным током. В к. м. п. т. реактивная ЭДС. также имеет место. Но так как якорь (ротор) находится в пульсирующем во времени магнитном поле статора, в коммутируемой секции дополнительно имеет место ещё и трансформаторная ЭДС. Ее амплитуда будет максимальна в момент пуска машины, пропорционально снижаться по мере приближения к скорости синхронизма (в точке синхронизма она обратиться в нуль) и далее по мере разгона машины вновь будет пропорционально возрастать. Проблема коммутации к.м.п.т. может быть решена следующим образом:
Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.
Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт 50 Гц. и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.
Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:
Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:
Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:
Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:
Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.
Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:
Вращающееся в противофазе поле теоретически снижает максимальный КПД однофазного асинхронного двигателя до 50–60 % из-за потерь в перенасыщенной магнитной системе и активных потерь в обмотках, которые нагружаются токами «противополя». Фактически, на одном валу «сидят» две электрические машины, одна из которых работает в двигательном режиме, а вторая - в режиме противовключения.
Таким образом, в однофазных сетях к.м.п.т. не знает себе конкурентов.
Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.
Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).
Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).
Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).
Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.
dis.academic.ru
