Универсальные коллекторные двигатели — это электродвигатели малой мощности последовательного возбуждения с секционированной обмоткой возбуждения, благодаря чему они могут работать как на постоянном, так и на переменном стандартных напряжениях примерно с одинаковыми свойствами и характеристиками. Такие электродвигатели используют для привода маломощных быстроходных устройств и многих бытовых приборов. Они допускают простое, широкое и плавное регулирование скорости.
По своему устройству эти двигатели отличаются от двигателей постоянного тока общего применения конструкцией статора, магнитную систему которого собирают из топких изолированных друг от друга листов электротехнической стали с выступающими полюсами, на которых размещают по две секции обмотки возбуждения. Эти секции соединяют последовательно с якорем и располагают по обе стороны от его выводов, что снижает радиопомехи от ценообразования на коллекторе под щетками, которое при питании двигателя от сети переменного напряжения особенно усиливается из-за существенного ухудшения условий коммутации.
В зависимости от конструкции двигателя обмотка возбуждения может быть соединена с якорем внутри машины или может иметь самостоятельные наружные зажимы, что удобнее для изменения направления вращения якоря путем перемены мест проводов, подходящих к его зажимам или к зажимам обмотки возбуждения. Якорь универсальных двигателей устроен так же, как и якорь машин постоянного тока, а обмотка его присоединена к коллекторным пластинам, к которым прижаты щетки.
Пуск этих двигателей выполняют непосредственным включением в сеть постоянного или переменного напряжения, которое соответствует номинальному напряжению, указанному в ее табличке.
Скорость якоря универсального коллекторного двигателя последовательного возбуждения прямо пропорциональна напряжению на его зажимах и обратно пропорциональна амплитуде магнитного потока, зависящей от нагрузки на валу электродвигателя.
Механические характеристики у таких электродвигателей отличаются в зависимости от того на каком напряжении (переменном или постоянном) работает электродвигатель, так как при питании от сети постоянного напряжения присутствует только падение напряжения, созданное сопротивлениями обмоток возбуждения и якоря постоянному току, в то время как при присоединении к сети переменного напряжения возникает еще значительное индуктивное падение напряжения на обмотках возбуждения и якоря. Кроме этого, при переменном токе при малой скорости якоря имеет место значительный сдвиг фаз между напряжением и током, что резко снижает момент на валу двигателя.
Для получения примерно одинаковых механических характеристик на переменном и постоянном токе включают секционированную обмотку возбуждения двигателя на постоянный ток полностью, а при включении на переменный ток — частично, для чего двигатель присоединяют к соответствующей сети зажимами с обозначениями «+» и » — » или зажимами с обозначениями «
При номинальных режимах, отвечающих питанию от сети постоянного и переменного напряжений, номинальная скорость якоря одинакова. Однако при перегрузке двигателя, присоединенного к сети переменного напряжения, скорость якоря уменьшается сильнее, а при разгрузке возрастает быстрее, чем при работе его от сети постоянного напряжения.
При холостом ходе скорость якоря может превысить номинальную в 2,5 — 4 раза и выше, а это не допустимо из-за значительных центробежных сил, которые могут разрушить якорь. По этой причине режим холостого хода допустим только для двигателей малой номинальной мощности с относительно большими механическими потерями, ограничивающими скорость якоря. Двигатели с незначительными механическими потерями всегда должны нести нагрузку не менее 25% номинальной.
Регулирование скорости якоря осуществляют изменением напряжения на зажимах машины, а также шунтированием обмотки возбуждения или обмотки якоря резистором. Из этих способов полюсное регулирование, осуществляемое параллельным включением обмотки возбуждения регулируемого резистора, является наиболее экономичным.
Основным преимуществом универсальных коллекторных двигателей по сравнению с асинхронными и синхронными двигателями является то, что они развивают значительный начальный пусковой момент благодаря последовательной обмотке возбуждения и позволяют без применения повышающего редуктора получить скорость якоря значительно выше синхронной.
Быстроходность универсальных коллекторных двигателей ограничивает их размеры и массу.
Номинальный к. п. д. этих машин зависит от их номинальной мощности, быстроходности и рода тока. Так, у двигателей номинальной мощностью от 5 до 100 Вт он составляет от 0,25 до 0,55, а в машинах номинальной мощностью до 600 Вт его значение доходит до 0,70 и выше, причем работа двигателей на переменном токе всегда сопровождается пониженным к. п. д. что вызвано повышенными магнитными и электрическими потерями. Номинальный коэффициент мощности этих двигателей составляет 0,70 — 0,90.
*****
Рисунок 1 — Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе
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] .
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.
Схема независимого возбуждения
Схема параллельного возбуждения
Схема последовательного возбуждения
Схема смешанного 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] .
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 < Iном ) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф
Iа ), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:
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] .
Рабочая характеристика двигателя последовательного возбуждения
Электромеханическая характеристика двигателя последовательного возбуждения
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 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.
Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками. а также регулировочными свойствами.
Механические характеристики коллекторных двигателей постоянного тока
Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:
*****
Никогда не делайте этого в церкви! Если вы не уверены относительно того, правильно ведете себя в церкви или нет, то, вероятно, поступаете все же не так, как положено. Вот список ужасных.
15 симптомов рака, которые женщины чаще всего игнорируют Многие признаки рака похожи на симптомы других заболеваний или состояний, поэтому их часто игнорируют. Обращайте внимание на свое тело. Если вы замети.
10 очаровательных звездных детей, которые сегодня выглядят совсем иначе Время летит, и однажды маленькие знаменитости становятся взрослыми личностями, которых уже не узнать. Миловидные мальчишки и девчонки превращаются в с.
Топ-10 разорившихся звезд Оказывается, иногда даже самая громкая слава заканчивается провалом, как в случае с этими знаменитостями.
11 странных признаков, указывающих, что вы хороши в постели Вам тоже хочется верить в то, что вы доставляете своему романтическому партнеру удовольствие в постели? По крайней мере, вы не хотите краснеть и извин.
7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.
*****
Во многих современных электрических установках используются универсальные моторы, предназначенные для работы как с переменным, так и с постоянным током. Коллекторный двигатель для мясорубок, стиральных машин и прочих устройств с реверсом можно подключить своими руками, если имеется схема и чертеж.
Коллекторные двигатели очень похожи на двухполюсные моторы. Блок состоит из рамки прямоугольной формы, которая размещена в электромагните. Полюсы магнита способствуют тому, что рамка под напряжением начинает вращаться в их пределах. Асинхронный двигатель получает электрическую энергию при помощи контактов в форме полуколец. Иногда коллекторное устройство питается за счет щеток, которые соприкасаются с рамкой. Щетки изготавливаются из металлического сплава.
Фото — конструкция
При этом, если микродвигатель может иметь одну или две рамки, то реальный движок для различных аппаратов оснащен большим количеством подобных отводов. Для их подключения редко используется несколько контактов-полуколец, гораздо чаще они соединяются со щетками, которые способны захватить большую площадь.
Фото — модель без полюсной обмотки
Намотка якоря коллекторного двигателя представляет собой набор из медных пластинок на специальный цилиндр. После к ним привариваются при помощи сварочных работ концы обмотки, что гарантирует безопасность и эффективность работы. Аварии и соскакивания пластин и обмоток с цилиндра невозможны в связи с «мертвым» соединением.
Электрический мотор, в общей сложности, состоит из двух частей: статора и якоря. Статор, размещенный между магнитами, при включении в сеть начинает вращаться, в то время, как якорь остается неподвижным. Исходя из такой конструкции, принцип работы коллекторного двигателя основан на последовательном соединении всех рабочих частей. Он соприкасается со щетками или контактами-полукольцами. В свою очередь, к коллектору присоединяется обмотка ротора. Универсальный коллекторный мотор имеет последовательное соединение статора и ротора.
Но при эксплуатации наблюдаются следующие недостатки:
Зачем требуется подключение регулятора? Для уменьшения скорости и мощности старта безколлекторный двигатель 220В просто перенастраивается на другую скорость, к примеру, как однофазный или трехфазный асинхронный. Для этого изменяется частота используемого тока. Но, у коллекторных моделей главная особенность работы в постоянном магнитном поле вокруг вращающейся рамки, т. е. его нельзя изменить или перенастроить. Чтобы работать с таким редуктором, нужно обязательно уменьшать первичные обороты во время включения.
Фото — регулятор скорости
Для того, чтобы снизить резкость старта, в устройство устанавливается регулятор оборотов коллекторного двигателя. Этот контроллер необходим, чтобы защитить подключаемые к пусковому механизму устройства от пережога и неисправности в связи со скачками мощности.
Принципиально регулятор работает за счет уменьшения скольжения и снижения крутящего момента на валу. Система очень проста в реализации и удобна в использовании, такие контроллеры устанавливаются во все стиральные машины для снижения нагрузки на вращающиеся части.
Фото — схема регулятора
Теоретически, есть еще один способ, как перемотать двигатель – это подключить к нему автотрансформатор. Но такой способ не уместен для домашних условий, и даже на производстве,\ не является наиболее удобным из-за большого размера трансформирующего прибора.
Если нужно мягко уменьшить обороты вала и крутящий момент, рекомендуется следующая схема подключения коллекторного двигателя, которую легко можно собрать своими руками:
Фото — схема для плавной регулировки
Чтобы проверить ротор двигателя без сборки, к коллекторному мотору последовательным путем присоединяется омметр. Предел работы устанавливается на уровне 2 Ом, если с ротором все нормально, то он прозванивается на этом уровне.
К слову, если регулятор установить не выходит, то можно собрать другую схему, по принципу работы аналогичную коллекторному двигателю: соединить датчик угла и вентильный синхронный электродвигатель. К движку в таком случае добавляется выпрямитель.
Если нужно обеспечить регулировку коллекторных двигателей широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то используется следующий чертеж:
Этот стабилизатор может установить нужные частоты сигнала, обеспечить определенный уровень ШИМ на выходе и установить нужные значения вращения при включении движка в сеть.
Видео: универсальные коллекторные двигатели
Рассмотрим другие характеристики различных коллекторных моделей.
*****
Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения коллекторного двигателя переменного тока, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.
Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.
По сути, коллекторный двигатель переменного тока представляет собой достаточно специфичное устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и, в силу этого, обладающее схожими характеристиками. Отличие этих двигателей состоит в том, что корпус статора мотора переменного тока для снижения потерь на вихревые токи выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Обмотки возбуждения машины переменного тока подключаются последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220в.
Могут быть как одно-, так и трехфазными; благодаря способности работать от постоянного и переменного тока называются ещё универсальными. Кроме статора и ротора конструкция включает щеточно-коллекторный механизм и тахогенератор. Вращение ротора в коллекторном электродвигателе возникает в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин трапецеидального сечения и является одним из узлов ротора, последовательно соединенного с обмотками статора.
В целом принцип работы коллекторного мотора переменного тока можно наглядно продемонстрировать с помощью известного со школы опыта с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если через рамку протекает ток, она начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления движения тока в ней.
Последовательное подсоединение обмоток возбуждения дает большой максимальный момент, но появляются большие обороты холостого хода, способные привести к преждевременному выходу механизма из строя.
Типовая схема подключения коллекторного электродвигателя переменного тока может предусматривать до десяти выведенных контактов на контактной планке. Ток от фазы L протекает до одной из щеток, затем передается на коллектор и обмотку якоря, после чего проходит вторую щетку и перемычку на обмотки статора и выходит на нейтраль N. Такой способ подключения не предусматривает реверс двигателя вследствие того, что последовательное подсоединение обмоток ведет к одновременной замене полюсов магнитных полей и в результате момент всегда имеет одно направление.
Направление вращения в этом случае можно изменить, только поменяв местами выхода обмоток на контактной планке. Включение двигателя «напрямую» выполняется только с подсоединенными выводами статора и ротора (через щеточно-коллекторный механизм). Вывод половины обмотки используется для включения второй скорости. Следует помнить, что при таком подключении мотор работает на полную мощность с момента включения, поэтому эксплуатировать его можно не более 15 секунд.
Наши читатели рекомендуют!
Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.
На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.
В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:
Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.
К неоспоримым достоинствам таких машин следует отнести:
Недостатком этих двигателей принято считать использование щеточно-коллекторного перехода, который обуславливает:
Наибольшего внимания к себе требует щеточно-коллекторный механизм, в котором наблюдается искрение даже при работе нового двигателя. Сработанные щетки следует заменить для предотвращения более серьезных неисправностей: перегрева ламелей коллектора, их деформации и отслаивания. Кроме того, может произойти межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, в результате которого происходит значительное падение магнитного поля или сильное искрение коллекторно-щеточного перехода.
Избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя может грамотная эксплуатация устройства и профессионализм изготовителя в процессе сборки изделия.
linochek.ru
Московский государственный университет сервиса
Институт гуманитарных технологий
Кафедра: “Сервис бытовой техники”
Контрольная работа
По дисциплине: “Техника и технология в домоведении”
По специальности 2306 “Домашний менеджер”
На тему: “Коллекторный электродвигатель”
Выполнила: студентка 2 курса
группы ДВД-2-1
Варюшина Е.М.
Шифр по номеру зачетной книжки
106/01
Проверил: Крылов В.И.
Москва 2003
Содержание
1. История возникновения коллекторного электродвигателя 2
2. Тенденция развития коллекторного электродвигателя 2
3. Отказы в работе коллекторного электродвигателя 10
4. Используемая литература 13
История возникновения коллекторного электродвигателя
Важнейшие сдвиги в развитии энергетической баз промышленного производства были связаны с изобретением и применением электрических двигателей. В 1831 году английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, а в 1834 русский ученый Б.С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока, пригодный для практических целей. Однако только с 70х гг. 19в двигатели постоянного тока получают широкое применение благодаря созданию источников дешевой электроэнергии (генераторов постоянного тока) и усовершенствованию конструкции двигателей электротехниками А. Пачинотти в Италии и З.Граммом в Бельгии. В 1888-89 русский инженер (М.О. Доливо-Добровольский) создал трехфазную короткозамкнутую асинхронную электрическую машину. В последние годы конструкция электрических машин совершенствовалась, были созданы электродвигатели в широком диапазоне мощностей - от долей Вт до десятков МВт. Электродвигатели образуют параллельную систему конечных приемников тока, установленных на предприятиях различных отраслей народного хозяйства. Электродвигатели получают также широкое применение в бытовом обслуживании (швейные, холодильные, электробритвы и.т.п. ).
Тенденции развития коллекторного электродвигателя
Электродвигатели классифицируют по роду питающего напряжения, конструктивному исполнению, принципу действия, способу действия, способу возбуждения, числу фаз питающей сети, наличию коллекторно-щеточного узла и другим признакам.
По конструктивному исполнению двигатели постоянного тока подразделяют на коллекторные и безколлекторные. Также подразделяют асинхронные электродвигатели переменного тока. Бесколлекторные двигатели постоянного тока не имеют коллекторно-щеточного узла и не являются источником радиопомех. Однако стоимость их выше, поэтому в бытовых приборах применяют коллекторные электродвигатели. Такие двигатели бывают с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Последние по способу включения обмотки возбуждения подразделяют на двигатели с независимым, параллельным (шунтовым), последовательным возбуждением.
В тех случаях, когда необходимо регулировать частоту вращения, используют электродвигатели постоянного тока и значительно реже в этих случаях более дорогие и менее надежные коллекторные электродвигатели переменного тока. У последних частота вращения плавно регулируется в широких пределах. Мощность электродвигателя от десятых долей Вт до десятков МВт. Различают электродвигатели в открытом исполнении, в которых вращающиеся и токоведущие части защищены от случайного прикосновения и попадания посторонних предметов; в защищенном исполнении (капле и брызгозащищенные), закрытые (пыле и влагозащищенные) и герметичные; взрывобезопасные, в которых пламя не выходит за пределы двигателя при взрыве внутри него.
Коллекторные двигатели (однофазовые и трехфазовые) в отличие от безколлекторных, имеют гибкие регулировочные характеристики. Однофазовые двигатели малой малой мощности широко используются в бытовых электро приборах. Трехфазовые двигатели мощностью несколько квт применяются главным образом в электроприборах с широким диапазоном регулировки скорости.
Коллекторные электродвигатели могут иметь частоту вращения более 3000 мин. Их целесообразно используют в бытовых приборах, для которых по условиям технологического процесса необходима высокая частота вращения рабочих органов при питании от сети переменного тока промышленной частоты (пылесосы, полотеры, миксеры, смесители, кофемолки, щетки для чистки одежды и обуви).
Стандартные значения номинальных частот вращения электродвигателей постоянного тока, однофазовых коллекторных переменного тока и универсальных коллекторных – 1000, 1500, 2000, 3000, 5000, 8000, 10000, 12000, 15000, и 18000 мин. Для универсальных коллекторных под номинальной понимают частоту вращения при переменном токе. Коллекторные электродвигатели переменного тока отличаются от коллекторных постоянного тока, тем что их магнитную систему (индуктор и якорь) выполняют шихтованной для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. В коллекторных электродвигателях переменного тока независимого возбуждения обмотка возбуждения “ОВ” и обмотка якоря “Я” подключены параллельно источнику питания. Если пренебреч потерями на гистерезис и вихревые тока, можно считать, что магнитный поток возбуждения Iв (рис. а). Обмотка якоря “Я” имеет значительно меньшее индуктивное сопротивление, чем обмотка возбуждения. Вследствие этого ток Iа, протекающий в ней, опережает по фазе ток возбуждения Iв, следовательно, и магнитный поток Ф. Вращающий момент развиваемый электродвигателем, зависит от произведения магнитного потока на ток обмотки якоря. Произведя графическое умножение тока обмотки якоря и магнитного потока Ф, получим график зависимости электромагнитного момента М, развиваемого электродвигателем от времени. В момент времени, когда магнитный поток возбуждения и ток якоря совпадают по фазе (имеют одинаковое направление), электродвигатель развивает положительный вращающий момент. В момент времени, когда магнитный поток возбуждения и ток якоря не совпадают по фазе, двигатель развивает отрицательный вращающий момент, который является тормозным. Результирующий вращающий момент будет равен некоторой средней величине Мф. В коллекторных электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения “ОВ” и обмотка якоря включены последовательно. Если пренебречь потерями на гистерезис и вихревые токи, то магнитный поток возбуждения совпадает по фазе с током возбуждения Iв (рис). Вследствие того, что обмотка якоря включена последовательно с обмоткой возбуждения, ток, протекающий в ней, совпадает по фазе с током, протекающим в обмотке возбуждения, а следовательно, и с магнитным потоком Ф. Вращающий момент, развиваемый электродвигателем в любой момент времени будет положительным. Поэтому средний вращающий момент Мср, развиваемый электродвигателем при последовательном вожбуждении, будет выше, чем при независимом возбуждении. Поэтому электродвигатели переменного тока с последовательным возбуждением наиболее распространены. Они имеют более низкие энергетические показатели, чем электродвигатели постоянного тока вследствии потерь на гистерезис и вихревые токи.
Универсальные электродвигатели применяют, когда неизвестно заранее, от какой сети будет осуществляться питание прибора или когда по условиям эксплуатации необходим переход от питания постоянным током к питанию переменным током (электробритвы). Магнитная система выполнена аналогично магнитной системе коллекторных электродвигателей переменного тока.
В универсальных электродвигателях стремятся получить одинаковые характеристики при работе от сети переменного и постоянного тока. Однако, в обычном исполнении коллекторных электродвигателей с последовательным возбуждении не удается получить такого совпадения характеристик, т.к. при питании от сети переменного тока возникает дополнительное сопротивление за счет индуктивности обмоток якоря и возбуждения. Вследствие этого частота вращения универсального электродвигателя при питании от источника переменного тока при заданном моменте нагрузки будет меньше, чем при питании от источника постоянного тока.
Для сближения характеристик двигателя при постоянном и переменном токе предусматривают секционирование обмотки возбуждения. При питании от сети постоянного тока включена вся обмотка возбуждения, а при питании от сети переменного тока включена только ее часть. Однако и в этом случае не удается получить полного совпадения характеристик. Ток, потребляемый универсальным двигателем, при работе от сети переменного тока больше, чем при работе от сети постоянного тока, т.к. переменный ток, кроме активной, имеет еще и реактивную составляющую, обусловленную током намагничивания. У универсального электродвигателя на переменном токе КПД ниже вследствие потерь в стали якоря и индуктора, вызванных переменным магнитным потоком. Условия коммутации на переменном токе хуже, чем на постоянном, что сокращает срок службы электродвигателя. Регулировочные и тормозные характеристики у электродвигателей коллекторного типа аналогичны.
Электродвигатель постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – якоря, разделенных воздушным зазором.
На внутренней поверхности станины статора расположены сердечники полюсов с катушками возбуждения (для двигателей с электромагнитным возбуждением). Со стороны, обращенной к якорю, сердечники полюсов имеют полюсные наконечники, которые обеспечивают необходимое распределение магнитной индукции в воздушном зазоре. Якорь представляет собой цилиндрическое тело, вращающееся в пространстве между полюсами и состоящее из сердечника, жестко закрепленного на валу, обмотки, коллектора и щеточного узла. Сердечник якоря собирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, покрытых изолирующим лаком, что уменьшает потери от вихревых токов, которые возникают при вращении якоря в магнитном поле полюсов. На наружной поверхности сердечника якоря имеются пазы, в которых расположена обмотка якоря. Часть сердечника якоря, занятую пазами (зубцами), называют зубцовой зоной и валом – ярмом. Коллектор набирают из отдельных изолированных друг от друга коллекторных пластин клиновидного сечения, изготовленных из меди, с которыми соединена обмотка якоря. Коллектор совместно со щеточным узлом служит для подведения тока в обмотку якоря. Обмотка якоря представляет собой замкнутую систему проводников, уложенных в пазы и соединенных по определенной схеме. Основным элементом обмотки является секция, состоящая из одного или нескольких витков. Начало и конец секции присоединены к двум коллекторным пластинам. Каждая секция состоит из активных сторон, которые расположены в пазах сердечника якоря, и лобовых частей, посредством которых активные части секции соединяются между собой и с коллекторными пластинами. Для лучшего использования материала обмотки якоря активные стороны каждой секции располагают под разноименными полюсами, так что ширина секции равна приблизительно полюсному делению
mirznanii.com
Во время работы, на коллекторе электродвигателя часто наблюдается искрение, при котором он покрывается бороздами, а его пластины подвергаются повышенной температуре и подгорают. Как следствие, происходит более быстрое изнашивание коллектора и со временем может возникнуть потребность произвести ремонт электродвигателя.
Ремонт коллектора электродвигателя Коллектор может перестать исправно функционировать по таким причинам: шероховатость его поверхности, образование желобков на ней, выступание изоляции над пластинами, биение.
Одна из самых распространённых причин прекращения нормального функционирования коллектора. Возникает из-за различных царапин, нагара или накопления оксидного слоя на поверхности коллекторных пластин. Царапины появляются от воздействия различных частиц, которые попадают между щётками и пластинами коллектора. Нагар – появляется от искрения, а окись – результат влияния повышенной влажности в помещении, где эксплуатируется устройство.
От шероховатости поверхности можно легко избавиться, отшлифовав её с помощью мелкой стеклянной бумаги.
В результате продолжительного использования электродвигателя при расположенных друг напротив друга щетках, на коллекторе возникают желобки, что приводит к волнистости его поверхности. Этот дефект убирают, проточив коллектор на токарном станке. Рекомендуется размещать щетки в шахматном порядке: это поможет предотвратить появление желобков.
Длительная эксплуатация коллектора часто приводит к тому, что медные пластины начинают стираться и над их поверхностью со временем начинает выступать миканит – электроизоляционный материал, который по причине своей прочности, менее подвергается истиранию. Для того, чтобы избавиться от этого дефекта, необходимо произвести продороживание коллектора, иными словами, убрать проступающий изоляционный материал между пластинами. Его можно убрать с помощью узкой пилки.
После продороживания, с помощью волосяной щетки необходимо прочистить канавки между медными пластинами, а с помощью шабера – снять фаски с их краёв. Поверхность коллектора в конца процесса нужно прошлифовать.
Эта проблема может возникнуть при нарушении работы подшипников в электродвигателе либо при неравномерной высоте медных пластин коллектора.
Для устранения этой проблемы следует отремонтировать или заменить дефектный подшипник либо проточить коллектор, если суть проблемы в высоте пластин. Если дело в неправильно выполненной центровке якоря электродвигателя, то это можно исправить с помощью специального станка.
Следует использовать профильные мастерские, которые производят ремонт электродвигателей, чтобы полностью исключить ошибки и получить надежные гарантии.
podvi.ru
