Что такое коллекторный двигатель постоянного тока и как он работает

Коллекторные электродвигатели довольно распространены в быту и на производстве. Они используются для привода различных механизмов, электроинструмента, в автомобилях. Отчасти популярность обусловлена простой регулировкой оборотов ротора, но есть и некоторые ограничения их применения и конечно же недостатки. Давайте разберемся что такое коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ), какие бывают разновидности данного вида электродвигателей и где они используются.

• Определение и устройство
• Принцип действия
• Виды КДПТ и схемы соединения обмоток
• Схема подключения и реверс
• Сфера применения
• Достоинства и недостатки

Определение и устройство

В справочниках и энциклопедиях приводят, такое определение:

«Коллекторным называется электродвигатель, у которого датчиком положения вала и переключателем обмоток является одно и то же устройство – коллектор. Такие двигатели могут работать либо только на постоянном токе, либо и на постоянном, и на переменном.»

Коллекторный электродвигатель, как и любой другой, состоит из ротора и статора. В этом случае ротор – является якорем. Напомним, что якорем называется та часть электрической машины, которая потребляет основной ток, и в которой индуцируется электродвижущая сила.

Для чего нужен и как устроен коллектор? Коллектор расположен на валу (роторе), и представляет собой набор продольно расположенных пластин, изолированных от вала и друг от друга. Их называют ламелями. К ламелям подключаются отводы секций обмоток якоря (устройство якорной обмотки КДПТ вы видите на группе рисунков ниже), а точнее к каждой из них подключен конец предыдущей и начало следующей секции обмотки.

Ток к обмоткам подаётся через щетки. Щётки образуют скользящий контакт и во время вращения вала соприкасаются то с одной, то с другой ламелью. Таким образом происходит переключение обмоток якоря, для этого и нужен коллектор.

Щеточный узел состоит из кронштейна с щеткодержателями, непосредственно в них и устанавливаются графитовые или металлографитовые щетки. Для обеспечения хорошего контакта щетки прижимаются к коллектору пружинами.

На статоре устанавливаются постоянные магниты или электромагниты (обмотка возбуждения), которые создают магнитное поле статора. В литературе по электрическим машинам вместо слова «статор» чаще используют термины «магнитная система» или «индуктор». На рисунке ниже изображена конструкция ДПТ в разных проекциях. Теперь же давайте разберемся как работает коллекторный двигатель постоянного тока!

Принцип действия

Когда ток протекает через обмотку якоря, возникает магнитное поле, направление которого можно определить с помощью правила буравчика. Постоянное магнитное поле статора взаимодействует с полем якоря, и он начинает вращаться благодаря тому, что одноименные полюса отталкиваются, притягиваясь к разноимённым. Что отлично иллюстрирует рисунок ниже.

При переходе щеток на другие ламели ток начинает протекать в обратную сторону (если рассматривать приведенный выше пример), магнитные полюса меняются местами и процесс повторяется.

В современных коллекторных машинах не используется двухполюсная конструкция из-за неравномерности вращения, в момент переключения направления тока силы, действующие на якорь, будут минимальны. А если включить двигатель, вал которого остановился в этом «переходном» положении — он может и не начать вращаться совсем. Поэтому на коллекторе современного двигателя постоянного тока расположено значительно больше полюсов и секций обмоток, уложенных в пазах шихтованного сердечника, таким образом достигаются оптимальные плавность движения и момент на валу.

Принцип работы коллекторного двигателя простым языком для чайников раскрыт в следующем видеоролике, убедительно рекомендуем ознакомиться.

Виды КДПТ и схемы соединения обмоток

По способу возбуждения коллекторные двигатели постоянного тока различают двух типов:

1. С постоянными магнитами (маломощные двигатели мощностью десятки и сотни Ватт).
2. С электромагнитами (мощные машины, например, на грузоподъёмных механизмах и станках).

Различают такие типы КДПТ по способу соединения обмоток:

• Последовательного возбуждения (в старой отечественной литературе и от старых электриков можно услышать название «Сериесные», от англ. Serial). Здесь обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря. Высокий пусковой момент – преимущество такой схемы, а её недостаток – падение частоты вращения с увеличением нагрузки на валу (мягкая механическая характеристика), и то что двигатель идёт вразнос (неконтролируемый рост оборотов с последующим повреждением опорных подшипников и якоря) если работают на холостом ходу или с нагрузкой на валу в меньше 20-30% от номинальной.
• Параллельного (также называют «шунтовые»). Соответственно обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря. На низких оборотах на валу высокий момент и стабилен в относительно широком диапазоне оборотов, а с увеличением оборотов он уменьшается. Преимущество — стабильные обороты в широком диапазоне нагрузки на валу (ограничивается его мощностью), а недостаток – при обрыве в цепи возбуждения может пойти вразнос.
• Назависимого. Обмотки возбуждения и якоря питаются от разных источников. Такое решение позволяет точнее регулировать обороты вала. Особенности работы похожи на ДПТ с параллельным возбуждением.
• Смешанного. Часть обмотки возбуждения подключена параллельно, а часть последовательно с якорем. Совмещают достоинства последовательного и параллельного типов.

Условное графическое обозначение на схеме вы видите ниже.

В иностранной и современной отечественной литературе, а также на схемах можно встретить и другое представление УГО для КДПТ, как было приведено на предыдущем рисунке в виде круга с двумя квадратами, где круг обозначает якорь, а два квадрата – щетки.

Схема подключения и реверс

Схема соединения обмоток статора и ротора определяется при изготовлении, и, в зависимости от того, где применяется конкретный двигатель, нужно выбирать соответствующее решение. В определенных режимах работы (тормозной режим, например) схемы включения обмоток могут изменяться или вводиться дополнительные элементы.

Включают маломощные коллекторные двигатели постоянного тока с помощью: полупроводниковых ключей (транзисторов), тумблеров или кнопок, специализированных микросхем-драйверов или с помощью маломощных реле. Крупные мощные машины подключаются к сети постоянного тока через двухполюсные контакторы.

Ниже вы видите реверсивную схему подключения двигателя постоянного тока к сети 220В. На практике, на производстве схема будет аналогичной, но диодного моста в ней не будет, поскольку все линии для подключения таких двигателей прокладываются от тяговых подстанций, где переменный ток выпрямляется.

Реверс осуществляется путем смены полярности на обмотке возбуждения или на якоре. Изменить полярность и там, и там нельзя, поскольку направление вращения вала не изменится, как это происходит с универсальными коллекторными двигателями при работе на переменном токе.

Для плавного пуска двигателя в цепь питания обмотки якоря или обмотки якоря и обмотки возбуждения (в зависимости от схемы их соединения) вводят регулировочное устройство, например, реостат, таким же образом регулируют и частоту вращения вала, но вместо реостата чаще используют набор постоянных резисторов, подключаемых с помощью набора контакторов.

В современных приложениях частота оборотов изменяется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и полупроводникового ключа, именно так это и сделано в аккумуляторном электроинструменте (шуруповёрт, например). КПД такого способа значительно выше.

Сфера применения

Коллекторные двигатели постоянного тока применяются повсеместно как в быту, так и в промышленных устройствах и механизмах, давайте кратко рассмотрим их область применения:

• В автомобилях используют 12В и 24В коллекторные ДПТ для привода щеток стеклоочистителей (дворников), в стеклоподъёмниках, для запуска двигателя (стартер — это коллекторный двигатель постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения) и приводах другого назначения.
• В грузоподъёмных механизмах (краны, лифты и пр.) используются КДПТ, которые работают от сети постоянного тока с напряжением 220В или любым другим доступным напряжением.
• В детских игрушках и радиоуправляемых моделях малой мощности используются КДПТ с трёхполюсным ротором и постоянными магнитами на статоре.
• В ручном аккумуляторном электроинструменте — разнообразные дрели, болгарки, электроотвертки и т.д.

Отметим, что в современный дорогой электроинструмент устанавливают не коллекторные, а бесколлекторные электродвигатели.

Достоинства и недостатки

Разберем плюсы и минусы коллекторного двигателя постоянного тока. Преимущества:

1. Соотношение размеров к мощности (массогабаритные показатели).
2. Простота регулировки оборотов и реализации плавного пуска.
3. Пусковой момент.

Недостатки у КДПТ следующие:

1. Износ щеток. Высоконагруженные двигатели, которые регулярно эксплуатируются, требуют регулярного осмотра, замены щеток и обслуживания коллекторного узла.
2. Коллектор изнашивается из-за трения щеток.
3. Возможно искрение щеток, что ограничивает применение в опасных местах (тогда используют КДПТ взрывозащищенного исполнения).
4. Из-за постоянного переключения обмоток этот тип двигателей постоянного тока вносит помехи и искажения в питающие цепи или электросеть, что приводит к сбоям и проблемам в работе других элементов схемы (особенно актуально для электронных схем).
5. У ДПТ на постоянных магнитах магнитные силы со временем ослабевают (размагничиваются) и эффективность двигателя снижается.

Вот мы и рассмотрели, что такое коллекторный двигатель постоянного тока, как он устроен и какой у него принцип действия. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

• Что такое анод и катод
• Как работает магнитный пускатель
• Как понизить напряжение в сети
• Что такое асинхронный двигатель

Опубликовано 05.06.2019 Обновлено 05.06. 2019 Пользователем Александр (администратор)

КОЛЛЕКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ Д-95

Danfoss Орбитальный двигатель для легких условий эксплуатации, 158CM3/REV, 2 отверстия SAE A Mount, совмещенные порты с отверстиями 1/2 дюйма, проставочный коллектор C/W с портами 1/2 дюйма BSP | Легкие орбитальные двигатели

Благодарим вас за посещение и покупку на сайте www.flowfitonline.com. Ниже приведены положения и условия

Политики доставки для Harrier Fluid Power Ltd T/A Flowfit.

Используемые перевозчики

Мы пользуемся услугами некоторых ведущих мировых перевозчиков, хотя вы можете воспользоваться услугами собственного перевозчика для получения заказа.

Все поставки требуют подписи при доставке. Ниже представлены наши основные транспортные компании.

Время обработки отгрузки

Все заказы, размещенные до 16:00 с понедельника по четверг и до 15:00 в пятницу, обрабатываются и отправляются в тот же рабочий день.

Если у нас большой объем заказов, доставка может быть задержана на 1-2 дня.

Пожалуйста, укажите дополнительные дни в пути для доставки. Если будет значительная задержка в доставке вашего заказа, мы свяжемся с вами по электронной почте или телефону.

Тарифы на доставку внутри страны и оценка доставки

Стоимость доставки вашего заказа будет рассчитана и отображена при оформлении заказа.

* Доставка в ночное время доступна только для заказов с адресом доставки в пределах Соединенного Королевства.

Если вам требуется доставка в выходные дни, свяжитесь с нашим отделом продаж для получения дополнительной информации.

  Тарифы на международную доставку и расчет стоимости доставки

Стоимость доставки вашего заказа будет зависеть от веса и страны, в которую должен быть отправлен заказ. Вся стоимость будет рассчитана и отображена при оформлении заказа.

Все заказы с доставкой в ​​пределах ЕС доставляются службой доставки 2-5 в зависимости от местоположения в стране.

Все отправления за пределы ЕС доставляются службой доставки в течение 3–7 дней в зависимости от местоположения в стране.

Точные сроки доставки уточняйте в нашем отделе продаж.

Иногда могут возникать задержки доставки.

Если ваша посылка не прибыла в ожидаемое время, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Убедитесь, что адрес доставки, указанный вами при оформлении заказа, правильный. Мы не несем ответственности за любые неправильные или недоставленные адреса.

Подтверждение отправки и отслеживание заказа

После отправки заказа вы получите электронное письмо с подтверждением отправки, содержащее ваши

номер для отслеживания. Номер отслеживания будет активен в течение 24 часов.

Таможня, пошлины и налоги

Пошлины и налоги:

Импортные пошлины, налоги и брокерские сборы не включены в цену продукта или стоимость доставки и обработки. Эти расходы являются обязанностью покупателя, так как мы взимаем только плату за транспортировку вашего заказа. Вы можете уточнить у своего
таможня страны, чтобы определить, будут ли дополнительные расходы.

Правила и ограничения:

Покупатель несет ответственность за получение информации о законах, правилах и ограничениях своей страны, которые могут применяться при покупке нашей продукции. Размещая международный заказ (доставка за пределы Соединенного Королевства), покупатель
несут ответственность за соблюдение законов, правил и ограничений своей страны. Если продукт конфискован и уничтожен таможней, мы НЕ несем ответственности за убытки, возврат продукта или доставки.

Harrier Fluid Power Ltd T/A Компания Flowfit не может нести ответственность за задержки, связанные с таможней.

Повреждения

Harrier Fluid Power Ltd T/A Flowfit не несет ответственности за какие-либо продукты, поврежденные или утерянные во время транспортировки. Если вы получили поврежденный заказ, пожалуйста, свяжитесь с перевозчиком, чтобы подать претензию. Пожалуйста, сохраните все упаковочные материалы и поврежденные товары перед подачей заявки.
претензии.

Политика возврата

Наша политика возврата и возмещения средств содержит подробную информацию о вариантах и ​​процедурах для

возврат вашего заказа.

 Нажмите здесь, чтобы просмотреть технический PDF-файл

Гидравлические сервисные коллекторы MTS серии 295

Гидравлический сервисный коллектор обеспечивает гидравлическую изоляцию между гидравлической силовой установкой и испытательной системой. Этот гидравлический сервисный коллектор обеспечивает плавные переходы гидравлического давления для повышения безопасности и повышения предсказуемости управления гидравлической системой. Теперь доступно с технологией SafeGuard™ для обеспечения безопасности уровня производительности d и e.

Посмотреть полную информацию о продукте Дизайн привода Запросить предложение

Основные характеристики продукта

Инновационные технологии

Дополнительная технология SafeGuard защищает от неожиданных скачков давления

Точные/воспроизводимые результаты

Функции мягкого включения/выключения минимизируют перекрестные помехи системы, повышая точность

Расширенные функции безопасности

Быстрая разгрузка гидравлического давления сброса быстро снимает гидравлическое давление в потенциально опасных ситуациях

Универсальный

Независимо контролирует до четырех тестовых систем

Сравнение моделей

Серия

295 HSM

• Модель 295. 1x
  • Максимальный расход: 189 л/мин (50 гал/мин)
  • 1–4 станции с независимым управлением, каждая из которых обеспечивает максимальный расход
  • Пилотное давление: опционально
• Модель 295,2x
  • Максимальный расход: 378 л/мин (100 гал/мин)
  • 1–4 станции с независимым управлением, одна из них обеспечивает максимальный расход
  • Пилотное давление: опционально
• Модель 295.3x
  • Максимальный расход: 946 л/мин (250 гал/мин)
  • Управление одной станцией
  • Управляющее давление: стандартное
• Модель 295.4x
  • Подходит для систем тестирования транспортных средств

Процессор SafeGuard 273

• Управляет безопасностью и защитой образцов
• Масштабируемость до 4 станций
• Конфигурируется для каждой системы безопасности
• 4 варианта конфигурации монтажа
• Может интегрироваться с системами безопасности объектов

Пользовательский интерфейс SafeGuard 274

• Отображает входные данные для конфигурации системы, состояния системы и диагностики неисправностей
• Включает функцию сброса системы
• Включает функцию экстренной остановки системы
• 3 варианта конфигурации монтажа

SafeGuard 275.

295 Интерфейс машины

• Крепится к HSM серии 295
• Обеспечивает защитную изоляцию HSM

.

• 11 конфигураций, соответствующих конфигурациям HSM Series 295

Технический обзор

Получите максимальную отдачу от своих инвестиций

Наши специалисты всегда готовы помочь вам оставаться на плаву.

Максимальная производительность гидравлической распределительной системы

Улучшите производительность HPU, заменив модуль насоса/двигателя

Добавьте мощности или повысьте безопасность с помощью обновления HSM

Восстановите рабочие характеристики привода, как у нового, с помощью восстановленного

Сопутствующие товары, детали или аксессуары

Ресурсы

Артикул

PL-c, PL-d или PL-e?

Как правильно выбрать уровень безопасности.