Колекторният двигател е синхронна електрическа машина, в която токовият превключвател в намотката и сензорът за положение на ротора са направени под формата на едно и също устройство - четка-колектор. Това устройство се предлага в много форми.
Разновидности
A DC колекторен двигател обикновено включва елементи като:
- триполюсен ротор на втулкови лагери;
- двуполюсен статор с постоянен магнит;
- медни пластини като четки на колекторния възел.
Този комплект е типичен за решения с най-ниска мощност, които обикновено се използват в детски играчки, където не се изисква висока мощност. По-мощните двигатели включват още няколко структурни елемента:
- четири графитни четки под формата на колектор;
- многополюсен ротор на търкалящи лагери;
- статор с постоянен магнит с четири полюса.
Най-често този тип моторно устройствоизползва се в съвременните автомобили за задвижване на вентилатора на охладителната и вентилационна система, помпи за миене, чистачки и други елементи. Има и по-сложни агрегати.
Мощността на електрически двигател от няколкостотин вата включва използването на четириполюсен статор, направен от електромагнити. За свързване на намотките му може да се използва един от няколко метода:
- Последователно с ротора. В този случай се получава голям максимален въртящ момент, но поради високата скорост на празен ход рискът от повреда на двигателя е висок.
- Успоредно с ротора. В този случай скоростта остава стабилна при променящи се условия на натоварване, но максималният въртящ момент е забележимо по-малък.
- Смесено възбуждане, когато част от намотката е свързана последователно, а част - паралелно. В този случай предимствата на предишните опции се комбинират. Този тип се използва за стартиране на автомобили.
- Независимо възбуждане, което използва отделно захранване. В този случай се получават характеристиките, съответстващи на паралелното свързване. Тази опция се използва рядко.
Комутаторните двигатели имат определени предимства: лесни са за производство, ремонт, експлоатация и експлоатационният им живот е доста голям. Като недостатъци обикновено се подчертава следното: ефективните конструкции на такива устройства обикновено са с висока скорост и нисък въртящ момент, така че повечето задвижвания изискват инсталиране на скоростни кутии. Това твърдение е добре обоснованотъй като електрическа машина, ориентирана към ниска скорост, се характеризира с подценена ефективност, както и проблеми с охлаждането, свързани с това. Последните са такива, че е трудно да се намери елегантно решение за тях.
Универсален колекторен двигател
Този вариант е вид DC колекторна машина, способна да работи както на DC, така и на AC. Устройството стана широко разпространено в някои видове домакински уреди и ръчни инструменти поради малкия си размер, ниско тегло, ниска цена и лекота на управление на скоростта. Доста често се среща като тягово превозно средство по железопътните линии на Съединените щати и Европа. Можете да разгледате устройството на електродвигателя.
Дизайн характеристики
За по-добро разбиране на този въпрос, трябва да разгледате по-подробно какво формира основата на представеното устройство. Типът универсален колекторен двигател е устройство с постоянен ток с последователно свързани възбуждащи намотки, оптимизирано за работа на променлив ток на битова захранваща мрежа. Двигателят се върти в една посока, независимо от полярността. Това се дължи на факта, че последователното свързване на намотките на статора и ротора води до едновременна промяна в техните магнитни полюси и поради това полученият въртящ момент е насочен в една посока.
От какво е направено?
Променливотоковият колекторен двигател включва използването на магнитенмек материал с нисък хистерезис. За да се намалят загубите от вихров ток, този елемент е направен от подредени плочи с изолация. Като подгрупа от колекторни машини за променлив ток е обичайно да се отделят пулсиращи токови единици, които се получават чрез изправяне на тока на еднофазна верига без използване на изглаждане на пулсации.
Колекторният двигател с променлив ток най-често се характеризира със следната характеристика: в режим на ниска скорост индуктивното съпротивление на намотките на статора не позволява консумация на ток повече от определени граници, докато максималният въртящ момент на двигателя е също ограничен до 3-5 от номинала. Приближаването на механичните характеристики се постига чрез използването на разделяне на намотките на статора - отделни изходи се използват за свързване на променлив ток.
Доста трудна задача включва превключване на мощна колекторна машина за променлив ток. В момента, когато участъкът премине неутралата, магнитното поле, което е в зацепление с ротора, променя посоката си на противоположна и това предизвиква генериране на реактивна ЕМП в секцията. Това се случва, когато работите на AC захранване. В колекторните машини за променлив ток има и реактивна ЕМП. Тук се отбелязва и ЕМП на трансформатора, тъй като роторът е в магнитното поле на статора, което пулсира във времето. Плавното стартиране на колекторния двигател не е възможно, тъй като в този момент амплитудата на машината ще бъде максимална и когато се приближи до скоростта на синхрон, тя ще намалее пропорционално. Както по-нататъкускорение, ще се отбележи ново увеличение. За решаване на проблема с превключването в този случай се предлагат няколко последователни стъпки:
- Секция с един завой трябва да се предпочита в дизайна, за да се намали потокът на съединителя.
- Необходимо е да се увеличи активното съпротивление на секцията, за което най-обещаващи елементи са резисторите в колекторните пластини, където се наблюдава добро охлаждане.
- комутаторът трябва да бъде активно шлифован с четки с максимална твърдост с най-голямо съпротивление.
- Реактивната ЕМП може да бъде компенсирана чрез използване на допълнителни полюси с последователни намотки, а паралелните намотки са приложими за компенсация на ЕМП на трансформатора. Тъй като стойността на последния параметър е функция от ъгловата скорост на ротора и тока на намагнитване, такива намотки изискват използването на подчинени системи за управление, които все още не съществуват.
- Честотата на захранващите вериги трябва да бъде възможно най-ниска. Най-популярните опции са 16 и 25 Hz.
- Обръщането на UKD се извършва чрез превключване на полярността на намотките на статора или ротора.
Плюсове и минуси
За сравнение са използвани следните условия: устройствата са свързани към битова електрическа мрежа с напрежение 220 волта и честота 50 Hz, като мощността на двигателя е същата. Разликата в механичните характеристики на устройствата може да бъде недостатък или предимство вв зависимост от изискванията на задвижването.
И така, AC колекторен двигател: предимства в сравнение с DC модул:
- Връзката с мрежата се осъществява директно и не е необходимо да се използват допълнителни компоненти. В случай на постоянен ток се изисква корекция.
- Стартовият ток е много по-малък, което е много важно за устройства, използвани в ежедневието.
- Ако има управляваща верига, нейното устройство е много по-просто - реостат и тиристор. Ако електронният компонент се повреди, тогава колекторният мотор, чиято цена зависи от мощността и варира от 1400 рубли или повече, ще остане работещ, но веднага ще се включи с пълна мощност.
Има и някои недостатъци:
- Поради загуби поради обръщане на статора и индуктивност, общата ефективност е забележимо намалена.
- Максималният въртящ момент също е намален.
Монофазните колекторни електродвигатели имат определени предимства в сравнение с асинхронните:
- компактност;
- липса на обвързване с честотата и скоростта на мрежата;
- значителен начален въртящ момент;
- пропорционално намаляване и увеличаване на скоростта в автоматичен режим, както и увеличаване на въртящия момент с увеличаване на натоварването, докато захранващото напрежение остава непроменено;
- управлението на скоростта може да бъде плавно в доста широк диапазон чрез промяна на захранващото напрежение.
Недостатъци в сравнение с индукционния двигател
- когато натоварването се промени, скоростта ще бъде нестабилна;
- комплектът четка-колектор прави устройството не много надеждно (необходимостта от използване на най-твърдите четки значително намалява ресурса);
- AC превключване причинява силна искра на колектора и се образуват радиосмущения;
- високо ниво на шум по време на работа;
- колекторът се характеризира с голям брой части, което прави двигателя доста масивен.
Модерният колекторен двигател се характеризира с ресурс, сравним с възможностите на механичните зъбни колела и работните тела.
Други сравнения
При сравняване на колекторни и асинхронни двигатели с еднаква мощност, независимо от номиналната честота на последните, се получава различна характеристика. Това ще бъде описано по-подробно по-долу. Универсалният колекторен електродвигател реализира "мека" характеристика. В този случай моментът е право пропорционален на натоварването на вала, докато оборотите са обратно пропорционални на него. Номиналният въртящ момент обикновено е по-малък от максималния с 3-5 пъти. Ограничението на оборотите на празен ход се характеризира изключително със загуби в двигателя, докато включва мощен агрегат без натоварване, той може да се срине.
Характеристиката на асинхронния двигател е "вентилатор", тоест уредът поддържа скорост близка до номиналната, увеличавайки въртящия момент възможно най-рязко с леко намаляване на скоростта. Ако говорим за значителна промяна в този индикатор, тогава въртящият момент на двигателя не само не се увеличава, но и намалявадо нула, което води до пълно спиране. Скоростта на празен ход е малко по-висока от номиналната, като същевременно остава постоянна. Характеристика на еднофазен асинхронен двигател е допълнителен набор от проблеми, свързани със стартирането, тъй като той не развива пусков въртящ момент при нормални условия. Магнитното поле на еднофазен статор, пулсиращо във времето, се разпада на две полета с противоположни фази, което прави невъзможно стартирането без всякакви трикове:
- капацитет, който създава изкуствена фаза;
- разделен канал;
- активно съпротивление, образуващо изкуствена фаза.
Теоретично, противофазовото въртящо се поле намалява максималната ефективност на еднофазен асинхронен блок до 50-60% поради загуби в пренаситена магнитна система и намотки, натоварени с противополеви токове. Оказва се, че има две електрически машини на един вал, като едната работи в режим на мотор, а втората в режим на опозиция. Оказва се, че еднофазните колекторни електродвигатели не познават конкуренти в съответните мрежи. Това е, което заслужава такава висока популярност.
Механичните характеристики на електродвигателя му осигуряват определен обхват на употреба. Ниските скорости, ограничени от честотата на AC мрежата, правят асинхронните единици с подобна мощност големи по тегло и размер в сравнение с универсалните колектори. Въпреки това, когато е включен в захранващата верига на инвертора с висока честота, могат да бъдат постигнати сравними размери и тегло. Твърдостта на механичната характеристика оставадвигател, към който се добавят загуби от преобразуване на тока, както и увеличаване на честотата, увеличават се магнитните и индуктивните загуби.
Аналози без колекторен монтаж
AC колекторен двигател има най-близък до него по механични характеристики аналог - клапанен, при който четково-колекторният възел е заменен с инвертор, оборудван със сензор за положение на ротора. Като електронен аналог на това устройство се използва следната система: токоизправител, синхронен двигател със сензор за ъглово положение на ротора, комбиниран с инвертор. Въпреки това, наличието на постоянни магнити в ротора намалява максималния въртящ момент, като запазва размерите.
Принцип на действие
Устройството с колекторен електродвигател демонстрира как устройството преобразува електрическата енергия в механична енергия и обратно. Това показва способността му да се използва като генератор. Струва си да разгледаме по-подробно колекторния електродвигател, чиято диаграма ще демонстрира неговите възможности.
Законите на физиката ясно казват, че когато електрически ток преминава през проводник в магнитно поле, върху него се упражнява определена сила. В този случай работи правилото на дясната ръка, което има пряко влияние върху мощността на електродвигателя. Колекторният двигател работи точно на този основен принцип.
Физика ни учи, че основатасъздаването на правилните неща са малки правила. Това послужи като основа за създаване на рамка, въртяща се в магнитно поле, което направи възможно създаването на колекторен електродвигател. Диаграмата показва, че двойка проводници е поставена в магнитно поле, чийто ток е насочен в противоположни посоки, а оттам и силите. Тяхната сума дава необходимия въртящ момент. Устройството на електродвигателя е много по-сложно, тъй като към него е добавен цял комплекс от необходими елементи, по-специално колектор, който осигурява същата посока на тока върху полюсите. Неравномерното движение беше елиминирано чрез поставяне на повече намотки върху котвата, докато постоянните магнити бяха заменени с намотки, което елиминира необходимостта от постоянен ток. Това направи възможно въртящият момент да се даде една посока.
Направи си сам ремонт на електродвигател
Както всяко друго устройство, това устройство може да се повреди по някаква причина. Ако електродвигателят, снимката на който можете да видите в нашия преглед, не може да набере необходимия брой обороти или валът не се върти при стартиране, трябва да проверите дали предпазителите му са изгорели, дали има счупвания електрическата верига на котвата, ако самото устройство е претоварено. Много често претоварването води до необичайно потребление на ток. За да премахнете тази неизправност, е необходимо внимателно да проверите механичната трансмисия и спирачката и след това да премахнете причините за претоварвания.
Дизайнът на електродвигателя е такъв, че при стартиране той консумираопределено количество ток. Ако е по-голяма от номиналната стойност, е необходимо да се провери последователността на връзката на паралелните и последователните намотки една спрямо друга, както и по отношение на реостата. При извършване на ремонт на електродвигател със собствени ръце най-често се допускат доста специфични грешки. По-специално, шунтовата намотка може да бъде свързана последователно с електрическото съпротивление на реостата или свързана към един полюс на електрическата мрежа.
Проверката на последователността на връзката на работната възбуждаща намотка се извършва чрез свързване на един от краищата на шунтовата намотка с анкерния край, а вторият - с електрически проводник, идващ от реостатната дъга. Обикновено напречното сечение на този електрически проводник е малко по-малко от останалите, така че може да бъде открито без мегер. След включване на ключа на захранването и преместване на плъзгача на реостата в средно положение, захранването се подава към свободните краища. С помощта на контролна лампа се извършва последователна проверка на всички проводими краища. Когато докоснете една от тях, лампата трябва да светне, но не и с другата. По този начин се тества целият мотор. Цената на извършената работа ще зависи от вида на разбивката на уреда.
Ако по време на работа на устройството има брой обороти, който е по-малък от номиналния, тогава основните причини за това обикновено са следните: ниско напрежение в мрежата, претоварване на устройството, голям възбуждащ ток. Ако се забележи неработоспособност от обратен характер, е необходимо да се провери веригата на възбуждане, да се отстранят всички идентифицирани дефекти, след коетоможете да зададете нормалната стойност на тока на възбуждане. В някои случаи може да се наложи пренавиване на двигателите.
Когато причината за неработоспособността на модула е погрешно сдвояване на успоредни и последователни намотки на полето, е необходимо да се възстанови правилният ред на свързване. Ако не е възможно да се отстрани такъв проблем по прост начин, може да се наложи пренавиване на електрическите двигатели. Също така е необходимо да се провери големината на напрежението в електрическата мрежа, тъй като с увеличаване на номиналната му стойност оборотите на устройството могат да се увеличат.
