DC-Bürstenmotor: Aufbau und Funktionsprinzip

Kollektormotoren sind im Alltag und bei der Arbeit weit verbreitet. Sie werden verwendet, um verschiedene Mechanismen, Elektrowerkzeuge, in Autos anzutreiben. Ein Teil der Popularität ist auf die einfache Einstellung der Rotordrehzahl zurückzuführen, aber es gibt einige Einschränkungen in der Verwendung und natürlich Nachteile. Lassen Sie uns herausfinden, was ein DC-Kollektormotor (DCM) ist, welche Arten von Elektromotoren diese Art von Elektromotoren sind und wo sie verwendet werden.

Definition und Gerät

Nachschlagewerke und Enzyklopädien geben die folgende Definition:

„Ein Kollektormotor ist ein Elektromotor, bei dem der Wellenpositionssensor und der Wicklungsschalter das gleiche Gerät sind – der Kollektor. Solche Motoren können entweder nur mit Gleichstrom oder sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom betrieben werden."

Der Kollektor-Elektromotor besteht wie jeder andere aus

Rotor und Stator. In diesem Fall ist der Rotor der Anker. Denken Sie daran, dass der Anker der Teil der elektrischen Maschine ist, der den Hauptstrom verbraucht und in dem die elektromotorische Kraft induziert wird.

Wozu dient der Kollektor und wie ist er aufgebaut? Der Kollektor befindet sich auf der Welle (Rotor) und besteht aus einem Satz von in Längsrichtung beabstandeten Platten, die von der Welle und voneinander isoliert sind. Sie werden Latten genannt. Die Anzapfungen der Ankerwicklungsabschnitte sind mit den Lamellen verbunden (die Ankerwicklungseinrichtung des KDPT sehen Sie auf Figurengruppe unten), bzw. jede davon ist mit dem Ende des vorherigen und dem Anfang des nächsten Abschnitts verbunden Wicklungen.

Der Strom wird den Wicklungen durch die Bürsten zugeführt. Die Bürsten bilden einen Schleifkontakt und kommen beim Drehen der Welle mit der einen oder anderen Lamelle in Kontakt. Damit werden die Ankerwicklungen geschaltet, hierfür wird ein Kollektor benötigt.

Die Bürsteneinheit besteht aus einer Halterung mit Bürstenhaltern, in die Graphit- oder Metall-Graphitbürsten direkt eingebaut sind. Um einen guten Kontakt zu gewährleisten, werden die Bürsten durch Federn gegen den Kollektor gedrückt.

Am Stator sind Permanentmagnete oder Elektromagnete (Feldwicklung) installiert, die ein Magnetfeld des Stators erzeugen. In der Literatur über elektrische Maschinen werden statt des Wortes „Stator“ häufig die Begriffe „Magnetsystem“ oder „Induktor“ verwendet. Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau des DCT in verschiedenen Projektionen. Lassen Sie uns nun herausfinden, wie ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor funktioniert!

Funktionsprinzip

Fließt Strom durch die Ankerwicklung, entsteht ein Magnetfeld, dessen Richtung bestimmt werden kann mit Bohrerregeln. Das konstante Magnetfeld des Stators interagiert mit dem Feld des Ankers und beginnt sich zu drehen, da die gleichnamigen Pole abgestoßen und von den gegenüberliegenden angezogen werden. Was in der folgenden Abbildung perfekt veranschaulicht wird.

Wenn sich die Bürsten zu anderen Lamellen bewegen, beginnt der Strom in die entgegengesetzte Richtung zu fließen (wenn wir das obige Beispiel betrachten), die Magnetpole wechseln ihre Plätze und der Vorgang wiederholt sich.

Bei modernen Kollektormaschinen wird aufgrund der ungleichmäßigen Drehung keine zweipolige Ausführung verwendet, im Moment des Umschaltens der Stromrichtung sind die auf den Anker wirkenden Kräfte minimal. Und wenn Sie den Motor einschalten, dessen Welle in dieser "Übergangsposition" gestoppt hat, beginnt er möglicherweise überhaupt nicht zu rotieren. Daher gibt es am Kollektor eines modernen Gleichstrommotors deutlich mehr Pole und Abschnitte. Wicklungen in den Nuten des Blechpaketes verlegt, dadurch optimale Laufruhe und Drehmoment auf der Welle.

Die Funktionsweise des Kollektormotors in einfacher Sprache für Dummies wird im folgenden Video erklärt, wir empfehlen Ihnen dringend, sich vertraut zu machen.

KDPT-Typen und Wicklungsanschlussdiagramme

Nach dem Erregungsverfahren werden Kollektor-DC-Motoren in zwei Typen unterschieden:

1. Mit Permanentmagneten (Low-Power-Motoren mit einer Leistung von Dutzenden und Hunderten von Watt).
2. Mit Elektromagneten (starke Maschinen z. B. an Hebezeugen und Werkzeugmaschinen).

Es gibt solche Arten von KDPT nach der Methode zum Verbinden der Wicklungen:

• Sequentielle Erregung (in der alten russischen Literatur und von alten Elektrikern hört man aus dem Englischen den Namen "Serial". seriell). Hier ist die Feldwicklung mit der Ankerwicklung in Reihe geschaltet. Ein hohes Anlaufdrehmoment ist der Vorteil eines solchen Schemas, und sein Nachteil ist ein Drehzahlabfall mit zunehmender Belastung der Welle (weiche mechanische Eigenschaft) und die Tatsache, dass der Motor außer Kontrolle geraten (unkontrollierte Drehzahlerhöhung mit Folgeschäden an Stützlagern und Anker) bei Leerlauf oder bei Belastung der Welle in weniger als 20-30% von nominell.
• Parallel (auch "Shunt" genannt). Dementsprechend ist die Feldwicklung parallel zur Ankerwicklung geschaltet. Bei niedrigen Drehzahlen an der Welle ist das Drehmoment über einen relativ großen Drehzahlbereich hoch und stabil und nimmt mit zunehmender Drehzahl ab. Der Vorteil sind stabile Umdrehungen in einem weiten Lastbereich der Welle (begrenzt durch ihre Leistung), und der Nachteil besteht darin, dass es bei einer Unterbrechung des Erregerkreises durchdrehen kann.
• Süchtig. Die Feldwicklungen und Anker werden aus verschiedenen Quellen gespeist. Mit dieser Lösung können Sie die Wellendrehzahl genauer steuern. Die Arbeitsmerkmale ähneln der DCT mit paralleler Erregung.
• Gemischt. Ein Teil der Feldwicklung ist parallel und ein Teil in Reihe mit dem Anker geschaltet. Kombinieren Sie die Vorteile von seriellen und parallelen Typen.

Die konventionelle Grafikbezeichnung sehen Sie in der folgenden Abbildung.

In der ausländischen und modernen inländischen Literatur sowie auf den Diagrammen finden Sie eine weitere Darstellung der UGO für KDPT, wie in der vorherigen Abbildung in Form eines Kreises mit zwei Quadraten gezeigt, wobei der Kreis einen Anker bezeichnet, und zwei Quadraten - Bürsten.

Anschlussplan und Rückseite

Das Anschlussschema der Stator- und Rotorwicklungen wird bei der Herstellung festgelegt und je nach Einsatzort eines bestimmten Motors muss eine geeignete Lösung gewählt werden. In bestimmten Betriebsarten (zB Bremsbetrieb) können die Wicklungsschaltkreise verändert oder zusätzliche Elemente eingebracht werden.

Umfasst bürstenbehaftete Gleichstrommotoren mit geringer Leistung mit: Halbleiterschaltern (Transistoren), Kippschalter oder Taster, spezielle Treiber-Mikroschaltungen oder mit geringem Stromverbrauch Relais. Große leistungsstarke Maschinen werden über zweipolige. an das Gleichstromnetz angeschlossen Schütze.

Unten sehen Sie eine reversible Schaltung zum Anschluss eines Gleichstrommotors an ein 220-V-Netz. In der Praxis wird die Schaltung in der Produktion ähnlich sein, aber es wird keine Diodenbrücke enthalten, da alles Leitungen zum Anschluss solcher Motoren werden von Traktionsunterwerken verlegt, in denen Wechselstrom richtet sich auf.

Das Umgekehrte erfolgt durch Umpolung an der Feldwicklung oder am Anker. Ein Wechsel der Polarität dort und dort ist nicht möglich, da sich die Drehrichtung der Welle nicht ändert, wie dies bei Universal-Kollektormotoren bei Wechselstrombetrieb der Fall ist.

Um den Motor reibungslos zu starten, wird eine Einstellvorrichtung in den Stromversorgungskreis der Ankerwicklung oder der Ankerwicklung und der Erregerwicklung (je nach Schaltung ihrer Verbindung) eingeführt. B. ein Rheostat, die Wellendrehzahl wird auch auf die gleiche Weise geregelt, aber anstelle eines Rheostats wird häufiger ein Satz Konstantwiderstände verwendet, die mit einem Satz verbunden sind Schütze.

In modernen Anwendungen wird die Drehzahl durch Pulsweitenmodulation (PWM) verändert und Halbleiterschlüssel, genau so geht es in einem Akku-Elektrowerkzeug (Schraubendreher, zum Beispiel). Die Effizienz dieser Methode ist viel höher.

Geltungsbereich

Gleichstrom-Kollektormotoren werden sowohl im Alltag als auch in industriellen Geräten und Mechanismen überall eingesetzt, betrachten wir kurz ihren Anwendungsbereich:

• In Autos werden 12V- und 24V-Kollektor-DCTs verwendet, um die Wischerblätter (Wischer), in den Fensterhebern, zum Starten anzutreiben Motor (Starter ist ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor mit Reihen- oder Mischerregung) und Antriebe anderer Ziel.
• In Hebemechanismen (Kräne, Aufzüge usw.) werden KDPT verwendet, die an einem Gleichstromnetz mit einer Spannung von 220 V oder einer anderen verfügbaren Spannung betrieben werden.
• In Kinderspielzeug und funkgesteuerten Modellen mit geringer Leistung werden KDPTs mit einem dreipoligen Rotor und Permanentmagneten am Stator verwendet.
• In einem handgehaltenen Akku-Elektrowerkzeug - eine Vielzahl von Bohrern, Schleifern, Elektroschraubern usw.

Beachten Sie, dass in modernen teuren Elektrowerkzeugen keine Kollektoren, sondern bürstenlose Elektromotoren eingebaut sind.

Vorteile und Nachteile

Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile eines DC-Bürstenmotors analysieren. Vorteile:

1. Das Verhältnis von Abmessungen zu Leistung (Gewicht und Abmessungen).
2. Einfach die Geschwindigkeit anpassen und einen Sanftanlauf realisieren.
3. Anlaufdrehmoment.

Die Nachteile des KDPT sind wie folgt:

1. Abnutzung von Bürsten. Hochbelastete Motoren, die regelmäßig betrieben werden, erfordern eine regelmäßige Inspektion, den Austausch der Bürsten und die Wartung der Verteilerbaugruppe.
2. Der Kollektor verschleißt durch die Reibung der Bürsten.
3. Lichtbogenbildung von Bürsten ist möglich, was den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen einschränkt (dann wird explosionsgeschütztes KDPT verwendet).
4. Aufgrund des ständigen Schaltens der Wicklungen führt dieser Gleichstrommotortyp zu Rauschen und Verzerrungen in den Versorgungskreisen. oder das Stromnetz, was zu Störungen und Problemen beim Betrieb anderer Elemente des Stromkreises führt (besonders wichtig für elektronische Schemata).
5. Bei Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten werden die Magnetkräfte mit der Zeit schwächer (entmagnetisiert) und der Wirkungsgrad des Motors sinkt.

Also haben wir untersucht, was ein Kollektor-DC-Motor ist, wie er funktioniert und wie er funktioniert. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren unter dem Artikel!

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