Motor DC brushed: desain dan prinsip operasi

Motor kolektor cukup umum dalam kehidupan sehari-hari dan di tempat kerja. Mereka digunakan untuk menggerakkan berbagai mekanisme, alat-alat listrik, di mobil. Sebagian dari popularitasnya adalah karena penyesuaian sederhana dari kecepatan rotor, tetapi ada beberapa batasan penggunaannya dan, tentu saja, kerugiannya. Mari kita cari tahu apa itu motor kolektor DC (DCM), apa jenis motor listrik jenis ini dan di mana mereka digunakan.

Definisi dan perangkat

Buku referensi dan ensiklopedia memberikan definisi berikut:

“Motor pengumpul adalah motor listrik di mana sensor posisi poros dan sakelar belitan adalah perangkat yang sama - pengumpul. Motor semacam itu dapat beroperasi baik hanya pada arus searah, atau pada arus searah dan bolak-balik.

Motor listrik kolektor, seperti yang lainnya, terdiri dari: rotor dan stator. Dalam hal ini, rotor adalah jangkar. Ingat bahwa angker adalah bagian dari mesin listrik yang mengkonsumsi arus utama, dan di mana gaya gerak listrik diinduksi.

Untuk apa kolektor dan bagaimana pengaturannya? Kolektor terletak di poros (rotor), dan merupakan satu set pelat spasi longitudinal, terisolasi dari poros dan dari satu sama lain. Mereka disebut bilah. Keran bagian belitan jangkar terhubung ke lamela (Anda dapat melihat perangkat belitan jangkar KDPT di kelompok gambar di bawah), atau lebih tepatnya masing-masing terhubung ke akhir sebelumnya dan awal bagian berikutnya gulungan.

Arus disuplai ke belitan melalui sikat. Sikat membentuk kontak geser dan, selama rotasi poros, bersentuhan dengan satu atau lamela lainnya. Dengan demikian, belitan jangkar diaktifkan, untuk ini diperlukan kolektor.

Rakitan sikat terdiri dari braket dengan pemegang sikat, dan sikat grafit atau grafit logam dipasang langsung di dalamnya. Untuk memastikan kontak yang baik, sikat ditekan ke kolektor oleh pegas.

Magnet permanen atau elektromagnet (gulungan medan) dipasang pada stator, yang menciptakan medan magnet stator. Dalam literatur tentang mesin listrik, alih-alih kata "stator", istilah "sistem magnetik" atau "induktor" sering digunakan. Gambar di bawah menunjukkan desain DCT dalam proyeksi yang berbeda. Sekarang mari kita cari tahu cara kerja motor DC yang disikat!

Prinsip operasi

Ketika arus mengalir melalui belitan dinamo, medan magnet muncul, arahnya dapat ditentukan dengan menggunakan: aturan gimlet. Medan magnet stator yang konstan berinteraksi dengan medan angker, dan itu mulai berputar karena fakta bahwa kutub dengan nama yang sama ditolak, tertarik ke kutub yang berlawanan. Yang diilustrasikan dengan sempurna pada gambar di bawah ini.

Ketika sikat pindah ke lamela lain, arus mulai mengalir ke arah yang berlawanan (jika kita perhatikan contoh di atas), kutub magnet berubah tempat dan prosesnya berulang.

Pada mesin kolektor modern, desain dua kutub tidak digunakan karena rotasi yang tidak merata; pada saat mengalihkan arah arus, gaya yang bekerja pada angker akan minimal. Dan jika Anda menghidupkan mesin, yang porosnya telah berhenti pada posisi "transisi" ini, mesin itu mungkin tidak mulai berputar sama sekali. Oleh karena itu, ada lebih banyak kutub dan bagian pada kolektor motor DC modern. gulungan diletakkan di alur inti yang dilaminasi, sehingga mencapai kelancaran gerakan dan torsi yang optimal pada poros.

Prinsip pengoperasian motor pengumpul dalam bahasa sederhana untuk boneka diungkapkan dalam video berikut, kami sangat menyarankan Anda membiasakan diri.

Jenis KDPT dan diagram koneksi berliku

Menurut metode eksitasi, motor DC kolektor dibedakan menjadi dua jenis:

1. Dengan magnet permanen (motor berdaya rendah dengan kapasitas puluhan dan ratusan watt).
2. Dengan elektromagnet (mesin yang kuat, misalnya, pada mekanisme pengangkatan dan peralatan mesin).

Ada jenis KDPT sesuai dengan metode menghubungkan belitan:

• Eksitasi berurutan (dalam literatur Rusia kuno dan dari tukang listrik kuno Anda dapat mendengar nama "Serial", dari bahasa Inggris. Serial). Di sini, belitan medan dihubungkan secara seri dengan belitan jangkar. Torsi awal yang tinggi adalah keuntungan dari skema semacam itu, dan kerugiannya adalah penurunan kecepatan dengan peningkatan beban pada poros (karakteristik mekanis lunak), dan fakta bahwa mesin kehabisan kendali (peningkatan kecepatan yang tidak terkendali dengan kerusakan berikutnya pada bantalan pendukung dan angker) jika tidak digunakan atau dengan beban pada poros dalam waktu kurang dari 20-30% dari nominal.
• Paralel (juga disebut "shunt"). Dengan demikian, belitan medan dihubungkan secara paralel dengan belitan jangkar. Pada putaran rendah pada poros, torsi tinggi dan stabil pada rentang putaran yang relatif luas, dan dengan meningkatnya putaran, torsi berkurang. Keuntungannya adalah putaran yang stabil dalam berbagai beban pada poros (dibatasi oleh kekuatannya), dan kerugiannya adalah jika rangkaian eksitasi rusak, ia bisa rusak.
• Kecanduan. Gulungan medan dan angker ditenagai dari sumber yang berbeda. Solusi ini memungkinkan Anda mengontrol kecepatan poros dengan lebih akurat. Fitur kerja mirip dengan DCT dengan eksitasi paralel.
• Campuran. Bagian dari gulungan medan dihubungkan secara paralel, dan bagian lainnya secara seri dengan jangkar. Menggabungkan keuntungan dari jenis serial dan paralel.

Anda dapat melihat peruntukan grafis konvensional pada diagram di bawah ini.

Dalam literatur domestik asing dan modern, serta pada diagram, Anda dapat menemukan representasi lain dari UGO untuk KDPT, seperti yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya dalam bentuk lingkaran dengan dua kotak, di mana lingkaran menunjukkan jangkar, dan dua kotak - sikat.

Diagram koneksi dan sebaliknya

Diagram koneksi belitan stator dan rotor ditentukan selama pembuatan, dan, tergantung di mana motor tertentu digunakan, solusi yang tepat harus dipilih. Dalam mode operasi tertentu (mode pengereman, misalnya), sirkuit sakelar belitan dapat diubah atau elemen tambahan diperkenalkan.

Termasuk motor DC brushed berdaya rendah menggunakan: sakelar semikonduktor (transistor), sakelar atau tombol sakelar, sirkuit mikro driver khusus atau menggunakan daya rendah menyampaikan. Mesin besar yang kuat terhubung ke jaringan DC melalui dua kutub para kontraktor.

Di bawah ini Anda melihat rangkaian reversibel untuk menghubungkan motor DC ke jaringan 220V. Dalam praktiknya, dalam produksi, sirkuit akan serupa, tetapi tidak akan ada jembatan dioda di dalamnya, karena semuanya saluran untuk menghubungkan motor tersebut diletakkan dari gardu traksi, di mana arus bolak-balik meluruskan.

Kebalikannya dilakukan dengan mengubah polaritas pada belitan medan atau pada angker. Tidak mungkin untuk mengubah polaritas baik di sana, dan di sana, karena arah putaran poros tidak akan berubah, seperti halnya dengan motor kolektor universal ketika beroperasi pada arus bolak-balik.

Untuk menghidupkan mesin dengan lancar, perangkat penyesuaian dimasukkan ke dalam sirkuit catu daya belitan jangkar atau belitan jangkar dan belitan eksitasi (tergantung pada sirkuit koneksinya), misalnya, rheostat, kecepatan poros juga diatur dengan cara yang sama, tetapi alih-alih rheostat, satu set resistor konstan lebih sering digunakan, dihubungkan menggunakan satu set para kontraktor.

Dalam aplikasi modern, kecepatan diubah menggunakan modulasi lebar pulsa (PWM) dan kunci semikonduktor, ini persis seperti yang dilakukan pada alat listrik tanpa kabel (obeng, Misalnya). Efisiensi metode ini jauh lebih tinggi.

Lingkup aplikasi

Motor pengumpul DC digunakan di mana-mana baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam perangkat dan mekanisme industri, mari kita pertimbangkan secara singkat area aplikasinya:

• Di mobil, DCT kolektor 12V dan 24V digunakan untuk menggerakkan bilah penghapus (wiper), di pengangkat jendela, untuk memulai motor (starter adalah motor DC yang disikat seri atau eksitasi campuran) dan penggerak lainnya tujuan.
• Dalam mekanisme pengangkatan (crane, elevator, dll.), KDPT digunakan, yang beroperasi pada jaringan arus searah dengan tegangan 220V atau tegangan lain yang tersedia.
• Dalam mainan anak-anak dan model yang dikendalikan radio berdaya rendah, KDPT dengan rotor tiga kutub dan magnet permanen pada stator digunakan.
• Dalam alat listrik nirkabel genggam - berbagai bor, penggiling, obeng listrik, dll.

Perhatikan bahwa bukan kolektor, tetapi motor listrik tanpa sikat dipasang di alat-alat listrik modern yang mahal.

Keuntungan dan kerugian

Mari kita menganalisis pro dan kontra dari motor DC brushed. Keuntungan:

1. Rasio dimensi terhadap daya (berat dan dimensi).
2. Mudah untuk menyesuaikan kecepatan dan menerapkan soft start.
3. Torsi awal.

Adapun kekurangan dari KDPT adalah sebagai berikut:

1. Memakai kuas. Motor dengan beban tinggi yang dioperasikan secara teratur memerlukan pemeriksaan rutin, penggantian sikat, dan pemeliharaan rakitan manifold.
2. Kolektor aus karena gesekan kuas.
3. Percikan kuas dimungkinkan, yang membatasi penggunaan di tempat-tempat berbahaya (maka KDPT tahan ledakan digunakan).
4. Karena pergantian belitan yang konstan, motor DC jenis ini menimbulkan kebisingan dan distorsi ke dalam sirkuit suplai. atau jaringan listrik, yang menyebabkan malfungsi dan masalah dalam pengoperasian elemen lain dari rangkaian (terutama penting untuk elektronik) skema).
5. Pada motor DC dengan magnet permanen, gaya magnet melemah seiring waktu (demagnetisasi) dan efisiensi motor menurun.

Jadi kami memeriksa apa itu motor DC kolektor, bagaimana cara kerjanya dan apa prinsip operasinya. Jika Anda memiliki pertanyaan, tanyakan di komentar di bawah artikel!

Bahan terkait:

• Apa itu anoda dan katoda
• Bagaimana cara kerja starter magnet?
• Cara menurunkan tegangan di jaringan
• Apa itu motor induksi?