DC børstet motor: design og operasjonsprinsipp

Samlermotorer er ganske vanlig i hverdagen og på jobben. De brukes til å drive ulike mekanismer, elektroverktøy, i biler. En del av populariteten skyldes den enkle justeringen av rotorhastigheten, men det er noen begrensninger for deres bruk og selvfølgelig ulemper. La oss finne ut hva en DC-kollektormotor (DCM) er, hvilke typer av denne typen elektriske motorer og hvor de brukes.

Definisjon og enhet

Oppslagsverk og leksikon gir følgende definisjon:

"En kollektormotor er en elektrisk motor der akselposisjonssensoren og viklingsbryteren er den samme enheten - kollektoren. Slike motorer kan operere enten bare på likestrøm, eller på både likestrøm og vekselstrøm."

Samleren elektrisk motor, som alle andre, består av rotor og stator. I dette tilfellet er rotoren ankeret. Husk at ankeret er den delen av den elektriske maskinen som bruker hovedstrømmen, og hvor den elektromotoriske kraften induseres.

Hva er samleren til og hvordan er den ordnet? Samleren er plassert på akselen (rotoren), og er et sett med langsgående avstandsplasserte plater, isolert fra akselen og fra hverandre. De kalles lameller. Kranene til armaturviklingsseksjonene er koblet til lamellene (du kan se armaturviklingsenheten til KDPT på gruppe figurer nedenfor), eller rettere sagt hver av dem er koblet til slutten av forrige og begynnelsen av neste seksjon viklinger.

Strømmen tilføres viklingene gjennom børstene. Børstene danner en glidende kontakt og kommer under rotasjonen av skaftet i kontakt med den ene eller den andre lamellen. Dermed blir armaturviklingene byttet, for dette er det nødvendig med en kollektor.

Børsteenheten består av en brakett med børsteholdere, og grafitt- eller metall-grafittbørster er installert direkte i dem. For å sikre god kontakt presses børstene mot oppsamleren av fjærer.

Permanente magneter eller elektromagneter (feltvikling) er installert på statoren, som skaper et magnetfelt på statoren. I litteraturen om elektriske maskiner brukes ofte begrepene "magnetisk system" eller "induktor" i stedet for ordet "stator". Figuren under viser utformingen av DCT i forskjellige projeksjoner. La oss nå finne ut hvordan en børstet DC-motor fungerer!

Driftsprinsipp

Når strømmen flyter gjennom armaturviklingen, oppstår et magnetfelt, hvis retning kan bestemmes ved hjelp av gimlet regler. Det konstante magnetfeltet til statoren samhandler med ankerets felt, og det begynner å rotere på grunn av det faktum at polene med samme navn frastøtes, og blir tiltrukket av de motsatte. Noe som er perfekt illustrert i figuren under.

Når børstene beveger seg til andre lameller, begynner strømmen å flyte i motsatt retning (hvis vi vurderer eksemplet ovenfor), de magnetiske polene skifter plass og prosessen gjentas.

I moderne samlemaskiner brukes ikke en to-polet design på grunn av ujevn rotasjon; i øyeblikket for å bytte retning på strømmen, vil kreftene som virker på ankeret være minimale. Og hvis du slår på motoren, hvis aksel har stoppet i denne "overgangsstillingen", kan det hende at den ikke begynner å rotere i det hele tatt. Derfor er det betydelig flere stolper og seksjoner på kollektoren til en moderne DC-motor. viklinger lagt i sporene til den laminerte kjernen, og oppnår dermed optimal jevn bevegelse og dreiemoment på skaftet.

Prinsippet for driften av samlemotoren på enkelt språk for dummies er avslørt i følgende video, vi anbefaler på det sterkeste at du gjør deg kjent.

KDPT-typer og viklingskoblingsskjemaer

I henhold til eksitasjonsmetoden skilles kollektor-DC-motorer av to typer:

1. Med permanente magneter (laveffektsmotorer med en kapasitet på titalls og hundrevis av watt).
2. Med elektromagneter (kraftige maskiner, for eksempel på heisemekanismer og maskinverktøy).

Det er slike typer KDPT i henhold til metoden for å koble viklingene:

• Sekvensiell eksitasjon (i den gamle russiske litteraturen og fra gamle elektrikere kan du høre navnet "Serial", fra engelskmennene. Seriell). Her er feltviklingen koblet i serie med armaturviklingen. Et høyt startmoment er fordelen med et slikt opplegg, og dets ulempe er et fall i hastighet med en økning i belastningen på akselen (myk mekanisk karakteristikk), og det faktum at motoren går ut av kontroll (ukontrollert hastighetsøkning med påfølgende skade på støttelagrene og armatur) hvis de går på tomgang eller med en belastning på akselen på mindre enn 20-30 % av nominell.
• Parallell (også kalt "shunt"). Følgelig er feltviklingen koblet parallelt med armaturviklingen. Ved lave turtall på akselen er dreiemomentet høyt og stabilt over et relativt bredt turtallsområde, og med økende turtall avtar det. Fordelen er stabile omdreininger i et bredt spekter av belastning på akselen (begrenset av dens kraft), og ulempen er at hvis magnetiseringskretsen brytes, kan det gå galt.
• Avhengig. Feltviklingene og armaturene drives fra forskjellige kilder. Denne løsningen lar deg kontrollere akselhastigheten mer nøyaktig. Funksjoner ved arbeid ligner på DCT med parallell eksitasjon.
• Blandet. En del av feltviklingen er koblet parallelt, og en del i serie med ankeret. Kombiner fordelene med serie- og parallelltyper.

Du kan se den konvensjonelle grafiske betegnelsen i diagrammet nedenfor.

I utenlandsk og moderne innenlandsk litteratur, så vel som på diagrammene, kan du finne en annen representasjon av UGO for KDPT, som vist i forrige figur i form av en sirkel med to firkanter, hvor sirkelen angir et anker, og to firkanter - børster.

Tilkoblingsskjema og revers

Tilkoblingsskjemaet til stator- og rotorviklingene bestemmes under produksjonen, og avhengig av hvor en bestemt motor brukes, må en passende løsning velges. I visse driftsmoduser (for eksempel bremsemodus) kan viklingskoblingskretsene endres eller tilleggselementer innføres.

Inkluderer laveffekt DC børstede motorer som bruker: halvlederbrytere (transistorer), vippebrytere eller knapper, spesialiserte drivermikrokretser eller bruk av laveffekt relé. Store kraftige maskiner er koblet til DC-nettet gjennom to-polet kontaktorer.

Nedenfor ser du en reversibel krets for å koble en DC-motor til et 220V-nettverk. I praksis, i produksjon, vil kretsen være lik, men det vil ikke være noen diodebro i den, siden alt linjer for tilkobling av slike motorer legges fra trekkraftstasjoner, hvor vekselstrøm retter seg opp.

Reverseringen utføres ved å endre polariteten på feltviklingen eller på ankeret. Det er umulig å endre polariteten både der og der, siden rotasjonsretningen til akselen ikke vil endres, slik tilfellet er med universalkollektormotorer ved drift med vekselstrøm.

For å starte motoren jevnt, introduseres en justeringsanordning i strømforsyningskretsen til armaturviklingen eller armaturviklingen og eksitasjonsviklingen (avhengig av kretsen til forbindelsen deres), for eksempel en reostat, akselhastigheten reguleres også på samme måte, men i stedet for en reostat brukes oftere et sett med konstante motstander, koblet sammen med et sett kontaktorer.

I moderne applikasjoner endres hastigheten ved hjelp av pulsbreddemodulasjon (PWM) og halvledernøkkel, dette er nøyaktig hvordan det gjøres i et trådløst elektroverktøy (skrutrekker, for eksempel). Effektiviteten til denne metoden er mye høyere.

Anvendelsesområde

DC-kollektormotorer brukes overalt både i hverdagen og i industrielle enheter og mekanismer, la oss kort vurdere deres bruksområde:

• I biler brukes 12V og 24V kollektor-DCT-er for å drive viskerbladene (viskerne), i vindusløfterne, for å starte motor (starteren er en børstet likestrømsmotor av serie eller blandet eksitasjon) og drivverk av andre mål.
• I løftemekanismer (kraner, heiser, etc.) brukes KDPT, som opererer på et likestrømsnettverk med en spenning på 220V eller annen tilgjengelig spenning.
• I barneleker og radiostyrte modeller med lav effekt brukes KDPT-er med en trepolet rotor og permanente magneter på statoren.
• I et håndholdt trådløst elektroverktøy - en rekke boremaskiner, kverner, elektriske skrutrekkere, etc.

Vær oppmerksom på at ikke samlere, men børsteløse elektriske motorer er installert i moderne dyre elektroverktøy.

Fordeler og ulemper

La oss analysere fordeler og ulemper med en DC børstet motor. Fordeler:

1. Forholdet mellom dimensjoner og effekt (vekt og dimensjoner).
2. Enkel å justere hastigheten og implementere en myk start.
3. Startmoment.

Ulempene med KDPT er som følger:

1. Slitasje av børster. Høyt belastede motorer som drives regelmessig krever regelmessig inspeksjon, utskifting av børster og vedlikehold av manifoldenheten.
2. Oppsamleren slites på grunn av friksjonen til børstene.
3. Gnistdannelse av børster er mulig, noe som begrenser bruken på farlige steder (da brukes eksplosjonssikker KDPT).
4. På grunn av konstant svitsjing av viklingene, introduserer denne typen DC-motor støy og forvrengning i forsyningskretsene. eller strømnettet, noe som fører til funksjonsfeil og problemer i driften av andre elementer i kretsen (spesielt viktig for elektronisk ordninger).
5. I likestrømsmotorer med permanentmagneter svekkes de magnetiske kreftene over tid (avmagnetiseres) og motorens effektivitet avtar.

Så vi undersøkte hva en kollektor DC-motor er, hvordan den fungerer og hva er dens driftsprinsipp. Hvis du har spørsmål, spør dem i kommentarene under artikkelen!

Relatert materiale:

• Hva er anode og katode
• Hvordan fungerer en magnetisk starter
• Hvordan senke spenningen i nettet
• Hva er en induksjonsmotor