DC-borstad motor: design och funktionsprincip

Samlarmotorer är ganska vanliga i vardagen och på jobbet. De används för att driva olika mekanismer, elverktyg, i bilar. En del av populariteten beror på den enkla justeringen av rotorhastigheten, men det finns vissa begränsningar för deras användning och, naturligtvis, nackdelar. Låt oss ta reda på vad en DC-kollektormotor (DCM) är, vilka typer av denna typ av elmotorer och var de används.

Definition och enhet

Referensböcker och uppslagsverk ger följande definition:

"En kollektormotor är en elmotor där axelpositionssensorn och lindningsbrytaren är samma enhet - kollektorn. Sådana motorer kan fungera antingen endast på likström eller på både likström och växelström."

Samlaren elmotor, som alla andra, består av rotor och stator. I det här fallet är rotorn ankaret. Kom ihåg att ankaret är den del av den elektriska maskinen som förbrukar huvudströmmen och i vilken den elektromotoriska kraften induceras.

Vad är samlaren till för och hur är den ordnad? Kollektorn är placerad på axeln (rotorn), och är en uppsättning av längsgående åtskilda plattor, isolerade från axeln och från varandra. De kallas lameller. Kranarna på ankarlindningssektionerna är anslutna till lamellerna (du kan se ankarlindningsanordningen på KDPT på grupp av figurer nedan), eller snarare var och en av dem är kopplad till slutet av föregående och början av nästa avsnitt lindningar.

Strömmen tillförs lindningarna genom borstarna. Borstarna bildar en glidkontakt och kommer under axelns rotation i kontakt med den ena eller den andra lamellen. Således är ankarlindningarna omkopplade, för detta behövs en kollektor.

Borstaggregatet består av ett fäste med borsthållare, och grafit- eller metall-grafitborstar installeras direkt i dem. För att säkerställa god kontakt trycks borstarna mot uppsamlaren av fjädrar.

Permanenta magneter eller elektromagneter (fältlindning) är installerade på statorn, som skapar ett magnetfält hos statorn. I litteraturen om elektriska maskiner används ofta termerna "magnetiskt system" eller "induktor" istället för ordet "stator". Figuren nedan visar utformningen av DCT i olika projektioner. Låt oss nu ta reda på hur en borstad DC-motor fungerar!

Funktionsprincip

När ström flyter genom ankarlindningen uppstår ett magnetfält, vars riktning kan bestämmas med hjälp av gimlet regler. Statorns konstanta magnetfält interagerar med ankarets fält, och det börjar rotera på grund av att polerna med samma namn stöts bort och attraheras av de motsatta. Vilket är perfekt illustrerad i figuren nedan.

När borstarna flyttar till andra lameller börjar strömmen flyta i motsatt riktning (om vi betraktar exemplet ovan), de magnetiska polerna byter plats och processen upprepas.

I moderna kollektormaskiner används inte en tvåpolig design på grund av ojämn rotation; i ögonblicket för växling av strömriktningen kommer krafterna som verkar på ankaret att vara minimala. Och om du sätter på motorn, vars axel har stannat i detta "övergångsläge", kanske den inte börjar rotera alls. Därför finns det betydligt fler stolpar och sektioner på kollektorn för en modern likströmsmotor. lindningar läggs i spåren på den laminerade kärnan, vilket uppnår optimal jämn rörelse och vridmoment på skaftet.

Principen för driften av kollektormotorn på ett enkelt språk för dummies avslöjas i följande video, vi rekommenderar starkt att du bekantar dig.

KDPT-typer och lindningskopplingsscheman

Enligt excitationsmetoden skiljer sig kollektor DC-motorer av två typer:

1. Med permanentmagneter (lågeffektmotorer med en kapacitet på tiotals och hundratals watt).
2. Med elektromagneter (kraftfulla maskiner till exempel på lyftmekanismer och verktygsmaskiner).

Det finns sådana typer av KDPT enligt metoden för att ansluta lindningarna:

• Sekventiell excitation (i den gamla ryska litteraturen och från gamla elektriker kan du höra namnet "Serial", från engelskan. Serie). Här är fältlindningen seriekopplad med ankarlindningen. Ett högt startmoment är fördelen med ett sådant schema, och dess nackdel är en hastighetsminskning med en ökning av belastningen på axeln (mjuk mekanisk egenskap) och det faktum att motorn är trampande (okontrollerad hastighetsökning med efterföljande skador på stödlagren och ankare) om de går på tomgång eller med en belastning på axeln på mindre än 20-30 % av nominell.
• Parallell (även kallad "shunt"). Följaktligen är fältlindningen parallellkopplad med ankarlindningen. Vid låga varv på axeln är vridmomentet högt och stabilt över ett relativt brett varvtal och med ökande varv minskar det. Fördelen är stabila varv i ett brett spektrum av belastning på axeln (begränsat av dess effekt), och nackdelen är att om magnetiseringskretsen bryts kan den gå i sönder.
• Beroende. Fältlindningarna och armaturerna drivs från olika källor. Denna lösning gör att du kan kontrollera axelhastigheten mer exakt. Funktioner i arbetet liknar DCT med parallell excitation.
• Blandad. En del av fältlindningen är parallellkopplad och en del i serie med ankaret. Kombinera fördelarna med seriella och parallella typer.

Du kan se den konventionella grafiska beteckningen i diagrammet nedan.

I utländsk och modern inhemsk litteratur, såväl som på diagrammen, kan du hitta en annan representation av UGO för KDPT, som visas i föregående figur i form av en cirkel med två rutor, där cirkeln betecknar ett ankare, och två rutor - borstar.

Kopplingsschema och omvänd

Anslutningsschemat för stator- och rotorlindningarna bestäms under tillverkningen, och beroende på var en speciell motor används måste en lämplig lösning väljas. I vissa driftlägen (t.ex. bromsläge) kan lindningskopplingskretsarna ändras eller ytterligare element införas.

Inkluderar lågeffekts DC-borstade motorer som använder: halvledaromkopplare (transistorer), vippomkopplare eller knappar, specialiserade förarmikrokretsar eller med låg effekt relä. Stora kraftfulla maskiner är anslutna till DC-nätet genom tvåpoliga kontaktorer.

Nedan ser du en reversibel krets för att ansluta en DC-motor till ett 220V-nät. I praktiken, i produktionen, kommer kretsen att vara liknande, men det kommer inte att finnas någon diodbrygga i den, eftersom allt ledningar för anslutning av sådana motorer läggs från traktionsstationer, där växelström rätar upp sig.

Det omvända utförs genom att ändra polariteten på fältlindningen eller på ankaret. Det är omöjligt att ändra polariteten både där och där, eftersom axelns rotationsriktning inte kommer att ändras, vilket är fallet med universalkollektormotorer när de arbetar med växelström.

För att smidigt starta motorn införs en justeringsanordning i strömförsörjningskretsen för ankarlindningen eller ankarlindningen och excitationslindningen (beroende på kretsen för deras anslutning), till exempel, en reostat, regleras också axelns rotationsfrekvens på samma sätt, men istället för en reostat används oftare en uppsättning konstanta motstånd, anslutna med en uppsättning kontaktorer.

I moderna applikationer ändras hastigheten med hjälp av pulsbreddsmodulering (PWM) och halvledarnyckel, det är precis så det görs i ett sladdlöst elverktyg (skruvmejsel, till exempel). Effektiviteten för denna metod är mycket högre.

Tillämpningsområde

DC-kollektormotorer används överallt både i vardagen och i industriella enheter och mekanismer, låt oss kort överväga deras användningsområde:

• I bilar används 12V och 24V kollektor DCT för att driva torkarbladen (torkare), i fönsterhissarna, för att starta motor (startmotorn är en borstad likströmsmotor av serie eller blandad magnetisering) och drivenheter av andra destination.
• I lyftmekanismer (kranar, hissar, etc.) används KDPT, som arbetar på ett likströmsnät med en spänning på 220V eller någon annan tillgänglig spänning.
• I barnleksaker och radiostyrda modeller med låg effekt används KDPT med en trepolig rotor och permanentmagneter på statorn.
• I ett handhållet sladdlöst elverktyg - en mängd olika borrar, slipmaskiner, elektriska skruvmejslar, etc.

Observera att inte samlare, utan borstlösa elmotorer är installerade i moderna dyra elverktyg.

Fördelar och nackdelar

Låt oss analysera för- och nackdelarna med en DC-borstad motor. Fördelar:

1. Förhållandet mellan dimensioner och effekt (vikt och dimensioner).
2. Lätt att justera hastigheten och genomföra en mjukstart.
3. Startmoment.

Nackdelarna med KDPT är följande:

1. Slitage av borstar. Högbelastade motorer som körs regelbundet kräver regelbunden inspektion, byte av borstar och underhåll av grenrörsenheten.
2. Uppsamlaren slits ut på grund av borstarnas friktion.
3. Gnistbildning av borstar är möjlig, vilket begränsar användningen på farliga platser (då används explosionssäker KDPT).
4. På grund av den konstanta omkopplingen av lindningarna introducerar denna typ av DC-motor brus och distorsion i matningskretsarna. eller elnätet, vilket leder till funktionsfel och problem i driften av andra delar av kretsen (särskilt viktigt för elektronisk system).
5. I DC-motorer med permanentmagneter försvagas de magnetiska krafterna med tiden (avmagnetiseras) och motorns verkningsgrad minskar.

Så vi undersökte vad en kollektor DC-motor är, hur den fungerar och vad är dess funktionsprincip. Om du har några frågor, ställ dem i kommentarerna under artikeln!

Relaterat material:

• Vad är anod och katod
• Hur fungerar en magnetstartare
• Hur man sänker spänningen i nätet
• Vad är en induktionsmotor