Stejnosměrný kartáčovaný motor: konstrukce a princip činnosti

Kolektorové motory jsou zcela běžné v každodenním životě i v práci. Používají se k pohonu různých mechanismů, elektrického nářadí, v autech. Část obliby je dána jednoduchým nastavením otáček rotoru, ale existují určitá omezení jejich použití a samozřejmě nevýhody. Pojďme zjistit, co je stejnosměrný kolektorový motor (DCM), jaké typy tohoto typu elektromotorů jsou a kde se používají.

Definice a zařízení

Referenční knihy a encyklopedie poskytují následující definici:

„Kolektorový motor je elektromotor, ve kterém jsou snímač polohy hřídele a spínač vinutí stejné zařízení – kolektor. Takové motory mohou pracovat buď pouze na stejnosměrný proud, nebo na stejnosměrný i střídavý proud.

Elektromotor kolektoru se jako každý jiný skládá z rotor a stator. V tomto případě je kotvou rotor. Připomeňme, že kotva je část elektrického stroje, která spotřebovává hlavní proud a ve které se indukuje elektromotorická síla.

K čemu je kolektor a jak je uspořádán? Kolektor je umístěn na hřídeli (rotoru) a je souborem podélně rozmístěných desek, izolovaných od hřídele a od sebe navzájem. Říká se jim lamely. Odbočky sekcí vinutí kotvy jsou připojeny k lamelám (zařízení vinutí kotvy KDPT můžete vidět na skupina obrázků níže), respektive každý z nich souvisí s koncem předchozího a začátkem následujícího oddílu vinutí.

Proud je přiváděn do vinutí přes kartáče. Kartáče tvoří kluzný kontakt a při otáčení hřídele se dostávají do kontaktu s jednou nebo druhou lamelou. Vinutí kotvy se tedy spíná, k tomu je zapotřebí kolektor.

Sestava kartáče se skládá z držáku s držáky kartáčů a přímo v nich jsou instalovány grafitové nebo kov-grafitové kartáče. Pro zajištění dobrého kontaktu jsou kartáče přitlačovány ke sběrači pružinami.

Na statoru jsou instalovány permanentní magnety nebo elektromagnety (polní vinutí), které vytvářejí magnetické pole statoru. V literatuře o elektrických strojích se místo slova "stator" často používají pojmy "magnetický systém" nebo "induktor". Obrázek níže ukazuje návrh DCT v různých projekcích. Nyní pojďme zjistit, jak funguje kartáčovaný stejnosměrný motor!

Princip fungování

Při protékání proudu vinutím kotvy vzniká magnetické pole, jehož směr lze určit pomocí pravidla gimletu. Konstantní magnetické pole statoru interaguje s polem kotvy a začíná rotovat v důsledku skutečnosti, že póly stejného jména jsou odpuzovány a přitahovány k opačným. Což je dokonale znázorněno na obrázku níže.

Když se kartáče přesunou na další lamely, proud začne téct v opačném směru (uvažujeme-li výše uvedený příklad), magnetické póly změní místo a proces se opakuje.

U moderních kolektorových strojů se nepoužívá dvoupólové provedení z důvodu nerovnoměrného otáčení, v okamžiku přepínání směru proudu budou síly působící na kotvu minimální. A pokud zapnete motor, jehož hřídel se v této „přechodové“ poloze zastavila, nemusí se začít otáčet vůbec. Na kolektoru moderního stejnosměrného motoru je proto podstatně více pólů a sekcí. vinutí uložená v drážkách laminovaného jádra, čímž je dosaženo optimální plynulosti pohybu a točivého momentu na hřídeli.

Princip činnosti motoru kolektoru v jednoduchém jazyce pro figuríny je popsán v následujícím videu, důrazně doporučujeme, abyste se seznámili.

Typy KDPT a schémata zapojení vinutí

Podle způsobu buzení se kolektorové stejnosměrné motory rozlišují na dva typy:

1. S permanentními magnety (motory s nízkým výkonem o kapacitě desítek a stovek wattů).
2. S elektromagnety (výkonné stroje např. na zdvihacích mechanismech a obráběcích strojích).

Podle způsobu připojení vinutí existují takové typy KDPT:

• Sekvenční buzení (ve staré ruské literatuře a od starých elektrikářů můžete slyšet název „Serial“, z angličtiny. Seriál). Zde je budicí vinutí zapojeno do série s vinutím kotvy. Výhodou takového schématu je vysoký startovací moment a jeho nevýhodou je pokles otáček se zvýšením zatížení hřídele (měkká mechanická charakteristika) a skutečnost, že motor je kšeftování (nekontrolované zvýšení rychlosti s následným poškozením nosných ložisek a kotev), pokud jsou naprázdno nebo se zatížením hřídele v méně než 20-30% nominální.
• Paralelní (také nazývaný "shunt"). V souladu s tím je budicí vinutí zapojeno paralelně s vinutím kotvy. V nízkých otáčkách na hřídeli je točivý moment vysoký a stabilní v poměrně širokém spektru otáček a s rostoucími otáčkami klesá. Výhodou jsou stabilní otáčky v širokém rozsahu zatížení hřídele (omezené jeho výkonem) a nevýhodou je, že při porušení budícího obvodu se může zbláznit.
• Závislý. Budicí vinutí a kotvy jsou napájeny z různých zdrojů. Toto řešení umožňuje přesněji řídit otáčky hřídele. Vlastnosti práce jsou podobné DCT s paralelním buzením.
• Smíšený. Část budicího vinutí je zapojena paralelně a část sériově s kotvou. Spojte výhody sériového a paralelního typu.

Konvenční grafické označení můžete vidět na obrázku níže.

V zahraniční i moderní domácí literatuře, stejně jako na schématech, lze nalézt další znázornění UGO pro KDPT, jak je znázorněno na předchozím obrázku ve formě kruhu se dvěma čtverci, kde kruh označuje kotvu, a dvěma čtverci - kartáče.

Schéma zapojení a zpětný chod

Schéma zapojení vinutí statoru a rotoru je určeno při výrobě a podle toho, kde je konkrétní motor použit, je třeba zvolit vhodné řešení. V určitých provozních režimech (např. brzdový režim) lze měnit spínací obvody vinutí nebo zavádět další prvky.

Zahrnuje nízkoenergetické stejnosměrné kartáčované motory využívající: polovodičové spínače (tranzistory), přepínacími spínači nebo tlačítky, specializovanými mikroobvody ovladače nebo pomocí nízkoenergetického zařízení relé. Velké výkonné stroje jsou připojeny k stejnosměrné síti prostřednictvím dvoupólů stykače.

Níže vidíte reverzibilní obvod pro připojení stejnosměrného motoru k síti 220V. V praxi ve výrobě bude obvod podobný, ale nebude v něm žádný diodový můstek, protože všechno vedení pro připojení takových motorů jsou vedena z trakčních rozvoden, kde je střídavý proud se narovná.

Opakování se provádí změnou polarity na budícím vinutí nebo na kotvě. Není možné změnit polaritu jak tam, tak tam, protože směr otáčení hřídele se nezmění, jako je tomu u univerzálních kolektorových motorů při provozu na střídavý proud.

Pro hladké nastartování motoru je do napájecího obvodu vinutí kotvy nebo vinutí kotvy a budícího vinutí (v závislosti na obvodu jejich připojení) zavedeno seřizovací zařízení, např. reostat, otáčky hřídele jsou také regulovány stejným způsobem, ale místo reostatu se častěji používá sada konstantních odporů, připojených pomocí sady stykače.

V moderních aplikacích se rychlost mění pomocí pulzně šířkové modulace (PWM) a polovodičový klíč, přesně tak se to dělá v aku nářadí (šroubovák, například). Účinnost této metody je mnohem vyšší.

Rozsah použití

Stejnosměrné kolektorové motory se používají všude jak v každodenním životě, tak v průmyslových zařízeních a mechanismech, pojďme stručně zvážit jejich oblast použití:

• V automobilech se 12V a 24V kolektorové DCT používají k pohonu lišt stěračů (stěračů), ve zvedačích oken, ke spuštění motor (startér je kartáčovaný stejnosměrný motor sériového nebo smíšeného buzení) a pohony jiných destinace.
• Ve zdvihacích mechanismech (jeřáby, výtahy atd.) se používají KDPT, které pracují na stejnosměrné síti s napětím 220V nebo jakýmkoliv jiným dostupným napětím.
• V dětských hračkách a nízkopříkonových rádiem řízených modelech se používají KDPT s třípólovým rotorem a permanentními magnety na statoru.
• V ručním akumulátorovém elektrickém nářadí - různé vrtačky, brusky, elektrické šroubováky atd.

Všimněte si, že v moderním drahém elektrickém nářadí nejsou instalovány kolektory, ale bezkomutátorové elektromotory.

Výhody a nevýhody

Pojďme analyzovat výhody a nevýhody stejnosměrného kartáčovaného motoru. výhody:

1. Poměr rozměrů k výkonu (hmotnost a rozměry).
2. Snadné nastavení rychlosti a implementace měkkého startu.
3. Startovací moment.

Nevýhody KDPT jsou následující:

1. Opotřebení kartáčů. Vysoce zatížené motory, které jsou pravidelně provozovány, vyžadují pravidelnou kontrolu, výměnu kartáčů a údržbu sestavy rozdělovače.
2. Sběrač se opotřebovává třením kartáčů.
3. Je možné jiskření kartáčů, což omezuje použití na nebezpečných místech (pak se používá nevýbušný KDPT).
4. Tento typ stejnosměrného motoru vnáší kvůli neustálému spínání vinutí šum a zkreslení do napájecích obvodů. nebo elektrické sítě, což vede k poruchám a problémům při provozu jiných prvků obvodu (obzvláště důležité pro elektroniku schémata).
5. U stejnosměrných motorů s permanentními magnety magnetické síly časem slábnou (demagnetizují se) a účinnost motoru klesá.

Zkoumali jsme tedy, co je kolektorový stejnosměrný motor, jak funguje a jaký je jeho princip činnosti. Pokud máte nějaké dotazy, zeptejte se je v komentářích pod článkem!

Související materiály:

• Co je to anoda a katoda
• Jak funguje magnetický startér
• Jak snížit napětí v síti
• Co je indukční motor