Nuolatinės srovės šepečiu varomas variklis: konstrukcija ir veikimo principas

Kolektorių varikliai yra gana paplitę kasdieniame gyvenime ir darbe. Jais vairuojami įvairūs mechanizmai, elektriniai įrankiai, automobiliuose. Dalį populiarumo lemia paprastas rotoriaus greičio reguliavimas, tačiau yra tam tikrų jų naudojimo apribojimų ir, žinoma, trūkumų. Išsiaiškinkime, kas yra nuolatinės srovės kolektoriaus variklis (DCM), kokie yra šio tipo elektros variklių tipai ir kur jie naudojami.

Apibrėžimas ir įrenginys

Žinynai ir enciklopedijos pateikia tokį apibrėžimą:

„Kolektoriaus variklis yra elektros variklis, kuriame veleno padėties jutiklis ir apvijos jungiklis yra tas pats įrenginys – kolektorius. Tokie varikliai gali veikti tik nuolatine srove arba tiek nuolatine, tiek kintamąja srove.

Kolektoriaus elektros variklis, kaip ir bet kuris kitas, susideda iš rotorius ir statorius. Šiuo atveju rotorius yra inkaras. Prisiminkite, kad armatūra yra elektros mašinos dalis, kuri sunaudoja pagrindinę srovę ir kurioje indukuojama elektrovaros jėga.

Kam skirtas kolektorius ir kaip jis sutvarkytas? Kolektorius yra ant veleno (rotoriaus) ir yra išilgai išdėstytų plokščių rinkinys, izoliuotas nuo veleno ir viena nuo kitos. Jie vadinami lentjuostėmis. Armatūros apvijų sekcijų čiaupai sujungti su lamelėmis (KDPT armatūros apvijos įtaisą galite pamatyti ant paveikslėlių grupė žemiau), tiksliau, kiekviena iš jų yra sujungta su ankstesnio skyriaus pabaiga ir kito skyriaus pradžia apvijos.

Srovė į apvijas tiekiama per šepečius. Šepečiai sudaro slankiojantį kontaktą ir veleno sukimosi metu susiliečia su viena ar kita lamele. Taigi, armatūros apvijos yra perjungiamos, tam reikia kolektoriaus.

Šepečių mazgas susideda iš laikiklio su šepečių laikikliais, o grafito arba metalo-grafito šepečiai montuojami tiesiai į juos. Kad būtų užtikrintas geras kontaktas, šepečiai spyruoklėmis prispaudžiami prie kolektoriaus.

Ant statoriaus montuojami nuolatiniai magnetai arba elektromagnetai (lauko apvija), kurie sukuria statoriaus magnetinį lauką. Literatūroje apie elektros mašinas vietoj žodžio „statorius“ dažnai vartojami terminai „magnetinė sistema“ arba „induktorius“. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas DCT dizainas skirtingose ​​projekcijose. Dabar išsiaiškinkime, kaip veikia šlifuotas nuolatinės srovės variklis!

Veikimo principas

Srovei tekant per armatūros apviją, atsiranda magnetinis laukas, kurio kryptį galima nustatyti naudojant gimlet taisyklės. Nuolatinis statoriaus magnetinis laukas sąveikauja su armatūros lauku, o jis pradeda suktis dėl to, kad to paties pavadinimo poliai yra atstumiami, traukiami į priešingus. Tai puikiai iliustruoja toliau pateiktame paveikslėlyje.

Kai šepečiai pereina į kitas lameles, srovė pradeda tekėti priešinga kryptimi (jei svarstysime aukščiau pateiktą pavyzdį), magnetiniai poliai pasikeičia vietomis ir procesas kartojasi.

Šiuolaikinėse kolektorinėse mašinose dėl netolygaus sukimosi nenaudojama dviejų polių konstrukcija, srovės krypties perjungimo momentu armatūrą veikiančios jėgos bus minimalios. O įjungus variklį, kurio velenas sustojo šioje „pereinamojoje“ padėtyje, jis gali išvis nepradėti suktis. Todėl ant šiuolaikinio nuolatinės srovės variklio kolektoriaus polių ir sekcijų yra žymiai daugiau. apvijos klojamos laminuotos šerdies grioveliuose, taip pasiekiamas optimalus judėjimo sklandumas ir sukimo momentas ant veleno.

Kolektoriaus variklio veikimo principas paprasta kalba, skirtas manekenams, atskleistas kitame vaizdo įraše, primygtinai rekomenduojame susipažinti.

KDPT tipai ir apvijų prijungimo schemos

Pagal sužadinimo metodą kolektorių nuolatinės srovės varikliai skirstomi į du tipus:

1. Su nuolatiniais magnetais (mažos galios varikliai, kurių galia dešimtys ir šimtai vatų).
2. Su elektromagnetais (galingos mašinos, pavyzdžiui, ant kėlimo mechanizmų ir staklių).

Pagal apvijų sujungimo būdą yra tokie KDPT tipai:

• Nuoseklus sužadinimas (senojoje rusų literatūroje ir iš senų elektrikų galite išgirsti pavadinimą „Serial“, iš anglų kalbos. Serijinis). Čia lauko apvija nuosekliai sujungta su armatūros apvija. Didelis paleidimo momentas yra tokios schemos pranašumas, o jo trūkumas yra greičio sumažėjimas didėjant veleno apkrovai (minkšta mechaninė charakteristika) ir tai, kad variklis važinėja (nekontroliuojamas greičio padidėjimas, vėliau sugadinus atraminius guolius ir inkarus), jei jie dirba tuščiąja eiga arba kai veleno apkrova mažesnė nei 20–30 proc. nominalus.
• Lygiagretus (taip pat vadinamas „šuntu“). Atitinkamai lauko apvija yra sujungta lygiagrečiai su armatūros apvija. Ant veleno esant žemiems apsisukimams sukimo momentas yra didelis ir stabilus gana plačiame apsisukimų diapazone, o didėjant sūkiams jis mažėja. Privalumas yra stabilūs apsisukimai esant plačiam veleno apkrovos diapazonui (ribojamas jo galios), o trūkumas yra tas, kad sugedus sužadinimo grandinei, ji gali susigadinti.
• Priklausomas. Lauko apvijos ir inkarai maitinami iš skirtingų šaltinių. Šis sprendimas leidžia tiksliau valdyti veleno greitį. Darbo ypatybės yra panašios į DCT su lygiagrečiu sužadinimu.
• Mišrus. Dalis lauko apvijos sujungta lygiagrečiai, o dalis nuosekliai su armatūra. Sujunkite serijinių ir lygiagrečių tipų pranašumus.

Įprastą grafinį žymėjimą galite pamatyti toliau pateiktoje diagramoje.

Užsienio ir šiuolaikinėje vidaus literatūroje, taip pat diagramose galite rasti kitą UGO atvaizdą KDPT, kaip parodyta ankstesniame paveikslėlyje, apskritimo su dviem kvadratais forma, kur apskritimas žymi inkarą, o du kvadratai - šepečiai.

Sujungimo schema ir reversas

Statoriaus ir rotoriaus apvijų sujungimo schema nustatoma gamybos metu ir, priklausomai nuo to, kur naudojamas konkretus variklis, reikia pasirinkti tinkamą sprendimą. Tam tikrais darbo režimais (pvz., stabdymo režimu) galima keisti apvijų perjungimo grandines arba įvesti papildomus elementus.

Apima mažos galios nuolatinės srovės šepečiu variklius, kuriuose naudojami: puslaidininkiniai jungikliai (tranzistoriai), perjungimo jungikliai arba mygtukai, specializuotos tvarkyklės mikroschemos arba naudojant mažą galią estafetė. Didelės galingos mašinos yra prijungtos prie nuolatinės srovės tinklo per dviejų polių kontaktoriai.

Žemiau matote grįžtamąją grandinę, skirtą nuolatinės srovės varikliui prijungti prie 220 V tinklo. Praktiškai gamyboje grandinė bus panaši, tačiau joje nebus diodinio tiltelio, nes viskas Tokių variklių prijungimo linijos nutiestos iš traukos pastočių, kuriose kintamoji srovė išsitiesina.

Atvirkščiai atliekami keičiant lauko apvijos arba armatūros poliškumą. Neįmanoma pakeisti poliškumo tiek ten, tiek ten, nes veleno sukimosi kryptis nepasikeis, kaip yra universalių kolektoriaus variklių atveju, kai jie veikia kintamąja srove.

Norint sklandžiai užvesti variklį, į armatūros apvijos maitinimo grandinę arba armatūros apviją ir sužadinimo apviją (priklausomai nuo jų prijungimo grandinės) įvedamas reguliavimo įtaisas, pavyzdžiui, reostatas, veleno greitis taip pat reguliuojamas taip pat, tačiau vietoj reostato dažniau naudojamas pastovių rezistorių rinkinys, prijungtas naudojant komplektą kontaktoriai.

Šiuolaikinėse programose greitis keičiamas naudojant impulsų pločio moduliaciją (PWM) ir puslaidininkinis raktas, būtent taip tai daroma naudojant belaidį elektrinį įrankį (atsuktuvą, pavyzdžiui). Šio metodo efektyvumas yra daug didesnis.

Taikymo sritis

Nuolatinės srovės kolektorių varikliai visur naudojami tiek kasdieniame gyvenime, tiek pramoniniuose įrenginiuose ir mechanizmuose, trumpai apsvarstykime jų taikymo sritį:

• Automobiliuose 12V ir 24V kolektoriai DCT naudojami valytuvams (valytuvams) varyti, langų pakėliuose, paleisti variklis (starteris yra šepetinis nuolatinės srovės variklis, nuoseklus arba mišrus sužadinimas) ir kitų pavarų Kelionės tikslas.
• Kėlimo mechanizmuose (kranuose, liftuose ir kt.) naudojami KDPT, kurie veikia nuolatinės srovės tinkle, kurio įtampa 220V arba bet kokia kita turima įtampa.
• Vaikų žaisluose ir mažos galios radijo bangomis valdomuose modeliuose naudojami KDPT su trijų polių rotoriumi ir nuolatiniais magnetais ant statoriaus.
• Rankiniame akumuliatoriniame elektriniame įrankyje - įvairūs grąžtai, šlifuokliai, elektriniai atsuktuvai ir kt.

Atkreipkite dėmesį, kad į šiuolaikinius brangius elektrinius įrankius montuojami ne kolektoriniai, o bešepetiniai elektros varikliai.

Privalumai ir trūkumai

Išanalizuokime nuolatinės srovės šlifuoto variklio privalumus ir trūkumus. Privalumai:

1. Matmenų ir galios santykis (svoris ir matmenys).
2. Lengva reguliuoti greitį ir įdiegti švelnų paleidimą.
3. Pradinis sukimo momentas.

KDPT trūkumai yra šie:

1. Šepečių susidėvėjimas. Labai apkrautus variklius, kurie yra reguliariai eksploatuojami, reikia reguliariai tikrinti, pakeisti šepečius ir prižiūrėti kolektoriaus agregatą.
2. Kolektorius susidėvi dėl šepečių trinties.
3. Galimas šepečių lankas, o tai riboja naudojimą pavojingose ​​vietose (tuomet naudojamas sprogimui atsparus KDPT).
4. Dėl nuolatinio apvijų perjungimo šio tipo nuolatinės srovės varikliai sukelia triukšmą ir iškraipymus maitinimo grandinėse. arba elektros tinklas, dėl kurio atsiranda kitų grandinės elementų veikimo sutrikimų ir problemų (ypač svarbių el. schemos).
5. Nuolatinės srovės varikliuose su nuolatiniais magnetais magnetinės jėgos laikui bėgant susilpnėja (išmagnetinamos) ir sumažėja variklio efektyvumas.

Taigi mes ištyrėme, kas yra kolektoriaus nuolatinės srovės variklis, kaip jis veikia ir koks jo veikimo principas. Jei turite klausimų, užduokite juos komentaruose po straipsniu!

Susijusios medžiagos:

• Kas yra anodas ir katodas
• Kaip veikia magnetinis starteris
• Kaip sumažinti įtampą tinkle
• Kas yra indukcinis variklis