Motor DC escovado: design e princípio de operação

Motores coletores são bastante comuns na vida cotidiana e no trabalho. Eles são usados ​​para conduzir vários mecanismos, ferramentas elétricas, em carros. Parte da popularidade se deve ao simples ajuste da velocidade do rotor, mas existem algumas limitações de uso e, claro, desvantagens. Vamos descobrir o que é um motor coletor DC (DCM), quais são os tipos deste tipo de motores elétricos e onde eles são usados.

Definição e dispositivo

Livros de referência e enciclopédias fornecem a seguinte definição:

“Um motor coletor é um motor elétrico no qual o sensor de posição do eixo e a chave de enrolamento são o mesmo dispositivo - o coletor. Esses motores podem operar apenas em corrente contínua ou em corrente contínua e alternada. "

O motor elétrico coletor, como qualquer outro, consiste em rotor e estator. Nesse caso, o rotor é a âncora. Lembre-se de que a armadura é a parte da máquina elétrica que consome a corrente principal e na qual a força eletromotriz é induzida.

Para que serve o coletor e como está organizado? O coletor está localizado no eixo (rotor), e é um conjunto de placas espaçadas longitudinalmente, isoladas do eixo e umas das outras. Eles são chamados de ripas. As torneiras das seções de enrolamento da armadura são conectadas às lamelas (você pode ver o dispositivo de enrolamento da armadura do KDPT em grupo de figuras abaixo), ou melhor, cada uma delas está conectada ao final da seção anterior e ao início da próxima seção enrolamentos.

A corrente é fornecida aos enrolamentos por meio das escovas. As escovas formam um contato deslizante e, durante a rotação do eixo, entram em contato com uma ou outra lamela. Assim, os enrolamentos da armadura são trocados, para isso é necessário um coletor.

O conjunto da escova consiste em um suporte com porta-escovas, e escovas de grafite ou metal-grafite são instaladas diretamente neles. Para garantir um bom contato, as escovas são pressionadas contra o coletor por molas.

Ímãs permanentes ou eletroímãs (enrolamento de campo) são instalados no estator, que criam um campo magnético do estator. Na literatura sobre máquinas elétricas, ao invés da palavra "estator", os termos "sistema magnético" ou "indutor" são freqüentemente usados. A figura abaixo mostra o desenho do DCT em diferentes projeções. Agora vamos descobrir como funciona um motor DC escovado!

Princípio de operação

Quando a corrente flui através do enrolamento da armadura, um campo magnético surge, a direção do qual pode ser determinada usando regras de verruma. O campo magnético constante do estator interage com o campo da armadura, e esta começa a girar devido ao fato de os pólos de mesmo nome serem repelidos, sendo atraídos para os opostos. O que está perfeitamente ilustrado na figura abaixo.

Quando as escovas se movem para outras lamelas, a corrente passa a fluir na direção oposta (se considerarmos o exemplo acima), os pólos magnéticos trocam de lugar e o processo se repete.

Nas máquinas coletoras modernas, o design bipolar não é usado devido à rotação irregular; no momento de mudar a direção da corrente, as forças que atuam na armadura serão mínimas. E se você ligar o motor, cujo eixo parou nesta posição de "transição", ele pode nem começar a girar. Portanto, há significativamente mais pólos e seções no coletor de um motor CC moderno. enrolamentos colocados nas ranhuras do núcleo laminado, alcançando assim suavidade de movimento e torque ideal no eixo.

O princípio de funcionamento do motor coletor em linguagem simples para manequins é divulgado no vídeo a seguir, recomendamos fortemente que você se familiarize.

Tipos KDPT e diagramas de conexão de enrolamento

De acordo com o método de excitação, os motores DC do coletor são diferenciados em dois tipos:

1. Com ímanes permanentes (motores de baixa potência com capacidade de dezenas e centenas de watts).
2. Com eletroímãs (máquinas potentes, por exemplo, em mecanismos de içamento e máquinas-ferramentas).

Existem esses tipos de KDPT de acordo com o método de conexão dos enrolamentos:

• Excitação sequencial (na antiga literatura russa e nos velhos eletricistas você pode ouvir o nome "Serial", do inglês. Serial). Aqui, o enrolamento de campo é conectado em série com o enrolamento da armadura. Um alto torque de partida é a vantagem de tal esquema, e sua desvantagem é a queda na velocidade com o aumento da carga no eixo (característica mecânica suave), e o fato de o motor correndo fora de controle (aumento descontrolado na velocidade com subsequente dano aos rolamentos de suporte e armadura) se eles estiverem em marcha lenta ou com uma carga no eixo em menos de 20-30% de nominal.
• Paralelo (também chamado de "shunt"). Consequentemente, o enrolamento de campo é conectado em paralelo com o enrolamento da armadura. Em baixas rotações no eixo, o torque é alto e estável em uma faixa relativamente ampla de rotações, e com o aumento das rotações ele diminui. A vantagem são rotações estáveis ​​em uma ampla faixa de carga no eixo (limitada por sua potência), e a desvantagem é que, se o circuito de excitação for interrompido, ele pode ficar maluco.
• Viciado. Os enrolamentos e armaduras de campo são alimentados por fontes diferentes. Esta solução permite controlar com mais precisão a velocidade do eixo. As características do trabalho são semelhantes ao DCT com excitação paralela.
• Misturado. Parte do enrolamento de campo é conectada em paralelo e parte em série com a armadura. Combine as vantagens dos tipos serial e paralelo.

Você pode ver a designação gráfica convencional no diagrama abaixo.

Na literatura estrangeira e nacional moderna, bem como nos diagramas, você pode encontrar outra representação do UGO para KDPT, conforme mostrado na figura anterior na forma de um círculo com dois quadrados, onde o círculo denota uma âncora, e dois quadrados - escovas.

Diagrama de conexão e reverso

O diagrama de conexão dos enrolamentos do estator e do rotor é determinado durante a fabricação e, dependendo de onde um determinado motor é utilizado, uma solução adequada deve ser escolhida. Em certos modos de operação (modo de frenagem, por exemplo), os circuitos de comutação do enrolamento podem ser alterados ou elementos adicionais introduzidos.

Inclui motores escovados DC de baixa potência usando: interruptores semicondutores (transistores), interruptores ou botões de alternância, microcircuitos de driver especializados ou usando baixa potência retransmissão. Máquinas grandes e poderosas são conectadas à rede DC por meio de dois pólos contatores.

Abaixo você vê um circuito reversível para conectar um motor DC a uma rede 220V. Na prática, na produção, o circuito será semelhante, mas não haverá ponte de diodos nele, pois tudo linhas para conectar tais motores são estabelecidas a partir de subestações de tração, onde a corrente alternada endireita-se.

O reverso é realizado alterando a polaridade no enrolamento de campo ou na armadura. É impossível alterar a polaridade tanto aqui como ali, uma vez que o sentido de rotação do eixo não muda, como é o caso dos motores de coletor universal quando operam em corrente alternada.

Para dar partida no motor suavemente, um dispositivo de ajuste é introduzido no circuito de alimentação do enrolamento da armadura ou do enrolamento da armadura e do enrolamento de excitação (dependendo do circuito de sua conexão), por exemplo, um reostato, a velocidade do eixo também é regulada da mesma maneira, mas em vez de um reostato, um conjunto de resistores constantes é usado com mais frequência, conectado por meio de um conjunto contatores.

Em aplicações modernas, a velocidade é alterada usando modulação por largura de pulso (PWM) e chave semicondutora, é exatamente assim que é feito em uma ferramenta elétrica sem fio (chave de fenda, por exemplo). A eficiência desse método é muito maior.

Âmbito de aplicação

Os motores coletores DC são usados ​​em todos os lugares, tanto na vida cotidiana quanto em dispositivos e mecanismos industriais, vamos considerar brevemente sua área de aplicação:

• Nos carros, DCTs coletores de 12V e 24V são usados ​​para acionar as escovas do limpador (limpadores), nos elevadores de janela, para iniciar motor (o motor de partida é um motor DC escovado em série ou excitação mista) e acionamentos de outros destino.
• Nos mecanismos de içamento (guindastes, elevadores, etc.) são utilizados os KDPT, que operam em rede de corrente contínua com tensão de 220V ou qualquer outra tensão disponível.
• Em brinquedos infantis e modelos de baixa potência controlados por rádio, são usados ​​KDPTs com rotor tripolar e ímãs permanentes no estator.
• Em uma ferramenta elétrica portátil sem fio - uma variedade de brocas, esmerilhadeiras, chaves de fenda elétricas, etc.

Observe que não são coletores, mas motores elétricos sem escova são instalados em ferramentas elétricas modernas e caras.

Vantagens e desvantagens

Vamos analisar os prós e os contras de um motor DC escovado. Vantagens:

1. A proporção entre dimensões e potência (peso e dimensões).
2. Fácil de ajustar a velocidade e implementar uma partida suave.
3. Torque inicial.

As desvantagens do KDPT são as seguintes:

1. Desgaste de escovas. Motores altamente carregados que são operados regularmente requerem inspeção regular, substituição de escovas e manutenção do conjunto manifold.
2. O coletor se desgasta com o atrito das escovas.
3. É possível fazer faíscas de escovas, o que limita o uso em locais perigosos (então o KDPT à prova de explosão é usado).
4. Devido ao chaveamento constante dos enrolamentos, este tipo de motor DC introduz ruído e distorção nos circuitos de alimentação. ou a rede elétrica, o que leva a mau funcionamento e problemas no funcionamento de outros elementos do circuito (especialmente importante para eletrônicos esquemas).
5. Em motores CC com ímãs permanentes, as forças magnéticas enfraquecem com o tempo (desmagnetizadas) e a eficiência do motor diminui.

Assim, examinamos o que é um motor DC de coletor, como funciona e qual é o seu princípio de operação. Se você tiver alguma dúvida, pergunte nos comentários abaixo do artigo!

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