Jednosmerný kartáčovaný motor: konštrukcia a princíp činnosti

Kolektorové motory sú celkom bežné v každodennom živote av práci. Používajú sa na pohon rôznych mechanizmov, elektrického náradia, v autách. Časť popularity je spôsobená jednoduchým nastavením otáčok rotora, ale existujú určité obmedzenia ich použitia a samozrejme aj nevýhody. Poďme zistiť, čo je jednosmerný kolektorový motor (DCM), aké typy tohto typu elektromotorov sú a kde sa používajú.

Definícia a zariadenie

Referenčné knihy a encyklopédie uvádzajú nasledujúcu definíciu:

„Kolektorový motor je elektromotor, v ktorom sú snímač polohy hriadeľa a spínač vinutia to isté zariadenie - kolektor. Takéto motory môžu pracovať buď iba na jednosmerný prúd, alebo na jednosmerný aj striedavý prúd.

Elektromotor kolektora, ako každý iný, pozostáva z rotor a stator. V tomto prípade je kotvou rotor. Pripomeňme, že kotva je časť elektrického stroja, ktorá spotrebúva hlavný prúd a v ktorej sa indukuje elektromotorická sila.

Na čo slúži zberač a ako je usporiadaný? Kolektor je umiestnený na hriadeli (rotore) a je to súbor pozdĺžne rozmiestnených dosiek, izolovaných od hriadeľa a od seba navzájom. Nazývajú sa lamely. Odbočky sekcií vinutia kotvy sú pripojené k lamelám (zariadenie vinutia kotvy KDPT môžete vidieť na skupina obrázkov nižšie), alebo skôr každá z nich je spojená s koncom predchádzajúcej a začiatkom nasledujúcej časti vinutia.

Prúd sa dodáva do vinutí cez kefy. Kefy tvoria klzný kontakt a pri otáčaní hriadeľa sa dostávajú do kontaktu s jednou alebo druhou lamelou. Vinutia kotvy sú teda spínané, na to je potrebný kolektor.

Zostava kefy pozostáva z držiaka s držiakmi kefiek a priamo v nich sú inštalované grafitové alebo kov-grafitové kefy. Na zabezpečenie dobrého kontaktu sú kefy pritlačené ku kolektoru pružinami.

Na stator sú inštalované permanentné magnety alebo elektromagnety (vinutie poľa), ktoré vytvárajú magnetické pole statora. V literatúre o elektrických strojoch sa namiesto slova "stator" často používajú výrazy "magnetický systém" alebo "induktor". Na obrázku nižšie je znázornený dizajn DCT v rôznych projekciách. Teraz poďme zistiť, ako funguje kartáčovaný jednosmerný motor!

Princíp fungovania

Keď prúd preteká vinutím kotvy, vzniká magnetické pole, ktorého smer je možné určiť pomocou pravidlá gimletu. Konštantné magnetické pole statora interaguje s poľom kotvy a začína sa otáčať v dôsledku skutočnosti, že póly rovnakého mena sú odpudzované a priťahované k opačným. Čo je dokonale znázornené na obrázku nižšie.

Keď sa kefky presunú na iné lamely, prúd začne prúdiť opačným smerom (ak vezmeme do úvahy vyššie uvedený príklad), magnetické póly vymenia miesta a proces sa opakuje.

V moderných kolektorových strojoch sa nepoužíva dvojpólová konštrukcia z dôvodu nerovnomerného otáčania, v momente prepínania smeru prúdu budú sily pôsobiace na kotvu minimálne. A ak zapnete motor, ktorého hriadeľ sa zastavil v tejto "prechodnej" polohe, nemusí sa začať otáčať vôbec. Preto je na kolektore moderného jednosmerného motora podstatne viac pólov a sekcií. vinutia uložené v drážkach laminovaného jadra, čím sa dosiahne optimálna plynulosť pohybu a krútiaceho momentu na hriadeli.

Princíp činnosti motora kolektora v jednoduchom jazyku pre figuríny je uvedený v nasledujúcom videu, dôrazne vám odporúčame, aby ste sa oboznámili.

Typy KDPT a schémy zapojenia vinutia

Podľa spôsobu budenia sa kolektorové jednosmerné motory rozlišujú na dva typy:

1. S permanentnými magnetmi (motory s nízkym výkonom s kapacitou desiatok a stoviek wattov).
2. S elektromagnetmi (výkonné stroje, napr. na zdvíhacích mechanizmoch a obrábacích strojoch).

Podľa spôsobu pripojenia vinutí existujú také typy KDPT:

• Sekvenčné budenie (v starej ruskej literatúre a od starých elektrikárov môžete počuť názov „Serial“, z angličtiny. sériové). Tu je budiace vinutie zapojené do série s vinutím kotvy. Výhodou takejto schémy je vysoký štartovací krútiaci moment a jej nevýhodou je pokles otáčok so zvýšením zaťaženia hriadeľa (mäkká mechanická charakteristika) a skutočnosť, že motor nekontrolovateľný chod (nekontrolovaný nárast otáčok s následným poškodením nosných ložísk a kotvy), ak bežia naprázdno alebo pri zaťažení hriadeľa menej ako 20-30% nominálny.
• Paralelný (tiež nazývaný "shunt"). V súlade s tým je budiace vinutie zapojené paralelne s vinutím kotvy. V nízkych otáčkach na hriadeli je krútiaci moment vysoký a stabilný v pomerne širokom rozsahu otáčok a s pribúdajúcimi otáčkami klesá. Výhodou sú stabilné otáčky v širokom rozsahu zaťaženia hriadeľa (obmedzené jeho výkonom) a nevýhodou, že pri prerušení budiaceho obvodu sa môže zrútiť.
• Závislý. Poľné vinutia a kotvy sú napájané z rôznych zdrojov. Toto riešenie umožňuje presnejšie regulovať otáčky hriadeľa. Vlastnosti práce sú podobné DCT s paralelným budením.
• Zmiešané. Časť budiaceho vinutia je zapojená paralelne a časť sériovo s kotvou. Skombinujte výhody sériových a paralelných typov.

Konvenčné grafické označenie môžete vidieť na obrázku nižšie.

V zahraničnej a modernej domácej literatúre, ako aj na schémach možno nájsť ďalšie znázornenie UGO pre KDPT, ako je znázornené na predchádzajúcom obrázku vo forme kruhu s dvoma štvorcami, kde kruh označuje kotvu, a dvoch štvorcov - kefy.

Schéma zapojenia a spätný chod

Schéma zapojenia vinutia statora a rotora sa určuje pri výrobe a v závislosti od toho, kde sa konkrétny motor používa, je potrebné zvoliť vhodné riešenie. V určitých prevádzkových režimoch (napríklad brzdový režim) je možné zmeniť spínacie obvody vinutia alebo zaviesť ďalšie prvky.

Obsahuje nízkoenergetické jednosmerné kartáčované motory využívajúce: polovodičové spínače (tranzistory), prepínačmi alebo tlačidlami, špecializovanými mikroobvodmi ovládača alebo pomocou nízkeho výkonu relé. Veľké výkonné stroje sú pripojené k jednosmernej sieti cez dvojpól stykače.

Nižšie vidíte reverzibilný obvod na pripojenie jednosmerného motora k sieti 220V. V praxi vo výrobe bude obvod podobný, ale nebude v ňom žiadny diódový mostík, keďže všetko vedenia na pripojenie takýchto motorov sú položené z trakčných napájacích staníc, kde je striedavý prúd narovná sa.

Opačný postup sa vykonáva zmenou polarity na budiacom vinutí alebo na kotve. Nie je možné zmeniť polaritu tam aj tam, pretože smer otáčania hriadeľa sa nezmení, ako je to v prípade univerzálnych kolektorových motorov pri prevádzke na striedavý prúd.

Na hladké spustenie motora sa do napájacieho obvodu vinutia kotvy alebo vinutia kotvy a budiaceho vinutia zavedie nastavovacie zariadenie (v závislosti od obvodu ich pripojenia), napríklad reostat, frekvencia otáčania hriadeľa je tiež regulovaná rovnakým spôsobom, ale namiesto reostatu sa častejšie používa sada konštantných odporov spojených pomocou súpravy stykače.

V moderných aplikáciách sa rýchlosť mení pomocou modulácie šírky impulzov (PWM) a polovodičový kľúč, presne takto sa to robí v akumulátorovom elektrickom náradí (skrutkovač, napríklad). Účinnosť tejto metódy je oveľa vyššia.

Pôsobnosť

Jednosmerné kolektorové motory sa používajú všade v každodennom živote aj v priemyselných zariadeniach a mechanizmoch, stručne zvážime oblasť ich použitia:

• V automobiloch sa 12V a 24V kolektorové DCT používajú na pohon stieracích líšt (stieračov), v zdvíhačoch okien, na spustenie motor (štartér je kartáčovaný jednosmerný motor sériového alebo zmiešaného budenia) a pohony iných destinácia.
• V zdvíhacích mechanizmoch (žeriavy, výťahy atď.) sa používajú KDPT, ktoré pracujú na jednosmernej sieti s napätím 220V alebo iným dostupným napätím.
• V detských hračkách a nízkoenergetických rádiom riadených modeloch sa používajú KDPT s trojpólovým rotorom a permanentnými magnetmi na statore.
• V ručnom akumulátorovom elektrickom náradí - rôzne vŕtačky, brúsky, elektrické skrutkovače atď.

Všimnite si, že v modernom drahom elektrickom náradí nie sú inštalované kolektory, ale bezkomutátorové elektromotory.

Výhody a nevýhody

Poďme analyzovať výhody a nevýhody jednosmerného kartáčovaného motora. Výhody:

1. Pomer rozmerov k výkonu (hmotnosť a rozmery).
2. Jednoduché nastavenie rýchlosti a implementácia mäkkého štartu.
3. Štartovací moment.

Nevýhody KDPT sú nasledovné:

1. Opotrebenie štetcov. Vysoko zaťažené motory, ktoré sú pravidelne prevádzkované, vyžadujú pravidelnú kontrolu, výmenu kief a údržbu zostavy rozdeľovača.
2. Zberač sa opotrebováva v dôsledku trenia kief.
3. Je možné iskrenie kief, čo obmedzuje použitie na nebezpečných miestach (vtedy sa používa nevýbušný KDPT).
4. V dôsledku neustáleho prepínania vinutí tento typ jednosmerného motora vnáša do napájacích obvodov šum a skreslenie. alebo elektrickej siete, čo vedie k poruchám a problémom pri prevádzke iných prvkov obvodu (dôležité najmä pre elektroniku schémy).
5. V jednosmerných motoroch s permanentnými magnetmi sa magnetické sily časom oslabujú (demagnetizujú) a účinnosť motora klesá.

Takže sme skúmali, čo je kolektorový jednosmerný motor, ako funguje a aký je jeho princíp činnosti. Ak máte nejaké otázky, opýtajte sa ich v komentároch pod článkom!

Súvisiace materiály:

• Čo je anóda a katóda
• Ako funguje magnetický štartér
• Ako znížiť napätie v sieti
• Čo je indukčný motor