Коллекторы электрических машин

Подробности

Категория: Электрические машины

• электродвигатель

В электрических машинах обычно применяют цилиндрические коллекторы, собранные из медных пластин 5 (рис. 1, а) клинообразного сечения, изолированных друг от друга прокладками 12. В пластинах с торцов выполняют выточки, которые придают им форму «ласточкина хвоста». Пластины от втулки 10 и нажимного кольца 3 изолируют манжетами 8, выполненными в виде колец конусной формы, и цилиндром 7.
Выточки должны быть такого размера, чтобы наружные поверхности манжет отделялись от пластин зазором 6. Благодаря этому конусные выступы на втулке и кольце при сближении их с помощью гайки 1 сжимают за «ласточкин хвост» пластины и прижимают их и прокладки друг к другу боковыми сторонами. Такое крепление пластин называется арочным.

В верхней части пластины со стороны якорной обмотки расположены петушки 9, которые представляют собой выступы с прорезями 11 для вкладывания проводников обмотки.

В средних и крупных машинах, в которых диаметр коллектора намного меньше диаметра якоря, для удобства соединения обмотки 14 (рис. 35, б) с коллектором и экономии коллекторной меди в пластины 5 впаивают ленточные петушки 13.
Коллектор является одной из наиболее сложных и трудоемких частей электрической машины. Набор пластин и изоляционных прокладок должен быть прочно закреплен. Наружная (рабочая) поверхность коллектора, по которой скользят щетки, должна иметь строго цилиндрическую форму. Коллекторные пластины должны быть надежно изолированы друг от друга и других металлических деталей коллектора. Пыль и влага не должны проникать во внутренние полости коллектора, недоел иные для осмотра и чистки. Поэтому в коллекторах с арочным распором на манжеты накладывают бандаж 4, закрывающий зазор 6.

Рис. 1. Коллектор с креплением нажимными кольцами и арочным распором (а) и пластина с ленточным петушком (б)

Рис. 2. Коллектор со стяжными шпильками:
1,4 — нажимные кольца, 2 — коллекторная пластина, 3 — шпилька, 5 — ступица, 6 — гайка

Бандаж предохраняет также выступающую часть манжеты от расслаивания. Контровка гайки коллектора осуществляется винтом 2 или другим способом.
Медь имеет больший коэффициент линейного расширения при нагреве (17-10 * град-1), чем сталь (12-10-6 град-1).

Кроме того, температура коллекторных пластин выше, чем температура стальной втулки, так как пластины нагреваются трением о них щеток и проходящим по ним током. Это приводит к тому, что в рабочем состоянии пластины удлиняются больше, чем втулка.
Температурные деформации могут привести к бочкообразному выгибу коллекторных пластин и нарушению контакта щетки с коллектором. Деформации особенно значительны в крупных коллекторах с большой длиной пластин. Поэтому в таких коллекторах «ласточкин хвост» стягивают с помощью податливых элементов: шпилек 3 (рис. 2) или гайкой через упругое пружинящее кольцо.

При удлинении пластин относительно тонкие шпильки растягиваются. Такая конструкция помогает сохранить цилиндричность рабочей поверхности коллектора. Шпильки рассчитывают таким образом, чтобы их деформация при удлинении происходила в пределах упругости материала. Появление в них остаточных деформаций при нагреве может привести к ослаблению коллектора при его остывании.

Рис. 3. Коллектор па пластмассе
В быстроходных машинах при значительной длине коллектора центробежные силы, действующие на пластины, настолько велики, что могут вызвать продавливание манжет, а сами пластины прогнутся. В таких .машинах применяют коллекторы с бандажными кольцами 4 (рис. 3), в которых комплект из медных 8 и изоляционных пластин насаживают на конусную втулку 5, изолированную миканитом 6. Кольца от пластин также изолируют миканитом 7. Втулка с натягом насажена на вал 1 только со стороны петушков, чтобы вал не препятствовал удлинению коллектора при нагреве.

Рис. 4. Коллектор с бандажными кольцами
В осевом направлении пластины на втулке закрепляют гайкой 2, давление от которой передается через металлическую 3 и изоляционную 9 шайбы. В крайних бандажных кольцах протачивают канавки в виде «ласточкина хвоста» для размещения балансировочных грузиков.
В малых и средних машинах применяют коллекторы на пластмассе. В таких коллекторах во внутреннее отверстие цилиндра из медных и изоляционных пластин впрессовывается пластмасса 3 (рис. 4), которая охватывает крепежные выступы пластин 4. Пластмасса в такой конструкции удерживает пластины при работе машины. Поэтому для коллекторов применяют пластмассы высокой прочности. В случае необходимости пластмассовый корпус упрочняют стальными кольцами 5. Чтобы кольца не вызывали замыкания между пластинами, изоляционные прокладки 2 делают таких размеров, при которых они выступали бы за контур медных пластин внутри корпуса. Для повышения надежности посадки на вал в пластмассе корпуса располагают втулку I. Применение пластмассы упрощает конструкцию и удешевляет изготовление коллектора.

В электрических машинах наряду с цилиндрическими иногда применяют дисковые коллекторы, у которых пластины располагают на торцовой поверхности диска.

• Назад
• Вперёд

org/BreadcrumbList»>
• Вы здесь:  
• Главная
• Оборудование
• Эл. машины
• Генераторы ДГФ

Еще по теме:

• Испытания по определению электрических величин электрических машин
• Основные повреждения электродвигателей
• Двигатели типа ДАБ
• Методы сушки электрических машин
• Автоматизация испытаний электрических машин

Коллекторный двигатель постоянного тока | Brushmotor

Преобразование электрического тока в механическое движение (вращение) осуществляется электромеханическим преобразователем энергии — электрической машиной. Принцип работы, которой, основан на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

Электрические машины делятся по видам преобразования энергии:

• Генератор — преобразует механическую энергию в электрическую и тепло;
• Электрический двигатель — преобразует электрическую энергию в механическую работу и тепло;
• Электромеханический преобразователь (трансформатор) — преобразуют электрическую энергию одного вида в электрическую энергию другого вида, отличающуюся по напряжению, частоте и другим параметрам;
• Электромагнитный тормоз — механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло.

В большинстве случаев электрическая машина состоит из двух элементов рис. 1;

• Ротор (якорь) — вращающаяся часть, состоит из обмотки якоря и коллекторного узла;
• Статор — неподвижная часть, состоит из источника магнитного поля. Постоянный магнит или электромагнит.

Рисунок 1. Основные узлы двигателя.

Между ротором и статором присутствует воздушный зазор, который служит их разделителем.

Электрические машины делятся на:

Коллекторные	Бесколлекторные
Постоянного тока	Синхронные
Универсальные	Асинхронные

Коллекторный электродвигатель — электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Щеточно-коллекторный узел — обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части двигателя. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору), рис. 2.

Рисунок 2. Коллекторно-щеточный узел

Обычно в маломощных моторах всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.

к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол.

В коллекторном электродвигателе щёточно-коллекторный узел одновременно выполняет две функции:

• является датчиком углового положения ротора (датчик угла) со скользящими контактами;
• переключателем направления тока со скользящими контактами в обмотках ротора в зависимости от углового положения ротора.

Щеточно-коллекторный узел является сам ненадежным элементом электрических машин, поскольку скользящие контакты интенсивно изнашиваются от трения.

Электродвигатели характеризуют два основных параметра — это скорость вращения вала (ротора) и момент вращения, развиваемый на валу. В общем плане оба этих параметра зависят от напряжения, подаваемого на двигатель и тока в его обмотках.

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Рисунок 3. Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Прямоугольная рамка (ротор), свободно вращающаяся вокруг своей оси, помещена между постоянными магнитами. Если через рамку пропустить ток, то на обе ее стороны начнут действовать электродинамические силы. Действие этих сил, приводит рамку в движение. Рамка будет двигаться до тех пор, пока не достигнет положения, когда щетки попадут на диэлектрический зазор между пластинами коллектора. Рамка по инерции проскочит это положение, направление тока в рамке поменяется на противоположное, но силы действующие на рамку не поменяют своего направления, и она продолжит свое вращение в том-же направлении.

Разновидности коллекторных двигателей постоянного тока:

Малой мощности (единицы Ватт), рабочее напряжение 3-9 В:

• трёхполюсной ротор на подшипниках скольжения;
• коллекторный узел из двух щёток — медных пластин;
• двухполюсной статор из постоянных магнитов.

Более мощные (десятки Ватт), рабочее напряжение 12–24 В:

• многополюсный ротор на подшипниках качения;
• коллекторный узел из двух или четырёх графитовых щёток;
• четырёхполюсный статор из постоянных магнитов.

Высокой мощности (сотни Ватт):

• Четырех полюсный статор из электромагнитов.

Подключение обмотки статора

Обмотки статора могут подключаться несколькими способами:

1. Последовательно с ротором (так называемое последовательное возбуждение, см. рис. 4

   Преимущество: большой максимальный момент;

   Недостаток: большие обороты холостого хода, способные повредить двигатель.

   Рисунок 4. Последовательное соединение.

2. Параллельно с ротором (параллельное возбуждение), см. рис. 5

   Преимущество: большая стабильность оборотов при изменении нагрузки;

   Недостаток: меньший максимальный момент.

   Рисунок 5. Параллельное соединение

3. Часть обмоток параллельно с ротором, часть последовательно (смешанное возбуждение), см. рис. 6.

   До некоторой степени совмещает достоинства предыдущих типов.

   Рисунок 6. Смешанное возбуждение

4. Отдельным источником питания (независимое возбуждение), см. рис. 7.

   Рисунок 7. Независимое возбуждение

Общие достоинства коллекторных двигателей постоянного тока — простота изготовления, эксплуатации и ремонта, достаточно большой ресурс.
К недостаткам можно отнести то, что эффективные конструкции (с большим КПД и малой массой) таких двигателей являются низкомоментыми и быстроходными (сотни и тысячи оборотов в минуту), поэтому для большинства приводов (кроме вентиляторов и насосов) необходимы редукторы.

Управление коллекторными двигателями постоянного тока.

Для работы двигателя достаточно подать на него напряжения питания постоянного тока. Проблемы начинают возникать, когда появляется необходимость в регулировке скорости вращения вала такого двигателя. Нужно учитывать, что при вращении на малых скоростях, крутящий момент на валу будет то же мал. Если требуются низкие скорости вращения, то применяются редуктора.

В коллекторных двигателях постоянного тока ярко выражен пусковой ток, который превышает номинальный в несколько раз (10-40 раз). Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки, (8).

Рисунок 8

Ioя — ток обмотки якоря;
U — напряжение питающей сети;
∑r — сопротивление обмоток якоря;

Как только двигатель начнет движение, то возникает противоЭДС — Епр. Обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость, формула 9.

Рисунок 9

Снижение пускового тока можно добится уменьшением напряжения питания или повышением сопротивления обмотки якоря. Для повышения сопротивления обмотки якоря применяется ввод дополнительного сопротивления Rд, формула (10).

Рисунок 10

Таким образом, можно добиться величины пускового тока, в нужном диапазоне, безопасном для двигателя. Добавочное сопротивление может быть как в виде реостата, так и в виде нескольких резисторов. Это нужно для того, чтобы в процессе запуска двигателя, менять сопротивление в якорной цепи.

Епр — противоэдс, зависит от конструкции двигателя, и оборотов, формула 11.

Рисунок 11

Ce — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет.
Ф — поток возбуждения. т.е. сила магнитного поля статора. В моторах, где она задается постоянным магнитом это тоже константа, а в двигателях с обмоткой возбуждения, этот параметр можно менять.
n — обороты якоря.
Зависимость момента M от тока и потока, формула 12.

Рисунок 12

См — конструктивная константа.

Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента.

Импульсный способ управления.

Следующий метод управления, как более перспективный, основан на применении широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Он, действительно, самый распространенный. К двигателю подводятся импульсы неизменного по амплитуде напряжения управления U у.ном, в результате чего его работа состоит из чередующихся периодов разгона и торможения, рис 13. Если эти периоды малы по сравнению с полным временем разгона и остановки ротора, то угловая скорость ротора не успевает к концу каждого периода достигать установившихся значений и установится некоторая средняя угловая скорость. Значение при неизменных моменте нагрузки и напряжении возбуждения однозначно определяется относительной продолжительностью импульсов ε

Рисунок 13

tи — длительность импульса;
Ти — период.

С увеличением относительной продолжительности импульсов угловая скорость ротора растет (ωср>ωср).В период паузы tп ротор обязательно должен тормозиться. Если это условие не будет выполняться, то угловая скорость ротора при любом значении ω будет непрерывно увеличиваться, пока не достигнет значения угловой скорости х. х., так как во время импульса угловая скорость будет возрастать, а во время паузы — оставаться практически неизменной.
С ростом частоты управляющих импульсов амплитуда колебаний скорости уменьшается; среднее значение угловой скорости остается при этом неизменным.

Литература

1. Щёточно-коллекторный узел
2. Электрическая машина
3. Коллекторный электродвигатель
4. Электрические машины
5. Двигатель постоянного тока
6. Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока
7. Управление коллекторными электродвигателями постоянного тока
8. Управление двигателями постоянного тока

Ротор и коллектор электродвигателя/обмотка якоря/коллектор якоря электродвигателя

Большинство бытовых швейных машин, даже некоторые промышленные, используют электродвигатели со щетками, их еще называют коллекторными электродвигателями. Электродвигатели также используются во всех ручных электроинструментах (дрели, шлифовальные машины, фрезерные станки, ручные пилы, лобзики и т. д.). У коллекторных электродвигателей чаще всего проблемы и отказы возникают на роторе, реже на статоре. Самая чувствительная часть, так сказать, это… 

коллектор ротора. Сам коллектор имеет цилиндрическую форму и множество различных размеров, в основном это зависит от мощности двигателя, его предполагаемой скорости, нагрузки и т. д. На коллектор опираются так называемые щетки, они сделаны из графита, который является отличным проводником, не очень жесткий и хорошо переносит температуру, которая создается на коллекторе. Коллектор и щетки подвержены износу, эта проблема связана с качеством электродвигателя, а также коллектора, долговечностью использования машины (аппарата или электроинструмента). Коллектор состоит из большего или меньшего…

количество медных пластин (ламелей), которые отделены друг от друга изоляционным материалом. Основным признаком того, что с коллектором что-то не так, является появление крупных искр с разлетом искр по краю коллектора, при появлении которых необходимо остановить машину и прекратить дальнейшие работы. Работа в таких условиях может навсегда и необратимо разрушить ротор и, таким образом, избавить вас от ненужного обслуживания и ремонта, которые хорошо знают специалисты по обслуживанию. Наша сегодняшняя тема — осмотр коллектора, замена щеток и окончательная его регулировка.

Ротор на ручном инструменте обычно установлен на двух роликовых подшипниках, тогда как на двигателях бытовых швейных машин подшипники обычно скользящего типа, то есть сами втулки, вал ротора также являются частью подшипников скольжения. Наш сегодняшний пример — электродвигатель швейной машины Pfaff 1222, в процессе одна реставрация, поэтому воспользовался случаем сделать несколько, надеюсь, интересных фото. Двигатель работает, но одна дополнительная чистка коллектора ему не помешает.

Итак имеем ситуацию, когда двигатель сильно греется, искры на коллекторе, необходимо собрать двигатель из прибора или станка, разобрать двигатель настолько, чтобы можно было полностью построить ротор. Щетки необходимо осмотреть в первую очередь, как правило, если двигатель работает плохо, а кончики щеток неровные и не такие гладкие, как в обычных ситуациях. Обычно они изношены (укорочены) и нуждаются в замене на новые. Теперь берем ротор и чистим хлопчатобумажной тканью в комплекте, возможно хорошо пропылесосьте сжатым воздухом. Осмотр хорошо делать под лупой, если она у вас есть, расстояние между рейками должно быть одинаковым, появление большего расстояния между…

отдельные ламели — плохой признак и обычно такому ротору ничем не помочь. Если поверхность коллектора частично повреждена, ее необходимо выровнять. Швейные машины имеют сравнительно небольшие двигатели и обработку коллектора можно производить на обычной дрели, которая закрепляется на специальном держателе (см. рисунок), можно и без него, но это намного сложнее. При заданном диаметре коллектор был лишь частично засален и загрязнен, особых вмятин не было. Старые щетки могут изнашивать лопасти коллектора и при установке новых их подгонка не будет хорошей, из-за чего коллектор необходимо выровнять. Для этого нам понадобятся: маленький тонкий напильник, защитная креп-лента и мелкая наждачная бумага.

Мы защищаем обмотки вокруг коллектора и концы крепированной лентой, чтобы они не были повреждены. На более длинных роторах требуется фиксация с обеих сторон, в данном случае это более короткий ротор и в этом нет необходимости. Включите дрель, но уменьшите ее скорость до минимума с помощью регулятора на переключателе, запустите дрель и тонким напильником слегка снимите поверхность коллектора, перемещение напильника такое же, как и при стоячих предметах, без надобности сильно не нажимайте. Поверхность вскоре начнет выравниваться. Глубина съема коллектора достаточно вариабельна, обычно достаточно около 0,1 мм, а на более крупных моторах (электростартер 12/24В) можно снимать до 0,5 мм и даже больше.

В основном на двигателях швейных машин обычно до 0,15 мм. Как только заметим, что вся поверхность чистая, останавливаемся с напильником и берем мелкую наждачку, скажем тонкости нет. 500, может какая-то меньшая крупность, повторить пару раз. Окончательную полировку можно сделать куском более прочного войлока или мягкой кожи, так же зачищаем концы вала ротора, но с добавлением немного масла. В случае очистки штифтов целью является не истончение, а только восстановление эмали подшипника.

После всего собрать мотор, так как подшипники скользящего типа, не забыть про втулки и добавить немного специальной подшипниковой смазки во втулки скольжения, наконец вернуть щетки и запустить мотор (машину). Вначале возможно искрообразование, но кратковременно, в том случае, если даже после данного вмешательства коллектор сильно искрит и создает высокую температуру, ротор подлежит ремонту (намотке). Есть также небольшие устройства, которые могут проверить правильность работы ротора, некоторые электрики их делают, ничего особенного, но вполне эффективное.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Опасность поражения электрическим током !! Поскольку это устройства, которые обычно находятся под напряжением 110-220 В, не обходите это, если вы не уверены на 100% в своих знаниях. !!

Так как на наш сайт заходят мастера всех профилей, спрошу электромехаников: Нет ли ошибки в вышеприведенном посте, надо ли ее исправить? ☺

Щеточный двигатель постоянного тока: конструкция и принцип действия

Коллекторные двигатели довольно распространены в быту и на производстве. Их используют для привода различных механизмов, электроинструментов, в автомобилях. Отчасти популярность обусловлена ​​простой регулировкой скорости вращения ротора, но есть некоторые ограничения их использования и, конечно же, недостатки. Давайте рассмотрим, что такое коллекторный двигатель постоянного тока (КДТТ), какие существуют разновидности этого типа электродвигателя и где они применяются.

• Определение и устройство
• Принцип работы
• Типы КДПТ и схемы соединения обмоток
• Схема подключения и обратная сторона
• Область применения
• Преимущества и недостатки

Определение и устройство

В справочниках и энциклопедиях приводят такое определение:

«Коллекторным двигателем называется электродвигатель, у которого датчик положения вала и переключатель обмоток являются одним и тем же устройством — коллекторным. «Такие двигатели могут работать либо только на постоянном токе, либо на постоянном и переменном токе».

Коллекторный двигатель, как и любой другой, состоит из ротора и статора. В этом случае ротор является якорем. Напомним, что якорь – это часть электрической машины, потребляющая основной ток, и в которой индуцируется электродвижущая сила.

Зачем нужен и как устроен коллектор? Коллектор расположен на валу (роторе) и представляет собой набор продольно расположенных пластин, изолированных от вала и друг от друга. Их называют ламелями. Отводы секций обмоток якоря соединяются с ламелями (устройство якорной обмотки КДПТ можно увидеть на группе рисунков ниже), а точнее, конец предыдущей и начало следующей секции обмотки соединяются с каждый из них.

Ток подается на обмотки через щетки. Щетки образуют скользящий контакт и при вращении вала соприкасаются то с одной, то с другой пластиной. Таким образом коммутируются обмотки якоря, для этого и нужен коллектор.

Щеточный узел состоит из кронштейна со щеткодержателями, непосредственно в них устанавливаются графитовые или металлографитовые щетки. Для обеспечения хорошего контакта щетки прижаты к коллектору пружинами.

На статоре (обмотке возбуждения) устанавливаются постоянные магниты или электромагниты, которые создают статорное магнитное поле. В литературе по электрическим машинам вместо слова «статор» чаще употребляются термины «магнитная система» или «индуктор». На рисунке ниже показана конструкция ДПТ в разных проекциях. Теперь давайте посмотрим, как работает коллекторный двигатель постоянного тока!

Принцип действия

При протекании тока по обмотке якоря возникает магнитное поле, направление которого можно определить с помощью правил буравчика. Постоянное магнитное поле статора взаимодействует с полем якоря, и он начинает вращаться за счет того, что одноименные полюса отталкиваются, притягиваясь к разноименным. Что прекрасно иллюстрирует рисунок ниже.

При переключении щеток на другие ламели ток начинает течь в обратном направлении (если рассматривать приведенный выше пример), магнитные полюса меняются местами и процесс повторяется.

В современных коллекторных машинах двухполюсную конструкцию не применяют из-за неравномерности вращения, в момент переключения направления тока силы, действующие на якорь, будут минимальными. А если включить двигатель, вал которого остановился в этом «переходном» положении — он может вообще не начать вращаться. Поэтому коллектор современного двигателя постоянного тока имеет значительно больше полюсов и секций обмоток, укладываемых в пазы футерованного сердечника, чем достигается оптимальная плавность хода и крутящий момент на валу.

Принцип работы коллекторного двигателя простым языком для чайников раскрыт в следующем видео, настоятельно рекомендуем его прочитать.

Типы КДПТ и схемы соединения обмоток

По способу возбуждения коллекторные двигатели постоянного тока бывают двух типов:

1. С постоянными магнитами (маломощные двигатели мощностью десятки и сотни ватт).
2. С электромагнитами (мощные машины, например, на грузоподъемных механизмах и станках).

Различают такие виды КДТТ по способу соединения обмоток:

• Последовательного возбуждения (в старой русской литературе и от старых электриков можно услышать название «Последовательный», от англ. Serial). Здесь обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря. Преимуществом такой схемы является высокий пусковой момент, а недостатком — падение частоты вращения при увеличении нагрузки на вал (мягкая механическая характеристика), и то, что двигатель буксует (неконтролируемое увеличение оборотов с последующим выходом из строя к подпятникам и якорю) на холостом ходу или при нагрузке на вал менее 20-30% от номинальной.
• Параллельный (также называемый «шунт»). Соответственно, обмотка возбуждения подключается параллельно обмотке якоря. При малых скоростях на валу крутящий момент высок и стабилен в относительно широком диапазоне оборотов, а при увеличении оборотов снижается. Преимуществом являются стабильные обороты в широком диапазоне нагрузки на вал (ограниченной его мощностью), а недостатком — при обрыве цепи в цепи возбуждения она может выйти из строя.
• Зависимый. Обмотки возбуждения и якоря питаются от разных источников. Такое решение позволяет более точно контролировать скорость вращения вала. Особенности работы аналогичны ДПТ с параллельным возбуждением.
• Смешанный. Часть обмотки возбуждения включена параллельно, а часть последовательно с якорем. Объедините преимущества последовательного и параллельного типов.

Графический символ на схеме вы видите ниже.

В зарубежной и современной отечественной литературе, а также на схемах можно встретить и другое представление УГО для КДТ, как это было показано на предыдущем рисунке в виде круга с двумя квадратами, где круг обозначает якорь и два квадрата представляют кисти.

Схема соединения и реверс

Схема соединения обмоток статора и ротора определяется при изготовлении, и, в зависимости от того, где используется конкретный двигатель, нужно выбрать соответствующее решение. В некоторых режимах работы (например, в режиме торможения) схемы включения обмоток могут быть изменены или введены дополнительные элементы.

К ним относятся маломощные коллекторные двигатели постоянного тока с использованием: полупроводниковых ключей (транзисторов), тумблеров или кнопок, специализированных драйверных микросхем или с применением маломощных реле. Большие мощные машины подключаются к сети постоянного тока через двухполюсные контакторы.

Ниже вы видите обратную схему подключения двигателя постоянного тока к сети 220В. На практике схема будет аналогична в производстве, но диодного моста в ней не будет, так как все линии подключения таких двигателей проложены от тяговых подстанций, где переменный ток выпрямляется.

Реверс осуществляется изменением полярности на обмотке возбуждения или на якоре. Нельзя менять полярность и там, и там, так как направление вращения вала не изменится, как это бывает у универсальных коллекторных двигателей при работе на переменном токе.

Для плавного пуска двигателя в цепь питания обмотки якоря или обмотки якоря и обмотки возбуждения (в зависимости от схемы их соединения) вводят регулировочное устройство, например реостат, но вал точно так же регулируют скорость, но вместо реостата часто используют набор постоянных резисторов, соединенных с помощью набора контакторов.

В современных приложениях изменение скорости вращения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и полупроводникового ключа, что и сделано в аккумуляторном электроинструменте (например, отвертке). Эффективность этого метода намного выше.

Область применения

Щёточные электродвигатели постоянного тока применяются повсеместно как в быту, так и в промышленных устройствах и механизмах, кратко рассмотрим область их применения: дворников), в стеклоподъемниках, для запуска двигателя (стартер представляет собой коллекторный двигатель постоянного или смешанного возбуждения) и других приводов.

В грузоподъемных механизмах (кранах, подъемниках и т. п.) применяются КДПТ, которые работают от сети постоянного тока напряжением 220В или любым другим доступным напряжением.

В детских игрушках и маломощных радиоуправляемых моделях используются КДТТ с трехполюсным ротором и постоянными магнитами на статоре.

В ручной аккумуляторный электроинструмент — различные дрели, шлифовальные машины, электрошуруповерты и т.п.

Обратите внимание, что в современном дорогом электроинструменте устанавливаются бесколлекторные двигатели, но бесколлекторные.

Преимущества и недостатки

Проанализируем плюсы и минусы коллекторного двигателя постоянного тока. Преимущества:

1. Отношение габаритов к мощности (весовые и габаритные показатели).
2. Простота регулировки оборотов и реализация плавного пуска.
3. Пусковой момент.

К недостаткам КДПТ относятся:

1. Износ щеток. Высоконагруженные двигатели, которые регулярно эксплуатируются, требуют регулярного осмотра, замены щеток и обслуживания коллектора в сборе.
2. Коллектор изнашивается из-за трения щеток.
3. Возможно искрение щеток, что ограничивает применение во взрывоопасных местах (тогда используйте КДТТ во взрывозащищенном исполнении).
4. Из-за постоянного переключения обмоток этот тип двигателя постоянного тока вносит помехи и искажения в цепь питания или сеть, что приводит к сбоям в работе и проблемам в работе других элементов схемы (особенно актуально для электронных схем).
5. В магнитах с постоянными магнитами магнитные силы со временем ослабевают (размагничиваются), и КПД двигателя снижается.

Итак, мы рассмотрели, что такое щеточный двигатель постоянного тока, как он устроен и каков его принцип работы. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Сопутствующие материалы:

• Что такое анод и катод
• Как работает магнитный пускатель
• Как понизить напряжение
• Что такое асинхронный двигатель

Опубликовано: 05.