§ 24.2. Устройство коллекторной машины постоянного тока

В настоящее время электромашиностроительные заводы изго­товляют электрические машины постоянного тока, предназначен­ные для работы в самых различных отраслях промышленности, поэтому отдельные узлы этих машин могут иметь разную конст­рукцию, но общая конструктивная схема машин одинакова. Не­подвижная часть машины постоянного тока называется статором,

Рис. 24.4. Устройство машины постоянного тока

вращающаяся часть — якорем (рис. 24.4).

Статор. Состоит из станины 6 и главных полюсов 4. Ста­нина 6 служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали — ма­териала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части станины имеются лапы11 для крепления машины к фундаментной плите, а по окружности станины расположены отверстия для крепления сердечников главных полюсов

4. Обычно станину делают цельной из стальной трубы, либо сварной из листовой стали, за исключе­нием машин с весьма большим наружным диаметром, у которых станину делают разъемной, что облегчает транспортировку и мон­таж машины.

Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс состоит изсердеч­ника 6 и полюсной катушки 5. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет полюсный наконечник, который обеспе­чивает необходимое распределение магнитной индукции в зазоре машины.Сердечники главных полюсов делают шихтованными из листовой конструкционной стали толщиной 1—2 мм или из тон­колистовой электротехнической анизотропной холоднокатаной стали, например марки 3411. Штампованные пластины главных полюсов специально не изолируют, так как тонкая пленка окисла на их поверхности достаточна для значительного ослабления вих­ревых токов, наведенных в полюсных наконечниках пульсациями магнитного потока, вызванного зубчатостью сердечника якоря.

Анизотропная сталь обладает повышенной магнитной проницае­мостью вдоль проката, что должно учитываться при штамповкепластин и их сборке в пакет. Пониженная магнитная проницае­мость поперек проката способствует ослаблению реакции якоря (см. § 26.2) и уменьшению потока рассеяния главных и добавоч­ных полюсов (см. § 26.1).

В машинах постоянного тока небольшой мощности полюсные катушки делают бескаркасными — намоткой медного обмоточно­го провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку (рис. 24.5, а). В боль­шинстве машин (мощностью 1 кВт и более) полюсную катушкуделают каркасной: обмоточный провод наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса(рис. 24.5, б). В некоторых конструкциях машин полюсную ка­тушку для более интенсивного охлаждения разделяют по высоте на части, между которыми оставляют вентиляционные каналы.

Якорь. Якорь машины постоянного тока (рис. 24.4) состоит из вала 10, сердечника 3 с обмоткой и коллектора 7. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штам­пованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Лис­ты покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Готовый сердечник напрессовывают на вал якоря. Такая конст­рукция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря.

Обмотку выполняют медным проводом круглого или пря­моугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). В некоторых машинах пазы не закрывают клиньями, а накладывают на поверхность якоря бандаж. Бандаж делают из проволоки или стеклоленты с предварительным натягом. Лобовые части9 обмотки якоря крепят к обмоткодержателям бандажом.

Рис. 24.5. Главные полюсы с бескаркасной (а) и каркасной (б) по­люсными катушками:

1 — станина, 2 — сердечник полюса, 3 — полюсная катушка

Коллектор 1 является одним из сложных узлов машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, соб­ранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндриче­скую форму. В зависимости от способа закрепления коллекторныхпластин различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами и на пластмассе. На рис. 24.6, а показано устройство коллектора со стальными конусными шайбами. Ниж­няя часть коллекторных пластин

6 имеет форму «ласточкина хво­ста». После сборки коллектора эти части пластин оказываются за­жатыми между стальными шайбами 1 и 3, изолированными от медных пластин миканитовыми манжетами 4. Конусные шайбы стянуты винтами2. Между медными пластинами расположенымиканитовые изоляционные прокладки. В процессе работы машины рабочая поверхность коллектора постепенно истирается щет­ками. Чтобы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью коллектора, что вызвало бы вибрацию щеток и нарушение работы машины, между коллекторными пласти­нами фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рис. 24.6, б). Верхняя часть5 коллекторных пластин (см. рис. 24.6,а), называе­мая петушком, имеет узкий продольный паз, в который заклады­вают проводники обмотки якоря и тщательно припаивают.

Рис. 24.6 Устройство коллектора с конусными шайбами

В машинах постоянного тока малой мощности часто приме­няют коллекторы на пластмассе, отличающиеся простотой в из­готовлении. Набор медных и миканитовых пластин в таком кол­лекторе удерживается пластмассой, запрессованной в пространст­во между набором пластин и стальной втулкой

4 и образующей корпус коллектора. Иногда с целью увеличения прочности коллек­тора эту пластмассу 2 армируют стальными кольцами 3 (рис. 24.7). В этом случае миканитовые прокладки должны иметь размеры большие, чем у медных пластин1, что исключит замыкание пла­стин стальными (армирующими) кольцами3.

Электрический контакт с коллектором осуществляется по­средством щеток, располагаемых в щеткодержателях 4 (см. рис. 24.4).

Щеткодержатель (рис. 24.8) состоит из обоймы

4, в которую помещают щетку 3, курка 1, представляющего собой откидную деталь, передающую давление пружины2на щетку. Щеткодержа­тель крепят на пальце зажимом 5. Щетка снабжается гибким тро­сиком 6 для включения ее в электрическую цепь машины. Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой сбор­ными шинами, подключенными к выводам машины. Одно из ос­новных условий бесперебойной работы машины — плотный и на­дежный контакт между щеткой и коллектором. Давление на щеткудолжно быть отрегулировано, так как чрезмерный нажим может вызвать преждевременный износ щетки и перегрев коллектора, а недостаточный нажим — искрение на коллекторе.

Рис. 24.7. Устройство коллектора на пластмассе

Рис. 24.8. Щеткодержатель (сдвоенный)

машины постоянного тока

Помимо указанных частей машина постоянного тока имеет два подшипниковых щита: передний12 (со стороны коллектора) изадний 7 (см. рис. 24.4). В центральной части щита имеется рас­точка под подшипник. На переднем подшипниковом щите име­ется смотровое окно (люк) с крышкой, через которое можно осмотреть коллектор и щетки, не разбирая машины. Концы обмоток выведены на зажимы коробки выводов. Вентилятор

8 служит для самовентиляции машины: воздух поступает в машину обычно со стороны коллектора, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выбрасывается с противоположной стороны черезрешетку.

Из рассмотрения принципа действия и устройства коллектор­ной машины постоянного тока следует, что непременным элемен­том этой машины, включенным между обмоткой якоря и внешнейсетью, является щеточно-коллекторный узел — механический преобразователь рода тока. Таким образом, коллекторные машинысложнее бесколлекторных машин переменного тока (асинхронной и синхронной) и, следовательно, уступают им (особенно асин­хронной машине) в надежности и имеют более высокую стои­мость.

10. Обмотки якоря машины постоянного тока. Виды обмоток. Параметры обмоток. Уравнительные соединения. Выбор обмоток машины постоянного тока.

6.3.3. Принцип действия и устройство коллекторных машин постоянного тока

Коллекторная машина постоянного тока является, по существу, машиной переменного тока, так как в ее перемещающейся относительно поля возбуждения обмотке — обмотке якоря протекает переменный ток. Однако машина имеет специальное устройство — коллектор, позволяющий преобразовывать переменный ток в постоянный.

Рассмотрим работу коллекторной машины постоянного тока на примере простейшего генератора постоянного тока. Она состоит из полюсов магнита (N—S), создающих постоянный магнитный поток. Между ними с линейной скоростью вращается рамка 1—2—3—4 с длиной стороны (рис. 6.24)
	Рис. 6.24

При вращении рамки, например, против направления движения часовой стрелки в каждой ее стороне индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки (рис. 6.24), а величина — формулой (6.1). Поскольку длина рамки и скорость — величины постоянные, величина ЭДС зависит только от распределения индукции под полюсами, которое близко к синусоидальному. Поэтому изменение ЭДС между точками 1—4 рамки (рис. 6.24) также близко к синусоидальному (рис. 6.25).

Таким образом, если к концам рамки 1 и 4 подключить с помощью скользящих контактов внешнюю нагрузку, в ней потечет переменный ток, имеющий форму ЭДС (рис. 6.25).

Рис. 6.25	Рис. 6.26

Чтобы заставить ток протекать по внешней цепи в каком-нибудь одном направлении, т. е. выпрямить его, используется специальное устройство — коллектор. Концы витка 1—2—3—4 присоединяются к двум изолированным медным сегментам (рис. 6.24). На пластины наложены неподвижные в пространстве щетки А и Б, к которым присоединяется внешняя цепь.

Нужно поставить щетки так, чтобы при вращении якоря каждая из них соприкасалась только с той коллекторной пластиной и тем из проводников рамки, которые находятся под полюсом данной полярности. Так, щетка А всегда соприкасается только с проводником, находящимся под северным полюсом (рис. 6.24). Следовательно, по внешней цепи ток будет протекать только в одном направлении — от щетки А к щетке Б, т.е. происходит выпрямление наводимой в витке ЭДС и тока в пульсирующие ЭДС на щетках и ток во внешней цепи (рис. 6.26).

Пульсации тока на рис. 6.26 носят резко выраженный характер. Однако эти пульсации сглаживаются, если вместо рамки использовать обмотку, состоящую из большого числа проводников, определенным образом выполненную и соединенную с коллектором. Система подвижных проводников в машине постоянного тока вместе с несущей их механической конструкцией называется якорем.

В режиме двигателя к щеткам подводится постоянный ток, который коллектором преобразуется в переменный ток обмотки якоря. Этот ток, взаимодействуя с полем возбуждения, создает электромагнитный момент, приводящий якорь в движение и совершающий максимальную работу.

Скорость перемещения проводников обмотки якоря относительно неподвижного поля возбуждения основных полюсов определяется частотой вращения якоря (об/мин). Поэтому ЭДС обмотки якоря , где — конструктивный коэффициент, зависящий от геометрии и параметров машины и ее обмотки якоря; — магнитный поток.

Исходя из рассматриваемого принципа действия, машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части — статора, предназначенной в основном для создания магнитного потока, и вращающейся части — якоря, в которой происходит процесс преобразования механической энергии в электрическую (электрический генератор) или обратно — электрической энергии в механическую (электродвигатель).

Неподвижная и вращающаяся части отделяются друг от друга зазором.

Неподвижная часть машины постоянного тока состоит из основных полюсов, предназначенных для создания основного магнитного потока; добавочных полюсов, устанавливаемых между основным и служащих для достижения безыскровой работы щеток на коллекторе.

Якорь представляет собой цилиндрическое тело, вращающееся в пространстве между полюсами, и состоит из зубчатого сердечника якоря, уложенной на нем обмотки, коллектора и щеточного аппарата.

Двигатель переменного тока Слюдяной коммутатор Коллектор двигателя постоянного тока Сегментный коммутатор для арматуры электродвигателя-Ningbo Haishu Nide International Co., Ltd. используется на арматуре всех видов автомобильных двигателей, электроинструментов, бытовой техники и т. д. Наша компания сертифицирована по стандарту ISO9001. Мы можем настраивать в соответствии с потребностями клиентов, предоставлять клиентам высококачественную продукцию, конкурентоспособные цены и гарантированное послепродажное обслуживание. служба продаж.

Основываясь на более чем 10-летнем опыте производства двигателей и коллекторов, мы используем передовое производственное оборудование и специальную технику, чтобы поставлять вам высококачественную продукцию, в том числе плоского типа, крюкового типа, ступенчатого коллектора и токосъемного кольца.

Nide специализируется на исследованиях, разработке и производстве щелевых, крюковых и плоских коллекторов для двигателей постоянного тока и универсальных двигателей. Наращивая опыт производства с момента своего основания, компания добилась больших успехов в интеграции передовых производственных процессов и научных навыков управления во всем мире, ее годовой объем производства достигает десяти миллионов штук, которые экспортируются в страны Европы, Юго-Восточной Азии, Гонконг. Тайвань и др.

Заявка

 

1. Коллектор для бытовых машин: фен, миксер, пылесос, стиральная машина, соковыжималка, соковыжималка и др. бытовая техника

2. Коллектор для автомобильной автомобильной промышленности : Запуск, генератор, стеклоочиститель, кондиционер, электрическое управление стеклоподъемниками, регулировка сиденья, двигатель зеркала, электронный тормоз, вентилятор радиатора, электронное рулевое управление, управление фарами, вентилятор нагнетателя, вентилятор отопителя, радиатор резервуара для охлаждающей воды и другие автоматические электронные машины.

3. Коммутатор для электроинструментов: прополочная машина, электрическая дрель, угловая шлифовальная машина, электрическая пила, молоток, режущий станок, электрическая пила, рубанок и  для других электрических инструментов.

4. Коммутатор для других отраслей промышленности: насосы, автомобильные аккумуляторы, насосы для мотоциклов, яхт, игрушки, электрические двери, тренажеры, аэрофотосъемка и т. д.

 

Технические характеристики

 

1.    Поверхность смолы, без пузырьков и трещин

2. Испытание на вращение: 200ºC, 3000 об/мин, 3 мин, радиальное отклонение <0,015, бар на бар <0,006.

3. Испытание высоким напряжением: стержень к валу при 3500 В в течение 1 мин, стержень к стержню при 550 В в течение 1 с.

4. Испытание изоляции при 500 В, > 50 МОм

5. Материал меди: полосковая медь или электролитическая медь или по индивидуальному заказу

6. Размеры: от НД 4 мм до НД 150 мм. Мы также предоставляем индивидуальный коммутатор.

7.    Применение: применимо к автомобильной промышленности, электроинструментам, бытовой технике и другим двигателям

8.    Тип коллектора: крюкового, со стояком, оболочечного или плоского типа

 

Материалы	0,03% или 0,08% серебряной меди или по индивидуальному заказу
Размер	Индивидуальный
Коллектор типа	Тип крюка/подъемный тип
Приложение	применяется к автомобильной промышленности, электроинструментам, бытовой технике и другим двигателям
Упаковка	Подходит для наземной и морской транспортировки
Производство	вместимость 1000000 шт/месяц

Команда Nide предоставит клиентам передовые технологии, первоклассное качество и лучший сервис, всегда будет вашим обслуживанием.

 

Компания Nide также изготавливает коллектор в соответствии с требованиями заказчика.

Информация, необходимая для запроса коммутатора:

 

Было бы лучше, если бы клиент мог отправить нам подробный чертеж, включая приведенную ниже информацию.

1. Размеры коллектора: внешний диаметр, внутренний диаметр, общая высота и высота меди, номер стержня.

2. Тип коллектора: крюкового типа, с подставкой или планировщиком

3. Материал меди: Agcu/Cu

4. Применение коммутатора

5. Необходимое количество

6. Требуется или не требуется медная втулка

7. Прочие технические требования.

Nide производит более 1200 различных типов коммутаторов двигателей, включая крюковые, стоячие, корпусные, плоские, с внешним диаметром от 4 мм до 150 мм, и мы являемся профессионалами в производстве коммутаторов на протяжении многих лет. Коллекторы широко применяются в автомобильной промышленности, электроинструментах, бытовой технике и других двигателях. Если наши существующие модели вам не подходят, мы также можем разработать новые инструменты по вашему чертежу и образцам.

 

 

 

Кроме того, мы можем поставить полный спектр компонентов двигателя, таких как коллектор, шариковый подшипник, термозащита, угольная щетка, магнитная бумага, двигатель вентилятора, крышка, вал, ,и т.д.

 

 

| Свяжитесь с нами

 

 

Отдел моторных запчастей

 

Менеджер: Энни

Телефон/WhatsApp/Wechat: 0086-13738869026

Эл. Нинбо 315040, Китай

 

Предыдущий:Коммутатор двигателя постоянного тока 32 сегмента Коллектор типа стояка стартера для арматуры электроинструмента Следующая:Коммутатор мотора стеклоочистителя автомобиля

Основы коллекторных двигателей постоянного тока | Портескап

ЩЕТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА BASICS

Технология щеточного постоянного тока Portescap основана на конструкции, основанной на роторе без железа (самонесущая катушка) в сочетании с системой коммутации из драгоценных металлов или углеродистой меди и магнитом из редкоземельных металлов или альнико. Он предлагает явные преимущества для высокопроизводительных систем привода и сервопривода: низкое трение, низкое пусковое напряжение, отсутствие потерь в железе, высокий КПД, хорошее рассеивание тепла, линейная функция крутящий момент-скорость. Все эти факторы облегчают использование и упрощают сервоконтур. Для систем пошагового перемещения, где низкая инерция ротора обеспечивает исключительное ускорение, а также для всего оборудования с батарейным питанием, где эффективность имеет большое значение, щеточные двигатели постоянного тока являются оптимальным решением.

Схема двигателя постоянного тока

КОНСТРУКЦИЯ ЩЕТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ – ТРИ ОСНОВНЫХ УЗЛА

Все двигатели постоянного тока состоят из трех основных узлов:

1. статор
2. Торцевая крышка щеткодержателя
3. ротор

1. Статор

Статор состоит из центрального и цилиндрического двухполюсного постоянного магнита, сердечника, поддерживающего подшипники, и стальной трубки, замыкающей магнитопровод. Высококачественные редкоземельные магниты обеспечивают выдающуюся производительность в небольшом корпусе. Спеченные подшипники и шарикоподшипники доступны в зависимости от нагрузки и требований вашего приложения.

2. Заглушка щеткодержателя

Торцевая крышка щеткодержателя изготовлена ​​из пластика. В зависимости от предполагаемого использования двигателя щетки могут быть двух разных типов; карбоновые или многопроволочные. В углеродных типах используется медный графит или серебряный графит, и они идеально подходят для приложений с пошаговым движением, где требуется высокий непрерывный и пиковый крутящий момент. Многожильный тип использует драгоценный металл и гарантирует низкое пусковое напряжение и повышенную эффективность, что идеально подходит для портативных приложений с питанием от батареи. Инженер Portescap может спроектировать торцевые заглушки, которые уменьшают электромагнитный шум, чтобы соответствовать требованиям ЭМС.

3. Ротор

Ротор является сердцем двигателя постоянного тока Portescap. Катушка непосредственно и непрерывно наматывается на цилиндрическую опору, которая затем удаляется, что устраняет чрезмерные воздушные зазоры и неактивные головки катушки, которые не вносят вклад в создание крутящего момента. Самонесущая катушка не требует металлической конструкции и, следовательно, обеспечивает низкий момент инерции и отсутствие заедания (ротор остановится в любом положении). В отличие от других традиционных технологий катушек постоянного тока, благодаря отсутствию железа нет гистерезиса, потерь на вихревые токи или магнитного насыщения. Двигатель имеет совершенно линейную зависимость скорости от момента, а рабочая скорость зависит только от напряжения питания и момента нагрузки. Portescap, используя свои собственные ноу-хау, разработала несколько автоматических намоточных машин для различных размеров рамы и продолжает внедрять инновации в метод намотки для увеличения выходной мощности.

Комбинация щеток и коллекторов оптимизирована для обеспечения длительного срока службы при частоте вращения до 12 000 об/мин и обеспечивает высокую надежность. Изделия Portescap DC могут обеспечивать крутящий момент в диапазоне от 0,6 мНм до 150 мНм в непрерывном режиме и от 2,5 мНм до 600 мНм в периодическом режиме.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ PORTESCAP: БЕЗ ЖЕЛЕЗНОГО РОТОРА ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ротор обычного двигателя постоянного тока с железным сердечником изготовлен из медной проволоки, намотанной на полюса его железного сердечника. Такая конструкция ротора дает следующие результаты:

• Большая инерция из-за массы железа, препятствующая быстрому пуску и остановке
• Эффект зацепления и предпочтительные положения ротора, вызванные притяжением железных полюсов к постоянному магниту.
• Значительная индуктивность катушки, вызывающая искрение во время коммутации. Это искрение вызывает, с одной стороны, электрический шум, а с другой стороны, сильную электроэрозию щеток. Именно по последней причине в обычных двигателях используются угольные щетки.
Катушка ротора без железа
• обеспечивает высокое ускорение

Самонесущий двигатель постоянного тока без сердечника от Portescap имеет много преимуществ по сравнению с обычными двигателями с железным сердечником:

• высокое отношение крутящего момента к — инерции
• отсутствие предпочтительных позиций ротора
• очень низкий крутящий момент и изменение обратной ЭДС в зависимости от положения якоря
• практически нулевой гистерезис и потери на вихревые токи
• пренебрежимо малая электрическая постоянная времени
• почти нет риска размагничивания, поэтому быстрый разгон
• незначительное падение напряжения на щетках (с многопроволочными щетками)
• нижняя вязкостная амортизация
• линейные характеристики

Доказано, что система Portescap REE увеличивает срок службы двигателя до 1000 процентов.

Двумя основными факторами, влияющими на срок службы коллектора в щеточном двигателе постоянного тока, являются механический износ щеток из-за скользящих контактов и эрозия электродов из-за электрической дуги. Превосходная обработка поверхности, точность коллектора, а также улучшенные материалы, такие как коллекторы из драгоценных металлов с соответствующими сплавами, помогли снизить механический износ щеток. Для эффективного снижения электроэрозии при одновременном продлении срока службы коллектора компания Portescap разработала собственную систему катушек REE (Reduced Electro Erosion). Система РЭЭ снижает эффективную индуктивность щеточной коммутации за счет оптимизации взаимной индукции сегментов катушки. Чтобы сравнить и сопоставить преимущества системы REE, компания Portescap провела испытания двигателей с оптимизацией катушки REE и без нее. Износ поверхности коллектора показал улучшения в диапазоне от 100 до 300 процентов, как показано на рис. 5. Катушки 4, 5 и 6 усилены РЗЭ, а катушки 1, 2 и 3 не армированы РЗЭ.

ТЕОРИЯ ЩЕТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ — БЕЗЖЕЛЕЗНЫЕ РОТОРЫ

Электромеханические свойства двигателей с неметаллическими роторами можно описать с помощью следующих уравнений:

1. Напряжение источника питания U0 равно сумме падения напряжения, создаваемого током I на омическом сопротивлении RM обмотки ротора, и наведенного в роторе напряжения Ui:
U0 = I x RM + Ui (1)

2. Индуцированное в роторе напряжение Ui пропорционально угловой скорости ω ротора: Ui = kE x ω (2)

Следует отметить, что существует следующая зависимость между угловой скоростью ω, выраженной в радианах в секунду, и скоростью вращения n, выраженной в оборотах в минуту: ω = (2π n)/60

3. Момент ротора M пропорционален току ротора I:
М = ​​кТл х I (3)

Здесь можно отметить, что крутящий момент ротора M равен сумме крутящего момента ML нагрузки, создаваемого двигателем, и момента трения Mf двигателя:
М = ​​МЛ + Мф

Подставив основные уравнения (2) и (3) в (1), получим характеристику момента/угловой скорости для двигателя постоянного тока с безжелезным ротором:
U0 = M x RM + kE x ω (4)

Рассчитав постоянные kE и kT из габаритов двигателя, числа витков на обмотку, числа витков, диаметра ротора и магнитного поля в воздушном зазоре, находим для микродвигателя постоянного тока с безжелезный ротор:
М/I = Ui /ω = k (5)

Это означает, что k = kE = kT

Тождество kE = kT также очевидно из следующих энергетических соображений:

Электрическая мощность Pe = U0 x I, подводимая к двигателю, должна быть равна сумме механической мощности Pm = M x ω, создаваемой ротором, и рассеиваемой мощности (согласно закону Джоуля) Pv = I2 x RM :
Pe = U0 x I = M x ω + I2 x RM = Pm + Pv

Кроме того, умножая уравнение (1) на I, мы также получаем формулу для электрической мощности Pe :

Pe = U0 x I = I2 x RM + Ui x I
Эквивалентность двух уравнений дает M x ω = Ui x I или Ui /ω = M/I и kE = kT = k

Quod erat demostrandum. Используя приведенные выше соотношения, мы можем записать основные уравнения (1) и (2) следующим образом:
U0 = I x RM + k x ω (6)
и:
U0 = M x RM/ + k x ω (7)

Графическая экспресс-характеристика «скорость-момент»:

Для преодоления момента трения Mf за счет трения щеток и подшипников двигатель потребляет ток холостого хода I0. Это дает
Mf = к х I0
и:
U0 = I0 x RM + k x ω0, где
ω0 = 2π/60 x n0, следовательно:
к = U0 — I0 /ω0 x RM (8)

Таким образом, возможно ли точно рассчитать постоянную двигателя k при скорости холостого хода n0, токе холостого хода I0 и сопротивлении ротора RM.

Пусковой ток Id рассчитывается следующим образом:
Id = U0 /RM

Следует помнить, что RM в значительной степени зависит от температуры; иными словами, сопротивление ротора увеличивается при нагреве двигателя за счет рассеиваемой мощности (закон Джоуля):
RM = RM0 (1 + γ x ∆T)

Где γ – температурный коэффициент меди (γ = 0,004/°C).
Поскольку медная масса катушек сравнительно мала, она очень быстро нагревается под действием тока ротора, особенно в случае медленного или многократного пуска. Момент Md, создаваемый пусковым током Id, получается следующим образом: Md = Id x k — Mf = (Id — I0 )k (9)

Применяя уравнение (1), мы можем рассчитать угловую скорость ω, создаваемую напряжением U0 с моментом нагрузки Mi. Сначала определим ток, необходимый для получения крутящего момента M = ML + Mf :
I = (ML + Mf)/k Поскольку Mf /k = I0, мы можем также написать
I = (ML /k)+ I0 (10)

Для угловой скорости ω получаем соотношение

ω = (U0 − I x RM )/k (11)
= U0 /k − RM /k2 (ML + Mf )

В котором снова необходимо учитывать температурную зависимость сопротивления ротора RM; иными словами, необходимо рассчитать значение RM при рабочей температуре ротора. С другой стороны, с помощью уравнения (6) мы можем рассчитать ток I и момент нагрузки ML для заданной угловой скорости ω и заданного напряжения U0:
I = (U0 − k x ω)RM = Id − k/RM ω (12)

А с уравнением (10)
ML = (I − I0)k
Получаем значение ML:
ML = (I − I0 )k − k2/RM ω

Чаще всего возникает проблема определения напряжения питания U0, необходимого для получения скорости вращения n при заданном моменте нагрузки ML (угловая скорость ω = n x 2π/60). Подставляя уравнение (10) в (6), получаем:
U0 = (ML + I0)/k RM + k x ω (13)

Практические примеры расчетов
Обратите внимание, что везде используется международная система единиц (СИ).

1. Предположим, что для двигателя Portescap® 23D21-216E мы хотим рассчитать постоянную двигателя k, пусковой ток Id и пусковой момент Md при температуре ротора 40°C. При напряжении питания 12 В скорость холостого хода n0 составляет 4900 об/мин (ω0 = 513 рад/с), ток холостого хода I0 = 12 мА и сопротивление RM0 = 9,5 Ом при 22°С.

Введя в уравнение (8) значения ω0 , I0 , RM0 и U0, получим постоянную двигателя k для двигателя 23Д21-216Э: k = 12 − 0,012 x 90,5 = 0,0232 против 15

Перед расчетом пускового тока необходимо рассчитать сопротивление ротора при 40°C. При ∆T = 18°C ​​и RM0 = 9,5 Ом получаем RM = (1 + 0,004 x 18) = 9,5 x 1,07 = 10,2 Ом.

Пусковой ток Id при температуре ротора 40°C становится равным
Id = (U0/RM) = (12/10,2) = 1,18 А

, а пусковой момент Md согласно уравнению (9) равен Md = k(Id − I0) = 0,0232 (1,18 − 0,012) = 0,027 Нм.

2. Зададим следующий вопрос: какую скорость вращения n достигает двигатель при крутящем моменте нагрузки 0,008 Нм и напряжении питания 9V при температуре ротора 40°C?

Используя уравнение (10), мы сначала вычисляем ток, подаваемый на двигатель при следующих условиях:

I = (ML /k)+ I0 = (0,008/0,0232) + 0,012 = 0,357 А

Уравнение (11) дает угловую скорость ω:
ω = (U0 — I x RM )/k = (9 — 0,357 x 10,2)/0,0232 = 231 рад/с
и скорость вращения n: n = 60/2π ω = 2200 об/мин

Таким образом, двигатель достигает скорости 2200 об/мин и потребляет ток 357 мА.

3. Рассчитаем теперь момент М при заданной частоте вращения n 3000 об/мин (ω = 314 рад/с) и напряжении питания U0 15В; уравнение (12) дает значение тока:
I = (U0 − k x ω)/RM = Id − k/RM x ω
= 1,18 — (0,0232/10,2) х 314 = 0,466 А
и крутящий момент нагрузки ML:
ML = к (I — I0)
= 0,0232 (0,466 — 0,012)
= 0,0105 Нм
(ML = 10,5 мНм)

4. Наконец, определим напряжение питания U0, необходимое для получения скорости вращения n 4000 об/мин (ω = 419 рад/с) при моменте нагрузки ML 0,008 Нм, при температуре ротора снова 40°C (РМ = 10,2 Ом).
Как мы уже рассчитали, ток I, необходимый для крутящего момента 0,008 Нм, равен 0,357 А.
U0 = I x RM + k x ω
= 0,357 х 10,2 + 0,0232 х 419
= 13,4 вольта

ЩЕТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПРИМЕНЕНИЕ

МЕДИЦИНА

• Хирургические инструменты с электроприводом
• Стоматологические ручные инструменты
• Инфузионные, волюметрические и инсулиновые помпы
• Диагностическое и сканирующее оборудование

Преимущества: анализаторы с уменьшенной занимаемой площадью, высокой эффективностью и точным позиционированием образцов.

БЕЗОПАСНОСТЬ И ДОСТУП

• Камеры видеонаблюдения
• Замки
• Считыватели штрих-кода
• Пейджинговые системы

Преимущества: низкий уровень шума и вибрации, высокая мощность и превосходная эффективность

АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ И ОБОРОНА

• Датчик в кабине экипажа
• Индикаторы
• Спутники
• Оптические сканеры

Преимущества: Низкая инерция, компактность и вес, высокая эффективность

РОБОТОТЕХНИКА И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ

• Конвейеры
• Транспортные средства с дистанционным управлением
• Промышленные роботы

Преимущества: высокая мощность и малый вес

РУЧНОЙ ИНСТРУМЕНТ

Ножницы Ручные инструменты для обрезки Гвоздильные пистолеты

Преимущества: высокая эффективность, компактность и вес, низкий уровень шума

ПРОЧЕЕ

Офисное оборудование Полупроводники Модели железных дорог Работа с документами Оптика Автомобильный Транспорт Аудио видео

Преимущества: Низкий уровень шума, высокая мощность, улучшенная регулировка двигателя

Прожектор

МЕДИЦИНСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ Portescap решает множество задач, связанных с анализаторами, от отбора проб при анализе до быстрого сканирования и обнаружения молекулярных механизмов в жидкостях и газах, благодаря своим щеточным двигателям постоянного тока без сердечника. Для приложений с высокой пропускной способностью, когда анализируется более 1000 анализов в час, подходящим выбором являются высокоэффективные и высокоскоростные двигатели, такие как щеточные двигатели постоянного тока без сердечника. Низкая инерция ротора и короткая механическая постоянная времени делают их идеально подходящими для таких применений. Например, 22-мм щеточный электродвигатель постоянного тока без сердечника Portescap обеспечивает скорость холостого хода 8000 об/мин и механическую постоянную времени 6,8 мс. Еще одна функция анализатора, которая играет жизненно важную роль в их выходе, — это сбор образцов из пробирок или анализов и подача их в измерительные системы, основанные на фотометрии, хроматографии или других соответствующих схемах. Здесь опять же широко применим щеточный двигатель постоянного тока без сердечника из-за плотности мощности, которую он обеспечивает при небольшом размере корпуса. Вы можете максимизировать производительность вашего приложения с рабочей лошадкой 16 или 22 мм от Portescap.

Прожектор приложения

ИНФУЗИОННЫЕ НАСОСЫ Щеточные двигатели постоянного тока без сердечника обладают значительными преимуществами по сравнению со щеточными аналогами с железным сердечником для некоторых насосов интенсивной терапии, где преимущества варьируются от повышенной эффективности до более высокой удельной мощности при меньшем размере корпуса. Одним из факторов, ухудшающих характеристики двигателя при длительном использовании, является нагрев двигателя с сопутствующими джоулевыми потерями. В моторной терминологии это регулируется коэффициентом регулирования двигателя, определяемым сопротивлением обмотки R и константой крутящего момента k. Чем ниже коэффициент регулирования двигателя (R/k2), тем лучше двигатель будет работать в течение всего срока службы, сохраняя при этом более высокий КПД. Обладая одним из самых низких коэффициентов регулирования двигателя, последняя инновация Portescap в двигателях Athlonix уже приносит пользу применениям в области инфузионных насосов, предлагая выбор более производительного двигателя с меньшими потерями тепла, более высокой эффективностью и удельной мощностью в компактных корпусах.