Принцип работы коллекторного двигателя

Принцип действия коллекторного электродвигателя (рис.) основан на следующем: если проводник с током — рамку прямоугольной формы, имеющую ось вращения, — поместить между полюсами постоянного магнита (или электромагнита), то эта рамка начнет вращаться. Направление вращения будет зависеть от направления тока в рамке. Ток в рамку от источника постоянного тока может подаваться через контакты-полукольца, прикрепленные к концам рамки, и через упругие скользящие контакты — щетки (рис, а). Отметим, что вращающаяся часть электродвигателя называется якорем, а неподвижная — статором.
Контакты-полукольца обеспечивают переключение тока в рамке через каждые пол-оборота, т. е. непрерывное вращение рамки в одном направлении. У реальных коллекторных двигателей таких рамок много, поэтому вся контактная окружность делится уже не на две, а на большее количество контактов.

Рис.. Коллекторный электродвигатель: а — принцип действия; б — учебный коллекторный двигатель; в — якори учебных коллекторных двигателей; г — якорь реального электродвигателя

Эти контакты образуют коллектор — отсюда и название этого электродвигателя. Контакты коллектора изготовляют из меди, а щетки — из графита. Простейший ремонт электродвигателя заключается в замене щеток, запасной комплект которых часто прилагается при продаже устройств с такими двигателями.
Коллекторные электродвигатели имеют широкое применение

Коллекторные электродвигатели. Они названы по одному из узлов ротора — коллектору (цилиндр, набранный из изолированных пластинок меди, к которому припаяны концы проводов обмотки). С коллектором соприкасаются щетки статора. Коллектор подводит ток к обмотке ротора, последовательно соединенной с обмоткой статора.

Коллекторные электродвигатели отличаются высокой скоростью вращения ротора, поэтому их используют в таких изделиях и машинах, как пылесосы, кухонные машины, и др. Они имеют малые массу и габаритные размеры. Для бытовых машин в основном применяют универсальный встраиваемый коллекторный электрический двигатель.

Коллекторные двигатели, работающие от источника переменного и постоянного тока, называют универсальными. Существуют двигатели для работы на низком напряжении от источников тока. Коллекторные двигатели развивают большие скорости вращения без нагрузки, поэтому их пуск в бытовых машинах чаще всего осуществляется под нагрузкой, для чего приводимые в движение части машины насаживают непосредственно на вал двигателя, например вентилятор у пылесоса.

В процессе эксплуатации коллекторных двигателей проявляются такие их недостатки, как повышенный уровень шума, создание помех радиоприему, искрение и выход из строя угольных щеток, сложность ухода. Такие двигатели являются менее надежными, слож­ными в производстве и дорогостоящими. Однако они имеют и ряд существенных преимуществ перед асинхронными, благодаря которым и используются в бытовых машинах. Это хорошие пусковые данные, возможность получения больших скоростей вращения (до 25000 об/мин) и плавной регулировки скорости в широких пределах, универсальность.

Эффективность работы двигателя в бытовых приборах зависит от соблюдения требований к режиму работы изделия, который обязательно указывается в эксплуатационном документе. Особенно важно соблюдение этих требований для изделий и машин с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работу (фены, миксеры и др.), чтобы исключить перегрев двигателя и выход его из строя.

По способу охлаждения двигатели подразделяются на двигатели с естественным и искусственным охлаждением. Кроме того, необходимо вентилирующее приспособление, особенно независимое, которое следует поддерживать в рабочем состоянии.

Коллекторный электродвигатель переменного тока — устройство

В бытовой технике, ручном электроинструменте, автомобильном электрооборудовании и системах автоматики очень часто применяется коллекторный электродвигатель переменного тока, схема подключения которого, как и устройство схожи с двигателями постоянного возбуждения постоянного тока.

Столь распространенное применение их объясняется компактностью, небольшим весом, невысокой стоимостью и простотой управления. В этом сегменте наиболее востребованы двигатели с высокой частотой и малой мощностью.

Принцип работ и конструктивные особенности

Устройство это достаточно специфичное, обладающее в силу схожести с машинами постоянного тока, похожими характеристиками и присущими им достоинствами.

Отличие от двигателей постоянного тока состоит в материале корпуса статора, изготовленном из листов электротехнической стали, благодаря чему удается добиться снижения потерь на вихревые токи.

Чтобы двигатель мог работать от обычной сети, т.е. 220 в, обмотки возбуждения соединяются последовательно.

Эти двигатели, называемые универсальными благодаря тому, что работают они от переменного и постоянного тока, бывают одно- и трехфазными.

Видео: Универсальный коллекторный двигатель

Из чего состоит конструкция?

Устройство электродвигателя переменного тока включает помимо ротора и статора:

• тахогенератор;
• щеточно-коллекторный механизм.

Ток якоря взаимодействует с магнитным потоком обмотки возбуждения, вызывая в коллекторном механизме вращение ротора. Ток подается через щетки на коллектор, являющийся узлом ротора и соединенным с обмоткой статора последовательно. Он собран из пластин, имеющих в сечении форму трапеции.

Продемонстрировать принцип работы такого двигателя можно с помощью хорошо известного со школьной программы опыта с вращающейся рамкой, которую поместили между разноименными полюсами магнитного поля. Она вращается под воздействием динамических сил, когда по ней протекает ток. При изменении направления тока, рамка не меняет направления вращения.

Примести к выходу из строя механизма могут высокие обороты холостого хода, вызванные максимальным моментом при последовательном подсоединении обмоток возбуждения.

Схема подключения (упрощенная)

Типовая схема подключения предусматривает вывод на контактную планку до десяти контактов. Протекающий по одной из щеток ток L поступает на коллектор и якорь, затем переходит на обмотки статора через вторую щетку и перемычку, выходя на нейтраль N.

Реверса мотора подобный способ подключения не предусматривает, поскольку подсоединение обмоток параллельное приводит к одновременной смене полюсов магнитных полей. В итоге, направление момента всегда одинаково.

Изменить направление вращения возможно, если поменять на контактной планке местами выхода обмоток. Напрямую двигатель включают, когда вывода ротора и статора подсоединены щеточно-коллекторный механизм. Для включения второй скорости используются выводы половины обмотки. Нельзя забывать, что с момента такого подключения мотор работает на максимальную мощность, поэтому время его эксплуатации не может превышать 15 секунд.

Видео: Подключение и регулировка оборотов двигателя от стиральной машины

Управление двигателем

На практике применяют различные способы регулирования работы двигателя. Это может быть электронная схема, где регулирующим элементом выступает симистор, который на мотор «пропускает» заданное напряжение. Работает он как мгновенно срабатывающий ключ, открываясь, когда на его затвор поступает управляющий импульс.

В основе принципа действия, реализованного в схемах с симистором, лежит двухполупериодное фазовое регулирование, где к импульсам, которые поступают на электрод, привязано напряжение, подаваемое на двигатель. При этом, частота, с которой вращается якорь, прямо пропорциональна напряжению, подаваемому на обмотки.

Упрощенно этот принцип можно описать такими пунктами:

• на затвор симистора подается сигнал от электронной схемы;
• затвор открывается, ток течет по обмоткам статора, вызывая вращение якоря мотора М;
• мгновенные величины частоты вращения преобразуются тахогенератором в электрические сигналы, формируя с импульсами управления обратную связь;
• как следствие, вращение ротора при любых нагрузках, остается равномерным;
• с помощью реле R и R1 осуществляется реверс мотора.

Другая схема – тиристорана фазоимпульсная.

Преимущества машин и недостатки

К достоинствам относят:

• небольшие размеры;
• универсальность, т.е. работу на напряжении постоянном и переменном;
• большой пусковой момент;
• независимость от сетевой частоты;
• быстроту;
• мягкую регулировку оборотом в широком диапазоне при варьировании напряжением питания.

Недостатки связаны и использованием щеточно-коллекторного перехода, влекущего:

• уменьшение срока службы механизма;
• возникновение между щетками и коллектором искры;
• высокий уровень шума;
• большое число коллекторных элементов.

Основные неисправности

Искрение, возникающее между щетками и коллектором – самый главный вопрос, требующий внимания. Чтобы избежать неисправностей более серьезных, таких как их отслаивание и деформация или перегрев ламелей, сработавшуюся щетку необходимо заменить.

Помимо этого, возможно замыкание между обмотками якоря и статора, вызывающее сильное искрение на переходе коллектор-щетка или значительное падение магнитного поля.

Чтобы продлить срок службы двигателя, необходимо соблюдение двух условий – профессиональный изготовитель и грамотный пользователь, т.е. строгое соблюдение режима работы.

Видео: Коллекторный электрический двигатель

 

Двигатели Коллекторные Постоянного Тока: Принцип Действия

Машина постоянного тока коллекторная в разрезе

Сегодня уже невозможно представить, что бы мы делали без электрических двигателей. Они применяются буквально везде – в зубных щетках, принтерах, детских игрушках, в автомобилях в банкоматах и многом, многом другом. Двигатели коллекторные постоянного тока очень надежны.

Их конструкция практически не изменилась за последние сто лет. Сегодня мы расскажем вам все, что знаем об этих устройствах, так облегчающих жизнь современному человеку.

Основные понятия

Давайте вкратце пробежимся по строению двигателя, чтобы дальнейший материал был проще для усвоения.

Как устроен двигатель постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока коллекторный – строение

На схеме выше вы можете рассмотреть основные части любого коллекторного двигателя постоянного тока. Его строение более чем классическое, и разница в двигателях достигается за счет их мощности и настроек.

Итак, давайте по порядку:

Коллекторный двигатель постоянного тока — якорь

• Якорь или ротор – это подвижная часть устройства, которая и осуществляет механическую работу. Представляет собой он крепкий металлический вал, который закреплен в корпусе агрегата через подшипники качения, что, собственно, и позволяет детали вращаться.
• Смотрим на фото выше и идем справа налево, разбирая элементы, установленные на валу.
• На подшипнике мы видим пылезащитную шайбу. Она не дает механизму забиваться грязью, а также обеспечивает его надежную и мягкую фиксацию внутри металлического корпуса двигателя.
• Далее идут по кругу короткие параллельные пластины, которые изолированы друг от друга. Эта часть якоря и есть коллекторы двигателей постоянного тока. Их назначение состоит в том, чтобы постоянно во время вращения ротора менять запитываемые участки обмотки якоря, с целью достижения максимальной эффективности работы.

Ремонт коллектора двигателей постоянного тока – в домашних условиях практически невозможен

• Если вы не в курсе, что такое закон электромагнитной индукции, то сейчас вам, наверняка, стало непонятно, о чем мы только что сказали. Подождите немного, мы дадим разъяснения в следующей главе.
• Идем дальше. От коллектора отходит в разные стороны припаянная медная проволока. Это выводы обмотки якоря, которая запитывается через коллектор.
• Далее идет самая толстая и важная часть якоря, состоящая из магнитопровода (сердечника) – шихтованный бочонок, набранный из стальных пластин, и самой обмотки – медных проводов, уложенных определенным образом в пазах магнитопровода.

Интересно знать! Обмотку якоря от абразивной пыли защищает броня из шнура. Абразивная пыль внутри двигателя постоянно образуется из-за трения друг о друга металлических деталей в подшипнике.

• Венчает ротор пластиковая крыльчатка, которая отвечает за охлаждение двигателя во время его работы.

Электродвигатель коллекторный постоянного тока – статор

• Вторая, но не менее важна рабочая часть двигателя – это статор. Данная деталь является неподвижной. По сути, статор – это электромагнит, задача которого генерировать направленное магнитное поле.
• Состоит он из сердечника, также набранного из пластин, и обмотки.

Интересно знать! Обратите внимание, за исключением того, что ток на обмотку статора подается через неподвижные соединения на клеммы, и сама деталь является неподвижной, его строение точно такое же, как и у ротора, что и определяет свойства электрических двигателей.

• И статор, и ротор удерживаются в правильном положении за счет корпуса, который изготавливается из стали.
• К корпусу может присоединяться станина, которая обеспечивает устойчивость двигателя, но это уже больше зависит от типа мотора и режима его использования.

Двигатель постоянного тока коллекторного типа нуждается в щетках

• Следующая важная часть двигателя постоянного тока – это щеточный аппарат. Эти детали является расходуемыми и заменяемыми в процессе эксплуатации. Они обеспечивают скользящий контакт. Именно так коллекторы для двигателей постоянного тока запитываются электричеством.
• Сделаны щетки из графита. Также есть модели с центральным медным стержнем, такие щетки называются медно-графитовыми.
• От щеток отходят провода, которые уже последовательно соединяются с системой управления двигателем и источником питания.

Электромагнитная индукция

Разобрав строение двигателя переменного тока с коллектором, давайте немного поговорим о законах физики, благодаря которым, сей агрегат может работать.

Коллекторные двигатели постоянного тока – разбираем принцип работы

• Итак, суть любого электромотора заключается в преобразовании электрической энергии в кинетическую. То есть в механическое усилие, которое обычно передается на ведомые механизмы через вращающийся вал, посредством различных передач.
• Основной физический закон, заставляющий двигатель вращаться – это взаимодействие магнитных полей. Закон электромагнитной индукции также очень важен для понимания функционирования этих машин. Давайте попробуем немного в нем разобраться.
• На схеме выше показано, как функционирует генератор постоянного тока. Не спешите ругаться, принцип работы с двигателем у этого устройства имеет общие моменты и даже более…
• Мы видим постоянный магнит, создающий поле линии которого направлены от северного полюса к южному.
• Согласно закону электромагнитной индукции, если поперек этих волн переместить проводник, то в нем образуется электродвижущая сила (ЭДС). Другими словами, в проводнике индуцируется ток.
• Этот ток ничем не хуже любого другого, а значит, тоже создает магнитное поле вокруг проводника. Данный принцип заложен в работу двигателей с короткозамкнутым ротором. Но в нашем случае магнитное поле от ЭДС оказывает тормозящий эффект.
• Смотрим на внутреннюю часть схемы. Там мы видим вращающуюся рамку – простейший аналог обмотки якоря.

Так бы работал двигатель постоянного тока, коллектора в котором нет

• Представим, что изначально рамка стоит горизонтально. Когда происходит вращение, части рамки аб и вг начинают пересекать магнитное поле. Ток начинает расти, пока рамка не займет строго вертикальное положение.
• Далее ток начинает падать до нуля, пока рамка снова не примет горизонтальную позицию.

Интересно знать! Падение происходит за счет того, что в таком положении проводники уже не пересекают магнитное поле, а скользят по его линиям.

• Данное положение является противоположным изначальному – части рамки поменялись местами.

Направление, в котором течет ток в проводнике, зависит от того, в какую сторону проводник двигается

• Продолжаем вращение. Ток начинает снова расти, но согласно правилу левой руки, он сменит свое направление в цепи на противоположное. Именно так действует генератор переменного тока. Его отличие от героя нашего обзора состоит в том, что у него нет коллектора, а вместо него используется сплошное контактное кольцо. Такой ток в графическом виде представляется как синусоида – смотрите изображение ниже, пункт «b».

Коллекторы для электродвигателей постоянного тока не дают току менять свое направление

• Смысл назначения коллектора в том, что он не дает току менять направление. Напоминаем, коллектор состоит из изолированных пластин, которые контактирую со щетками так, чтобы при смене полуоборотов рамки, они менялись местами.
• Графически ток, выдаваемый такой рамкой, показан на схеме выше, пункт «с».

Итак, это была вводная информация, которая позволит вам лучше понять то, о чем мы будем говорить во второй части статьи.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Коллекторные электродвигатели постоянного тока

Уникальным свойством коллекторных машин является обратимость этих устройств. Что под эти понимается?

• Все просто! Данные агрегаты способны работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора постоянного тока, при соответствующем подключении статора и ротора двигателя.
• Когда машина постоянного тока подключается к источнику энергии, ток начинает бежать в обмотках ротора и статора агрегата. И там и там моментально образуются электромагнитные поля – якоря и возбуждения. Взаимодействие этих полей создает на роторе некий электромагнитный момент (М).
• Этот момент является вращающим, не обладающий тормозящим эффектом, как в генераторе тока.
• Под действием момента М якорь приходит в движение. При этом потребляется электрическая энергия из питающей сети.
• Когда ротор приходит в движение, в его обмотке начинает индуцироваться ЭДС, подобно тому, как мы описывали в предыдущей главе.

Электродвигатели постоянного тока коллекторные – правило правой руки поможет определить направление магнитного поля обмотки якоря

• Направление ЭДС легко определяется по правилу левой руки, подробное описание которого представлено на рисунке выше.
• Интересно то, что данная ЭДС будет направлена в противоположную сторону питающему ротор току, поэтому данная сила называется противо-ЭДС, то есть она тормозит якорь.
• Если не вдаваться в формулы и расчеты, то можно просто сказать, что при увеличении электромагнитного момента, то есть, когда возрастает нагрузка на вал двигателя, происходит рост мощности в обмотке якоря (на входе двигателя).
• Мы знаем, что напряжение, подводимое к двигателю, постоянно остается неизменным, а значит, из-за возрастания нагрузки происходит рост питающего ротор тока.
• Другими словами, частота вращения якоря будет прямо пропорциональной напряжению и обратно пропорциональной возбуждающему потоку. Растущий ток повышает момент вращения при неизменном нагрузочном моменте
• Говоря еще проще, зажмите чем-нибудь вал двигателя. При этом замедлится его вращение, а сила тока возрастет. Увеличьте силу тока без нагрузки на вал, он раскрутится сильнее, все просто.

Интересно знать! Если нагрузка на вал будет настолько сильной, что во время работы заставит вращаться его в обратном направлении, двигатель перейдет в режим генератора.

Разновидности двигателей постоянного тока

Коллекторный электродвигатель постоянного тока для компактных устройств

Все двигатели постоянного тока можно разделить по их мощности и назначению:

• Самые маленькие экземпляры имеют мощность в единицы Ватт.
• Их обычно устанавливают в небольшие устройства и детские игрушки. Их рабочее напряжение варьируется в пределах 3-9 Вольт, что могут обеспечить обычные батарейки.
• Строение основных рабочих частей таких двигателей следующее: трехполюсной ротор, коллектор с соответствующим количеством пластин, двухполюсной статор, роль которого выполняют постоянные магниты.
• Электродвигатели коллекторные постоянного тока средней мощности, которые выдают десятки ватт.
• Их строение немного отличается: многополюсной ротор и коллектор, щеточный аппарат из двух или четырех щеток, четырехполюсной статор на постоянных магнитах.

Двигатели постоянного тока коллекторные

• Мощные агрегаты, выдающие и потребляющие сотни и тысячи Ватт энергии, имеют практически такое же строение, но вместо маломощных постоянных магнитов в них используются электрические.

Способы возбуждения двигателей постоянного тока

Способы подключения двигателей постоянного тока

Существует четыре способа возбуждения двигателя постоянного тока.

Независимое возбуждение

Не трудно догадаться, что при такой схеме якорь двигателя питается от основного источника постоянного тока – от сети, генератора или выпрямителя, а обмотка возбуждения подключена к дополнительному источнику.

• Обмотка возбуждения имеет регулировочный реостат, позволяющий контролировать режимы работы двигателя.
• К цепи обмотки ротора подключается пусковой реостат. Его назначение — ограничение тока при пуске двигателя.
• Особенностью такой схемы является то, что возбуждающие токи от токов нагрузки не зависят, а значит, магнитный поток двигателя практически не будет зависеть от нагрузки. То есть зависимость частоты вращения и момента будут линейными.
• Огромный недостаток такого двигателя, это то, что если его включить без нагрузки, частота вращения станет очень большой, что может привести даже к выходу его из строя. Ток в обмотке якоря сильно возрастает, из-за чего может возникнуть круговой огонь.
• От работы двигателя в таком режиме защищает автоматика, которая отключает подачу питания.

Интересно знать! Чисто теоретически, работа в таком режиме не может заставить постоянно увеличиваться скорость вращения ротора. Она прекратит нарастать, когда противо-ЭДС достигнет значения напряжения питания.

• Если во время работы такого двигателя произойдет разрыв цепи возбуждения, при условии, что нагрузка на валу близка к номинальной, двигатель остановится, так как электромагнитный момент станет меньше, чем нагрузка на валу. В этом случае ток на обмотке якоря также резко возрастет, что приведет к его перегреву и прочим неприятным последствиям.

Параллельное возбуждение

Схема параллельного возбуждения

В этой схеме обе обмотки питаются от одного источника. В цепи также включены два реостата – регулировочный и пусковой.

• Несмотря на подключение к одной сети, питание, по сути, остается независимым, а значит, ток обмотки возбуждения, также не будет зависеть от тока обмотки якоря.
• Двигатель с таким подключением имеет такие же характеристики, как и независимый.
• Тем не менее, разница есть – такой мотор будет работать только при условии, что напряжение источника питания остается неизменным.

Последовательное возбуждение

Схема с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения имеет последовательное с якорем подключение.

• Для ограничения пускового тока в цепь может быть включен пусковой реостат, также может быть включен и реостат регулировочный.
• При таком подключении токи обмоток уже имеют зависимость друг от друга. При включении реостата они будут равными, а значит, магнитный поток будет зависеть от нагрузки.
• Магнитная система машины не будет насыщенной, пока ток обмотки якоря будет составлять 80-90% от номинального тока. Магнитный поток будет изменяться прямо пропорционально току, из-за чего скоростная характеристика агрегата будет мягкой.
• При возрастании тока частота вращения такого двигателя падает. Это происходит из-за возрастания падения напряжения в сопротивлении цепи обмотки якоря, а также из-за того что растет магнитный поток.
• Когда ток становится больше номинального, зависимости частоты вращения и момента становятся линейными, ведь магнитная цепь становится насыщенной, то есть при изменении тока магнитный поток больше изменяться не будет.

Механическая характеристика двигателя

• Механическая характеристика такого двигателя имеет гиперболическую форму. При малых нагрузках будет сильно уменьшаться магнитный поток, а частота вращения возрастать, что также может привести к тому, что двигатель пойдет вразнос.
• Это обстоятельство ограничивает применение сих агрегатов в системах, предполагающих работу на холостом ходу или с низкими нагрузками.

Интересно знать! Минимально допустимая нагрузка для двигателей с последовательным возбуждением составляет 20-25% от номинального значения. Чтобы не допустить включение двигателя без нагрузки, его присоединяют с приводом через жесткую глухую муфту или зубчатую передачу. Ременные передачи и фрикционные муфты использовать нельзя, так как может случиться обрыв, а последствия вам уже известны.

Что интересно, несмотря на такой недостаток, эти двигатели очень распространены, особенно там, где имеется изменение нагрузки и тяжелые условия пуска, например, в электровозах, электрокарах, тепловозах и прочем.

И объяснить это очень просто – при мягкой характеристике возрастание нагрузки не приводит к сильному росту тока и потребляемой энергии, а значит, с перегрузками данные агрегаты справляются лучше. Также не забываем про высокий пусковой момент, чего лишены рассматриваемые ранее варианты двигателей.

Смешанное возбуждение

Двигатель со смешанным возбуждением

Магнитный поток внутри такого двигателя создается благодаря совместному взаимодействию двух обмоток возбуждения. Одна из них подключена независимо или параллельно, а вторая последовательно.

• Механическая характеристика такого агрегата представляет собой нечто среднее между предыдущими вариантами.
• Большим преимуществом такого двигателя является возможность работать в холостом режиме, обладая при этом мягкой характеристикой.

Интересно знать! В режиме холостого хода частота вращения зависит от магнитного потока обмотки, подключенной параллельно.

• К достоинствам таких двигателей можно отнести простоту производства, эксплуатации и ремонта. Они имеют солидный рабочий ресурс.
• Из недостатков выделяются – низкомоментность и быстроходность.

При замедлении скорости вращения они становятся малоэффективными, их сложно охладить.

Немного об универсальности

На фото — электродвигатель постоянного тока универсальный коллекторный

Давайте немного поговорим про универсальные коллекторные двигатели. Суть этих агрегатов заключается в том, что они могут работать как от постоянного, так и от переменного токов.

• Используются такие машины в основном на электроинструменте, и некоторой бытовой технике, так как имеет малые размеры и легкую регулировку скорости вращения вала.
• По сути, эти двигатели являются ДПТ с последовательно запитанными обмотками, просто они оптимизированы для работы от общественной сети переменного тока.
• Данный двигатель будет вращаться в одну сторону вне зависимости от того в какую сторону бежит ток по обмоткам, хотя противофазный эффект имеет место быть, но он незначителен.
• Подробно об этом мы писали в недавней статье про двигатели переменного тока, если интересно, советуем ознакомиться.

На этом закончим наш обзор. Как видите, коллектор электродвигателя постоянного тока это небольшая, простая, но очень важная деталь, отличающая такие моторы от вариантов, работающих на переменном токе. Видео, которое мы подобрали, поможет еще лучше усвоить материал.

характеристика, конструкция электродвигателя переменного тока, ремонт

Практически все виды электрооборудования оснащены мощными элементами с механической коммутацией. Их слаженная работа зависит от универсального коллекторного двигателя, который прекрасно справляется с различными нагрузками. Но чтобы такой агрегат исправно служил, нужно тщательно изучить не только его конструктивные особенности, но и принцип действия.

Краткая характеристика устройства

Специалисты привыкли называть коллекторным двигателем те электрические машины, где переключатель тока и датчик ротора — это один и тот же элемент. Именно он обеспечивает надёжное соединение разных цепей в неподвижном отсеке агрегата с ротором.

Его конструкция состоит из мощных щёточек (это специфические контакты скользящего типа, которые расположены возле вращающейся части мотора) и коллектора (эта деталь установлена производителем на движимом узле механизма).

К основным преимуществам такого элемента можно смело отнести то, что высококачественный двигатель прост в уходе и эксплуатации, поддаётся ремонту и имеет большой рабочий ресурс. Среди недостатков сами производители выделяют то, что агрегат имеет небольшой вес и большой процент КПД. Конечно, чаще всего два этих показателя являются положительными, но не в этой ситуации.

Сочетание быстроходности (может достигать нескольких тысяч оборотов в минуту) и низкой массы чревато тем, что для нормальной эксплуатации потребителю нужно дополнительно приобретать хороший редуктор. Если же машина будет перестроена на меньшую скорость, то уровень КПД может серьёзно упасть, из-за чего возникают проблемы с качественным охлаждением.

Разновидности модельного ряда

Коллекторный мотор — это вращающаяся электрическая машина переменного тока, которая легко преобразует постоянный ток в механическую энергию. Минимум одна обмотка, которая участвует в этом процессе соединена с главным коллектором.

Практически каждая модель состоит из таких элементов:

1. Качественный статор двухполюсного типа на постоянных магнитах.
2. Профессиональный трёхполюсной ротор на специфических подшипниках с эффектом скольжения.
3. Медные пластины, которые используются в качестве щёток для коллекторного мотора.

Стоит отметить, что этот набор является минимальным, из-за чего часто встречается в бюджетных моделях. Это касается и детских игрушек, где не нужна большая рабочая мощность.

В комплектацию более качественных изделий обычно добавляют ещё несколько элементов:

• Многополюсной ротор на специальных подшипниках качения.
• Четыре щётки из графита, которые представлены в виде коллекторного агрегата.
• Статор с четырьмя полюсами, который состоит из постоянных магнитов.

Такие агрегаты принято использовать в современных автомобилях для обустройства высококачественного привода для вентилятора системы охлаждения и вентиляции, дворников и насосов омывателей лобового стекла. Конечно, в продаже можно встретить и более сложные агрегаты, которые отличаются не только эксплуатационными характеристиками и сферой применения, но и ценой.

Если мощность электродвигателя находится в пределах нескольких сотен ватт, то в его комплектацию обязательно входит четырехполюсной статор, который изготовлен из специальных магнитов. А вот качественное подключение обмотки может быть выполнено по одному из следующих способов:

• Параллельно. В условиях колеблющейся нагрузки все обороты остаются стабильными, но вот максимальный момент немного снижен.
• Последовательно с ротором. Этот вариант отличается тем, что максимальный момент приобретает довольно внушительные показатели, но присутствует большой риск поломки мотора, так как агрегат эксплуатируется пользователем на больших оборотах.
• Независимое возбуждение от отдельного источника питания. Для этой ситуации используются те же самые характеристики, которые свойственны параллельному типу подключения. Стоит отметить, что этот вариант применяется специалистами крайне редко.
• Смешанный тип возбуждения, когда определённая часть имеющейся обмотки подключается последовательно, а вторая часть — параллельно. В этой конфигурации удачно совмещены все преимущества предыдущих вариантов. Такой тип подключения идеально подходит для автомобильных стартеров.

Но известные производители предусмотрели наличие универсальных коллекторных двигателей. Ключевая их особенность состоит в том, что они отлично работают как на постоянном, так и на переменном токе. Их активно эксплуатируют в бытовой технике, электроинструментах, а также в составах железнодорожного транспорта.

Такая популярность обусловлена тем, что они имеют достаточно небольшой вес и размер. Помимо этого, их цена более чем доступна и каждый пользователь может самостоятельно установить необходимое для работы количество оборотов. За счёт этого коллектор электродвигателя относится к категории устройств переменного тока, он показывает отличные результаты и с нестабильными источниками энергии.

Составляющие элементы конструкции

Чтобы максимально правильно разобраться с особенностями устройства коллекторного электродвигателя, нужно изучить все комплектующие детали этого агрегата. Ведь само устройство представлено в виде прибора постоянного тока, где присутствуют последовательно включённые обмотки возбуждения. Они предназначены для работы на переменном токе бытовой электросети.

В независимости от полярности двигатель всегда вращается только в одну сторону. Такая особенность связана с тем, что последовательное соединение обмоток ротора и статора приводит к одновременной смене магнитных полюсов. В результате этого результирующий момент направляется исключительно в одну и ту же сторону.

Высокая эффективность использования коллекторного электродвигателя обусловлена наличием следующих элементов:

• Статор — это неподвижная часть установки.
• Якорь — неотъемлемая деталь коллекторного агрегата, в котором происходит индуктирование электродвижущей силы и протекает ток нагрузки. Стоит отметить, что в качестве якоря может выступать как статор, так и ротор.
• Индуктор — специализированная система возбуждения. Эта деталь создаёт магнитный поток для своевременного образования крутящегося момента. Индуктор обязательно оснащается обмоткой возбуждения или же постоянными магнитами. Сама деталь может выступать в качестве неотъемлемой части статора или ротора.
• Ротор — вращающийся элемент машины.
• Коллектор — базовая часть мотора, которая контактирует со щётками (две эти детали распределяют электрический ток по катушкам обмотки якоря).
• Щётки — это составляющая часть цепи, по которой передаётся электроэнергия от источника питания к якорю. Эти элементы выпускаются из прочного графита. Двигатель постоянного тока может содержать от одной пары щёток и более.

Функциональные возможности мотора

Схема устройства коллекторного двигателя прекрасно демонстрирует, как этот агрегат преобразует электричество в механическую энергию и в обратном порядке. Это говорит о том, что такое устройство может использоваться даже в качестве генератора. Когда ток проходит сквозь проводник, который расположен в магнитном поле, то на него воздействуют определённые силы. При этом активно работает правило правой руки, оказывающее непосредственное влияние на итоговую мощность двигателя. Коллекторный агрегат функционирует именно по такому принципу.

В стандартной схеме чётко показано, что в магнитное поле помещена одна пара проводников, ток которых направлен в разные стороны так же, как и силы. Образуемая ими сумма даёт необходимый для оборудования крутящийся момент. В коллекторном двигателе производители добавили ещё и целый комплекс дополнительных узлов, которые гарантируют идентичное направление тока над полюсами.

За счёт того, что на якоре расположено ещё несколько катушек, полностью устранилась неравномерность хода. Помимо этого, у мастеров больше нет необходимости задействовать постоянный ток, так как обычные магниты были заменены на более мощные катушки. На финальном этапе производства крутящийся момент принял единое направление.

Плюсы и минусы эксплуатации

Для сравнения квалифицированные специалисты использовали следующие параметры: оба агрегата подключили к домашней электросети с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Мощность мотора устройств полностью идентична. Итоговая разность в механических параметрах может выступать как огромный плюс, так и как минус (всё зависит только от того, какие требования предъявляет пользователь к приводу).

Коллекторный двигатель обладает следующими преимуществами над агрегатом постоянного тока:

1. Меньший показатель пускового тока, что особенно важно для той техники, которая используется потребителями в быту.
2. Агрегат можно включать напрямую в сеть, полностью отсутствует необходимость в установке вспомогательных приспособлений. А вот агрегат с постоянным током нуждается в непрерывном выпрямлении.
3. Быстроходность и полное отсутствие зависимости от сетевой частоты.
4. Если есть управляющая схема, то устройство коллектора получается более простым — тиристор и реостат. Когда электронная деталь выходит из строя, то сам агрегат остаётся в рабочем состоянии (но будет эксплуатироваться на полную мощность).

Не стоит забывать о недостатках, которые должны быть тщательно изучены каждым потребителем ещё до покупки агрегата. Только в этом случае можно быть уверенным в соответствии устройства всем предъявленным требованиям.

Коллекторный электродвигатель обладает следующими минусами:

1. Общий процент КПД существенно снижен, так как присутствует индуктивность и потери на перемагничивание статора.
2. Существенно уменьшен максимальный крутящийся момент.
3. Относительно небольшая надёжность и непродолжительный эксплуатационный срок.

Любые изменения в настройках возможны только в том случае, если в агрегате предусмотрено наличие регулятора оборотов. Разное количество подаваемой электроэнергии может менять этот показатель всего на 10%. В то время как качественный регулятор оборотов позволяет уменьшить их количество в несколько раз. Сделать такое приспособление можно самостоятельно или купить в специализированном магазине. Но нужно проверить, сможет ли оно работать в коллекторе с определённой мощностью и количеством оборотов. Если же регулятор будет слабым, то он просто сломается.

Ремонт двигателя в домашних условиях

Как и любое другое устройство, коллектор может выйти из строя в самый неподходящий момент. Если электродвигатель не набирает заданное количество оборотов или же после старта не начинает крутиться вал, тогда нужно проверить работоспособность предохранителей. Проблема также может быть вызвана обрывом в цепи якоря и перегрузкой устройства. Довольно часто нерациональное использование агрегата приводит к потреблению силы тока повышенного значения. Устранить эту неисправность можно только после осмотра тормоза и механической части.

Если во время работы агрегат не выдаёт номинальное количество оборотов, то это может быть вызвано недостаточным сетевым напряжением, перегрузкой, а также большим возбуждающим током. Если пользователь заметил неработоспособность обратного типа, тогда необходимо проверить электрическую цепь, а также устранить все образовавшиеся дефекты. В некоторых случаях агрегат начинает функционировать только после перемотки двигателя.

Когда устройство не работает из-за ошибочного сопряжения параллелей и последовательной обмотки возбуждения, тогда пользователю необходимо восстановить правильный порядок соединений.

Не стоит забывать о регулярной проверке величины напряжения в электросети, так как обороты двигателя могут существенно возрастать.

Коллекторные однофазные двигатели переменного тока

 

Принцип работы и описание конструкции. Достоинства, недостатки и сферы применения

Хорошо известные многим асинхронные двигатели переменного тока не лишены недостатков, таких как невысокая перегрузочная способность, сложность и небольшой диапазон регулирования, невысокий пусковой момент. Все эти проблемы давно и достаточно успешно решаются применительно к общепромышленному асинхронному электроприводу.

Тем не менее, в некоторых электроприводах используются двигатели, получающие питание от сети переменного тока, но предоставляющие полный набор преимуществ, характерных для электрических машин постоянного тока. Речь идет о коллекторных однофазных электродвигателях переменного тока.

Дело в том, что любой электродвигатель постоянного тока теоретически может работать от сети переменного напряжения. Ведь направление его электромагнитного момента в любой момент времени зависит от текущего направления электрических токов в якорной обмотке и в обмотке возбуждения.

Если обе обмотки подключить в одну сеть переменного тока с частотой 50 герц, то ток в них будет менять свое направление одновременно. Поэтому крутящий момент не будет менять своего направления – двигатель будет набирать обороты, в том числе под нагрузкой.

На практике же все бывает немного сложнее. При независимом или параллельном включении обмотки возбуждения неизбежно возникает сдвиг фаз между напряжением сети и током возбуждения. Тогда электромагнитный момент будет попеременно менять свое направление, и нормальная работа привода будет невозможна.

Поэтому, коллекторные двигатели, предназначенные для включения в сеть переменного тока, имеют обмотку возбуждения, включенную последовательно с якорной обмоткой. В этом случае ток обмоток общий, и его направление может измениться только в обеих обмотках.

Это обеспечивает электромагнитный момент постоянного направления. Обычно, обмотка возбуждения делится на две части, одна из которых включается до якоря, а другая – после (относительно фазного провода). Для устранения влияния реакции якоря часто включаются дополнительные, компенсационные обмотки.

Для включения в сеть переменного напряжения традиционный для двигателей постоянного тока цельный, сварной магнитопровод статора не подходит – слишком большой величины будут достигать токи Фуко и связанные с ними потери на перемагничивание. Поэтому, магнитопроводы коллекторных двигателей переменного тока выполняются шихтованными из отдельных пластин.

Механическая и электромеханическая характеристики коллекторных двигателей переменного тока схожи с характеристиками электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения. Но в целом характеристики получаются хуже: из-за сдвига фаз на переменном токе коллекторный электродвигатель потребляет больший ток. Увеличение происходит за счет возникновения реактивной составляющей, и оно же становится причиной снижения КПД.

Их коммутация осложнена из-за наличия коллекторно-щеточного аппарата. Поэтому, мощность однофазных коллекторных машин ограничена несколькими киловаттами. Большая мощность нецелесообразна из-за больших потерь и повышенного износа щеток и коллекторных пластин.

Непрерывная коммутация щеток на коллекторе двигателей переменного тока способна генерировать достаточно мощные электромагнитные радиопомехи. Это легко замечают люди, имеющие опыт одновременного бритья электробритвой на 220 вольт и прослушивания радиоприемника. Чтобы минимизировать эти помехи, параллельно якорю двигателя устанавливаются фильтры, содержащие конденсатор.

Нормативная наработка на отказ коллекторных двигателей переменного тока составляет несколько тысяч часов. Это, конечно, немного в сравнении с обычными «асинхронниками». Однако, у них есть и свои преимущества.

Так, скорость вращения можно регулировать в очень широких пределах, причем разными способами: понижением напряжения или введением дополнительных сопротивлений в цепь питания. А вот изменение частоты питающего напряжения на скорость коллекторного электромотора не влияет.

Предельные и номинальные частоты вращения коллекторных двигателей могут достигать десяти тысяч оборотов в минуту, что недостижимо для асинхронных. Кроме того, они имеют очень хороший пусковой момент, способны выдерживать серьезные перегрузки и даже воздействие режима короткого замыкания в течение нескольких секунд без ущерба для своей конструкции.

Коллекторные однофазные двигатели отличаются высокой удельной мощностью: они компактны и приемисты. Благодаря своей, не особенно сложной конструкции, эти машины приобрели довольно широкую популярность среди производителей бытовой техники и ручного электроинструмента.

Так, подавляющее большинство пылесосов, стиральных машин, кухонных комбайнов, углошлифовальных машин, дрелей оснащены именно коллекторными однофазными электродвигателями, способными включаться в сеть как переменного, так и постоянного тока.

Для подключения в сеть постоянного тока в них используется вся обмотка возбуждения, а для включения в переменную сеть – часть ее. Тогда необходимость в компенсационных обмотках отпадает, а двигатель может считаться универсальным.

Устройство и отличия от бесколлекторного двигателя

Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

Виды коллекторных двигателей

В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

• Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
• Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

Устройство коллекторного двигателя

Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

• Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
• Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;

• Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
• Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

• Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
• Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
• Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

Принцип работы коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

Варианты обмоток возбуждения

Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

• Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
• Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
• Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.

ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

• Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

Плюсы

1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

Недостатки

1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Возможные поломки и способы их ремонта

В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.

Универсальный коллекторный двигатель

Универсальный двигатель

Дмитрий Левкин

Конструкция универсального коллекторного электродвигателя не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока с обмотками возбуждения, за исключением того, что вся магнитная система (и статор, и ротор) выполняется шихтованной и обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция и статора, и ротора обусловлена тем, что при работе на переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери.

Универсальный двигатель

Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока [2].

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный коллекторный электродвигатель может быть выполнен как с последовательным, так и с параллельным и независимым возбуждением.

В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением.

Принцип работы универсального двигателя

Возможность работы универсального двигателя от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:

,

• где M — электромагнитный момент, Н∙м,
• – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
• – ток в обмотке якоря, А,
• Ф — основной магнитный поток, Вб.

В качестве универсального используют двигатель последовательного возбуждения, у которого ток якоря является и током возбуждения, что обеспечивает почти одновременное изменение направления тока в обмотке якоря Iа и магнитного потока возбуждения Ф при переходе от положительного полупериода переменного напряжения сети к отрицательному.

Если двигатель подключить к сети синусоидального переменного тока, то ток якоря Ia и магнитный поток Ф будут изменяться по синусоидальному закону:

,

• где i — ток, А,
• – амплитуда тока, А,
• – частота, рад/c.

,

• где – наибольшее значение магнитного потока, Вб,
• – угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обусловленный магнитными потерями в двигателе, рад.

Отсюда получим формулу электромагнитного момента коллекторного двигателя последовательного возбуждения, включенного в сеть синусоидального переменного тока, Нм:

.

После преобразования:

.

Первая часть выражения представляет собой постоянную составляющую электромагнитного момента Mпост, а вторая часть — переменную составляющую этого момента Мпер, изменяющуюся во времени с частотой, равной удвоенной частоте напряжения питания.

Таким образом, результирующий электромагнитный момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует. Пульсации электромагнитного момента практически не нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента () и большом моменте инерции якоря вращение последнего оказывается равномерным.

Особенности универсального двигателя

Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.

Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].

Области использования

Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры, фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в таких инструментах, как дрели и шуруповерты.

Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко использовался в стиральных машинах. Сейчас благодаря развитию преобразовательной техники более широкое использование получают бесщеточные электродвигатели (СДПМ, АДКР) скорость вращения которых регулируется изменением частоты напряжения питания.

Смотрите также

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

• независимыми;
• параллельными;
• последовательными;
• смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

• А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
• В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
• С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
• D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
• Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

• снижение КПД;
• повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

• высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
• динамичность управления;
• низкая стоимость.

Основные недостатки:

• малая мощность;
• потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

• отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

Минусы:

• стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
• недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

• высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
• низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
• поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
• работа без нагрузки приводит к поломке КД.

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

• не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
• малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
• высокий момент силы на низкой частоте вращения;
• простое и динамичное управление.

Коллекторный электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

• постоянного тока;
• переменного тока;
• универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

Общее устройство коллекторных двигателей

Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

Коллекторный двигатель: устройство

Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

Ротор коллекторного двигателя

Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

Подвижная (вращающаяся) часть

Роторная обмотка

Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

Так выглядит ротор коллекторного двигателя

В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

Как устроен коллекторный узел и как он работает

Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

Принцип работы

Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

Достоинства и недостатки

Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

• Простое устройство.
• Высокая скорость до 10 000 об/мин.
• Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
• Невысокая стоимость.
• Возможность регулировать скорость в широких пределах.
• Невысокие пусковые токи и нагрузки.

Схема коллекторного двигателя

Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

• Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
• Искрение щёток, их износ.
• Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
• Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
• Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

• постоянные магниты;
• обмотки возбуждения.

Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

• Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
• Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
• Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
• Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Универсальные коллекторные двигатели

Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

• Схема возбуждения всегда последовательная.
• Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
• Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

Достоинства и недостатки

Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

• Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
• Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
• Создают радиопомехи.
• Повышенный уровень шума при работе.

Во многих моделях строительной техники

Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

Универсальный коллекторный двигатель — это… Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

• Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
• Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
• Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

• Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
• Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

• Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
• Компактность (даже с учётом редуктора).
• Больший пусковой момент.
• Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
• Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

• Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
• Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
  • Относительно малая надёжность (срок службы)
  • Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
  • Высокий уровень шума
  • Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

• УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
• Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

Применение

Ручной электроинструмент:

Бытовая техника:

См. также

• Вентильный электродвигатель
• Электродвигатель

Ссылки

Коллекторный двигатель: Устройство, виды и принцип работы

Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

Виды коллекторных двигателей

В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

• Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
• Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

Устройство коллекторного двигателя

Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

• Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
• Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;

Читайте также:  Двигатель Д 240: Устройство и технические характеристики

• Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
• Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

• Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
• Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
• Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

Принцип работы коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

Варианты обмоток возбуждения

Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

• Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
• Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
• Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.

ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

• Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

Плюсы

1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

Недостатки

1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Возможные поломки и способы их ремонта

В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

Читайте также:  Двигатель 1ZZ: Характеристики двигателя

Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.



Принцип работы двигателя переменного тока

Двигатели

переменного тока отличаются от двигателей постоянного или постоянного тока тем, что в них используется переменный ток, который меняет направление. Эти двигатели по-прежнему широко используются в современной жизни, и вы можете найти их в бытовой технике и гаджетах в собственном доме. В этом блоге мы говорим о принципе работы двигателя переменного тока.

Что такое двигатель переменного тока?

Двигатель, который преобразует переменный ток в механическую энергию с помощью явления электромагнитной индукции, называется двигателем переменного тока .Статор и ротор — две наиболее важные части двигателей переменного тока. Статор — это неподвижная часть двигателя. А ротор — это вращающаяся часть мотора. Двигатель переменного тока может быть однофазным или трехфазным.

Принцип работы двигателя переменного тока

Основная работа двигателя переменного тока зависит от принципа магнетизма. Простой двигатель переменного тока содержит катушку с проводом и два фиксированных магнита, окружающих вал. Когда электрический заряд (переменный ток) применяется к катушке с проволокой, она становится электромагнитом.Этот электромагнит генерирует магнитное поле.

Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и некоторые другие свободно вращающиеся металлические части, которые могут проводить электричество. В двигателе переменного тока энергия подается на внешние катушки, составляющие статор. Катушки включаются попарно, последовательно, создавая магнитное поле, которое вращается вокруг двигателя снаружи.

Вы знаете, как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться?

Ротор подвешен внутри магнитного поля.Магнитное поле постоянно меняется из-за вращения, поэтому, согласно закону электромагнетизма, магнитное поле создает электрический ток внутри ротора.

Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него в виде петли. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него протекают вихревые токи. Индуцированный ток создает собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма, вращающееся магнитное поле также создается путем вращения.Проще говоря, когда магниты взаимодействуют, вал и катушка проводов начинают вращаться, что приводит в действие двигатель.

ДОЛЖЕН ПРОЧИТАТЬ ДОБАВЛЕНИЯ В БЛОГЕ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Разница между двигателем переменного и постоянного тока

Типы двигателей переменного тока

В основном электродвигатели переменного тока, разделенные на два типа. Это синхронный двигатель и асинхронный двигатель.

1. Синхронный двигатель переменного тока

Двигатель, который преобразует электрическую мощность переменного тока в механическую энергию и работает только с синхронной скоростью, называется синхронным двигателем.

Когда питание подается на синхронный двигатель, создается вращающееся поле. Это поле пытается увлечь за собой ротор, но из-за инерции ротора он не может вращаться. Следовательно, он не создает пусковой крутящий момент. Таким образом, синхронный двигатель не запускается автоматически.

2. Асинхронный или асинхронный двигатель переменного тока

Устройство, которое преобразует электрическую мощность переменного тока в механическую энергию с помощью явления электромагнитной индукции, называемого асинхронным двигателем.Асинхронный двигатель делится на два типа

• Однофазный асинхронный двигатель
• Трехфазные асинхронные двигатели.

В индукционной машине обмотка якоря служит одновременно обмоткой якоря и обмоткой возбуждения. Когда обмотки статора подключаются к источнику переменного тока, в воздушном зазоре возникает магнитный поток. Поток вращается с фиксированной скоростью, называемой синхронной скоростью. Этот вращающийся поток индуцирует напряжения в обмотке статора и ротора.

Если цепь ротора замкнута, ток течет через обмотку ротора и реагирует с вращающимся потоком, создавая крутящий момент.В установившемся режиме ротор вращается со скоростью, очень близкой к синхронной.

Применение двигателя переменного тока

Двигатели переменного тока

используются во многих бытовых приборах и приложениях,

• Часы
• Электроинструменты
• Накопители
• Стиральные машины и другая бытовая техника
• Проигрыватели виниловых пластинок
• Вентиляторы
  Их также можно найти в промышленных приложениях,
• Насосы
• Воздуходувки
• Конвейеры
• Компрессоры

Надеюсь, эта статья поможет вам понять принцип работы двигателя переменного тока.

Мы в Robu.in надеемся, что вам было интересно, и что вы вернетесь к другим нашим образовательным блогам.

Коммутаторные двигатели переменного тока

| Двигатели переменного тока

Первая работа Чарльза Протеуса Штайнмеца после прибытия в Америку заключалась в исследовании проблем, возникших при разработке версии электродвигателя с щеточным коллектором для переменного тока. Ситуация была настолько плохой, что двигатели не могли быть спроектированы с опережением фактического строительства.

Успех или неудача конструкции двигателя неизвестны, пока он не будет фактически построен и испытан.Он сформулировал законы магнитного гистерезиса в поисках решения. Гистерезис — это отставание напряженности магнитного поля от силы намагничивания. Это приводит к потерям, которых нет в магнитах постоянного тока.

Сплавы с низким гистерезисом и разделение сплава на тонкие изолированные слои позволили точно спроектировать коллекторные двигатели переменного тока перед сборкой.

Коллекторные двигатели

переменного тока, как и сопоставимые двигатели постоянного тока, имеют более высокий пусковой момент и более высокую скорость, чем асинхронные двигатели переменного тока.

Серийный двигатель работает намного выше синхронной скорости обычного двигателя переменного тока. Коллекторные двигатели переменного тока могут быть однофазными или многофазными. Версия с однофазным переменным током испытывает пульсацию крутящего момента с двойной частотой сети, которой нет в многофазном двигателе.

Поскольку коллекторный двигатель может работать на гораздо более высокой скорости, чем асинхронный двигатель, он может выдавать больше мощности, чем асинхронный двигатель аналогичного размера. Однако коллекторные двигатели не так необслуживаемы, как асинхронные, из-за износа щеток и коллекторов.

Однофазный двигатель серии

Если последовательный двигатель постоянного тока, оснащенный ламинированным полем, подключен к переменному току, запаздывающее реактивное сопротивление катушки возбуждения значительно снизит ток возбуждения. Пока такой мотор будет вращаться, работа предельная.

При пуске обмотки якоря, подключенные к закороченным щетками сегментам коммутатора, выглядят как закороченные витки трансформатора на поле. Это приводит к значительному искрообразованию и искрению на щетках, когда якорь начинает вращаться.

Это меньшая проблема по мере увеличения скорости, при котором дуга и искрение распределяются между сегментами коммутатора. Запаздывающее реактивное сопротивление и дуговые щетки допустимы только в очень маленьких нескомпенсированных двигателях переменного тока, работающих на высокой скорости. Электродвигатели переменного тока серии меньшего размера, чем ручные дрели и кухонные миксеры, могут не иметь компенсации. (Рисунок ниже)

Двигатель переменного тока серии без компенсации

Двигатель с компенсацией серии

Дугообразование и искрение уменьшаются путем размещения компенсирующей обмотки на статоре последовательно с якорем, расположенным так, чтобы его магнитодвижущая сила (ммс) компенсировала переменный ток якоря, ммс.

Меньший воздушный зазор двигателя и меньшее количество витков возбуждения снижают последовательное реактивное сопротивление запаздывания, а якорь улучшает коэффициент мощности. Все коллекторные двигатели переменного тока, кроме очень маленьких, имеют компенсирующие обмотки. В двигателях такого же размера, как в кухонном смесителе, или в двигателях большего размера используются компенсированные обмотки статора.

Электродвигатель переменного тока серии с компенсацией

Универсальный двигатель

Можно спроектировать небольшие (менее 300 Вт) универсальные двигатели , которые работают от постоянного или переменного тока.Очень маленькие универсальные двигатели могут не компенсироваться. В более мощных универсальных двигателях с большей скоростью используется компенсирующая обмотка.

Двигатель будет работать медленнее на переменном токе, чем на постоянном, из-за реактивного сопротивления переменного тока. Однако пики синусоидальных волн насыщают магнитный путь, уменьшая общий поток ниже значения постоянного тока, увеличивая скорость «последовательного» двигателя.

Таким образом, эффекты смещения приводят к почти постоянной скорости от постоянного тока до 60 Гц. Небольшие линейные устройства, такие как дрели, пылесосы и миксеры, требующие от 3000 до 10 000 об / мин, используют универсальные двигатели.

Тем не менее, разработка твердотельных выпрямителей и недорогих постоянных магнитов делает двигатель постоянного тока с постоянными магнитами жизнеспособной альтернативой.

Отталкивающий двигатель

Отталкивающий двигатель состоит из поля, напрямую подключенного к сети переменного тока, и пары закороченных щеток, смещенных на 15 ° до 25 ° от оси поля. Поле индуцирует ток в закороченном якоре, магнитное поле которого противоположно полю катушек возбуждения.

Скорость можно регулировать вращением щеток относительно оси поля.Этот двигатель имеет превосходную коммутацию ниже синхронной скорости, меньшую коммутацию выше синхронной скорости. Низкий пусковой ток обеспечивает высокий пусковой момент.

Отталкивающий двигатель переменного тока

Асинхронный двигатель с отталкиванием

Когда асинхронный двигатель приводит в движение жесткую пусковую нагрузку, такую ​​как компрессор, может использоваться высокий пусковой момент отталкивающего двигателя. Обмотки ротора асинхронного двигателя выведены на сегменты коммутатора для запуска парой закороченных щеток.

На скорости, близкой к рабочей, центробежный переключатель закорачивает все сегменты коммутатора, создавая эффект ротора с короткозамкнутым ротором. Щетки также можно поднимать, чтобы продлить срок их службы. Пусковой крутящий момент составляет от 300% до 600% от значения полной скорости по сравнению с менее чем 200% для чисто асинхронного двигателя.

Резюме: Коллекторные двигатели переменного тока

• Однофазный двигатель серии — это попытка построить двигатель, подобный коллекторному двигателю постоянного тока.Полученный двигатель практичен только в самых маленьких размерах.
• Добавление компенсирующей обмотки дает компенсированный двигатель серии , преодолевая чрезмерное искрение коллектора. Большинство коллекторных двигателей переменного тока относятся к этому типу. На высокой скорости этот двигатель обеспечивает большую мощность, чем асинхронный двигатель такого же размера, но не требует обслуживания.
• Возможно производство небольших двигателей для бытовых приборов с питанием от переменного или постоянного тока. Он известен как универсальный двигатель .
• Линия переменного тока напрямую подключена к статору отталкивающего двигателя , коллектор закорочен щетками.
• Выдвижные закороченные щетки могут запустить асинхронный двигатель с фазным ротором. Это известно как асинхронный двигатель с отталкивающим пуском .

Что такое двигатель переменного тока? Типы, принципы и конструкции

Двигатель переменного тока — это аббревиатура от двигателей переменного тока, изобретенных Никола Тесла для преобразования энергии из электрической в ​​механическую, точно так же, как двигатели постоянного тока (двигатель с направленным током). Электродвигатели переменного тока
используются в вентиляторах, фенах, часах, стиральных машинах и многих других устройствах, предоставляющих услуги в офисах, на фабриках, предприятиях и т. Д.

Что такое двигатель переменного тока?

Два основных типа электрических двигателей Двигатели — это двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока.
В то время как оба двигателя производят механическую энергию, двигатели переменного тока используют переменный поток тока, который является разновидностью электрического тока и периодически меняет направление в качестве входа. В результате скорость производства механической энергии электродвигателем переменного тока зависит от скорости изменения направления в секунду.
Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока, помимо конструкции, заключается в типе электрической энергии, используемой для производства механической энергии.Другими словами, в то время как двигатели переменного тока используют переменный ток для производства механической энергии, двигатели постоянного тока преобразуют другой тип электроэнергии, известный как постоянный ток, в механическую энергию.
Есть также преимущества, связанные с двигателями переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока:
— Двигатели переменного тока более долговечны
— Они имеют меньшую стоимость
— Легче в эксплуатации
— Меньше необходимости в обслуживании и замене деталей
Вы можете увидеть наиболее распространенные типы двигателей переменного тока в таблице ниже:

Типы двигателей переменного тока

Существует много различных типов двигателей переменного тока.Однако они могут немного отличаться по своим возможностям и чертам характера.

Если вы собираетесь его купить, вам нужно знать отличия, слабые и сильные стороны, чтобы у вас был лучший выбор.

Наиболее распространенные двигатели переменного тока:

1. Асинхронные двигатели
2. Бесщеточные двигатели переменного тока
3. Синхронные двигатели переменного тока
4. Двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором
5. Двигатели переменного тока с расщепленными полюсами
6. Однофазные двигатели переменного тока
7. Двигатели переменного тока второй фазы
8. Двигатели переменного тока третьей фазы
9. По часовой стрелке
10. Против часовой стрелки
11. Реверсивный

Как вы видите, некоторые из них разветвлены в зависимости от типа двигателя, а другие названы по количеству фаз, максимальной выходной скорости, номинальной частоте, питанию напряжение или вращение.Существуют также другие типы, разветвленные в зависимости от числа полюсов, длины вала, класса эффективности и т. Д.

Среди всех двух наиболее распространенных двигателей являются индуктивные и синхронные двигатели, описанные ниже. Чтобы узнать больше о других типах, вы можете щелкнуть по названиям (если они активны).

Асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели больше подходят для пускателей, чем другие типы, из-за простоты обслуживания и простоты.
Сильной стороной асинхронных двигателей является их постоянная скорость даже с первого этапа нагрузки.Эти типы двигателей используются как в бытовых, так и в промышленных машинах. Они также известны как асинхронные двигатели.

Синхронные двигатели

Эти двигатели движутся синхронно со скоростью переменного тока, поэтому очевидно, что скорость не будет постоянной.
Хотя синхронные двигатели не поддерживают постоянную скорость во время нагрузки или работы, скорость двигателя можно регулировать.
Синхронные двигатели в основном используются в промышленности из-за того, что они могут производить огромное количество энергии.Кроме того, они такие большие, шумные и дорогие, что не подходят для домашнего использования.

Конструкция двигателя переменного тока

Двигатели переменного тока не имеют коммутаторов (щеток), в отличие от двигателей постоянного тока. Вот почему они требуют меньшего обслуживания. Щетки проводят энергию от источника к якорю.
В двигателях переменного тока нет необходимости в щетках для подачи электричества. Вместо этого в двигателе переменного тока есть другие части, работающие вместе, чтобы преобразовать электрическую энергию в механическую.

Три центральные части двигателя переменного тока включают в себя: (мы подробно обсудим структуру двигателя переменного тока в другом посте.)

Подробнее о электродвигателях с коммутатором Linquip

: краткое введение в устройство и принцип работы Генератор переменного тока

Двигатели переменного тока используют генератор переменного тока для изменения направления тока. Таким образом, генератор работает как генератор в двигателях переменного тока.

Ротор

Ротор — это вращающийся вал, который получает ток от генератора и создает двухполюсное электромагнитное поле (ЭМП).

Статор

Сам ротор вращается вокруг (или внутри) статора, который представляет собой набор катушек из медной проволоки. Это заставит ЭДС переключить свое направление, и в результате переключатся полюса.

Принцип работы двигателя переменного тока

Двигатель переменного тока управляется напряжением и частотой, что приводит к изменению количества магнитных полюсов.

1- Создание электромагнитного поля

Как упоминалось ранее, магнитное поле создается из-за вращения ротора вокруг статора, который вращается сам.

2- Переключение полюсов

ЭДС, вызывающая вращение, постоянно меняет свое направление и впоследствии переключает полюса.

3- Выполнение электрической цепи приводит к движению

Итак, во вращающемся статоре создается ЭДС. Помните, что статор закрывает ротор (или наоборот), создавая собственное электромагнитное поле.
Следовательно, в статоре будут Южный и Северный полюсы, а в роторе — Южный и Северный полюсы. Каждый полюс ротора притягивает противоположную сторону статора.Поскольку через ротор проходит приводной вал, он может свободно перемещаться по направлению к противоположному полюсу статора. Движение производит необходимую механическую энергию, и именно так электричество преобразуется в механическую энергию.
На рисунке ниже четко показан процесс:

Хотя способ работы двигателя переменного тока зависит от его типа и определенно является более сложным, чем три простых этапа, мы лишь вкратце объяснили принципы, универсальные для каждого типа двигателя.

Электродвигатель переменного тока Цена и стоимость

Если вы собираетесь купить электродвигатель переменного тока и не знаете, сколько вам нужно вложить, мы здесь, чтобы помочь вам в этом.

Что вам нужно?

Прежде всего, вам нужно знать, что именно вам нужно, т.е. что вы хотите делать со своим двигателем переменного тока? Будет ли он использоваться в бытовой технике или вы планируете использовать его на заводе? Чем больше времени вы тратите на это, тем больше вы избегаете тратить деньги на покупку того, что не может удовлетворить ваши потребности.

1. Тип двигателя переменного тока

Это можно сделать, исследуя различные типы двигателей переменного тока. Помните, если более простой двигатель может делать то, что вам нужно, не покупайте более сложный и дорогой.

1. Мощность двигателя переменного тока

Другим определяющим фактором является страна, в которой был изготовлен двигатель. Качество, цена и крепость могут отличаться. Некоторые страны могут не производить определенные типы двигателей переменного тока.

После определения ваших потребностей самое время взглянуть на ваш бюджет.

Какой дороже?

Промышленные двигатели могут стоить от сотен долларов до сотен тысяч долларов в зависимости от размера двигателя и энергии, которую они производят в секунду.Теперь становится ясно, что отечественные двигатели обычно дешевле промышленных из-за их размера и мощности.

Получите консультацию

Чтобы получить лучшее представление о стоимости и ценах на электродвигатели переменного тока, мы предлагаем проверить оборудование https://www.linquip.com/ или позвонить по телефону для получения совета от наших экспертов.

Универсальный двигатель — конструкция, работа и характеристики

Универсальный двигатель — это двигатель особого типа, который предназначен для работы от источника постоянного или однофазного переменного тока.Эти двигатели обычно имеют последовательную обмотку (якорь и обмотка возбуждения включены последовательно) и, следовательно, создают высокий пусковой момент (см. Характеристики двигателей постоянного тока здесь). Вот почему универсальные двигатели обычно встроены в устройство, для привода которого они предназначены. Большинство универсальных двигателей рассчитаны на работу на более высоких скоростях, превышающих 3500 об / мин. Они работают на более низкой скорости от источника переменного тока, чем от источника постоянного тока с тем же напряжением, из-за падения реактивного напряжения, которое присутствует в переменном токе, а не в постоянном.
Существует два основных типа универсального двигателя : (i) компенсированного типа и (ii) некомпенсированного типа

. Конструкция универсального двигателя

Конструкция универсального двигателя очень похожа на конструкцию машины постоянного тока. Он состоит из статора, на котором установлены опоры возбуждения. Катушки возбуждения намотаны на полюса возбуждения.
Однако весь магнитный путь (цепь возбуждения статора, а также якорь) является ламинированным. Ламинирование необходимо для минимизации вихревых токов, возникающих при работе от сети переменного тока.
Поворотный якорь — намотанный, с прямыми или скошенными пазами и коллектором с опирающимися на него щетками. Коммутация на переменном токе хуже, чем на постоянном. из-за тока, индуцированного в катушках якоря. По этой причине используемые щетки имеют высокое сопротивление.

Работа универсального двигателя

Универсальный двигатель работает как от постоянного, так и от однофазного переменного тока. Когда универсальный двигатель питается от источника постоянного тока, он работает как двигатель постоянного тока. (см. здесь работу двигателя постоянного тока).Когда ток течет в обмотке возбуждения, он создает электромагнитное поле. Такой же ток течет и по проводникам якоря. Когда проводник с током помещается в электромагнитное поле, на него действует механическая сила. Благодаря этой механической силе или крутящему моменту ротор начинает вращаться. Направление этой силы задается правилом левой руки Флеминга.

При питании от сети переменного тока он по-прежнему создает однонаправленный крутящий момент. Поскольку обмотка якоря и обмотка возбуждения соединены последовательно, они находятся в одной фазе.Следовательно, поскольку полярность переменного тока периодически меняется, направление тока в якоре и обмотке возбуждения меняется одновременно.
Таким образом, направление магнитного поля и направление тока якоря меняются на противоположные, так что направление силы, действующей на проводники якоря, остается неизменным. Таким образом, независимо от источника питания переменного или постоянного тока, универсальный двигатель работает по тому же принципу, что и двигатель постоянного тока.

Скоростные / нагрузочные характеристики

Характеристики скорости / нагрузки универсального двигателя аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока.Скорость универсального двигателя низкая при полной нагрузке и очень высокая без нагрузки. Обычно зубчатые передачи используются для достижения требуемой скорости при требуемой нагрузке. Характеристики скорости / нагрузки (как для переменного, так и для постоянного тока) показаны на рисунке.

Применение универсального двигателя

• Универсальные двигатели находят свое применение в различной бытовой технике, такой как пылесосы, миксеры для напитков и пищевых продуктов, бытовые швейные машины и т. Д.
• Универсальные двигатели высшего класса используются в переносных дрелях, блендерах и т. Д.

Принцип работы универсального двигателя

Универсальный двигатель представляет собой модифицированную форму двигателя постоянного тока и широко используется в бытовых приборах, таких как миксеры, и в станках. В этой статье я расскажу о принципе работы универсального двигателя .

Если однофазный источник переменного тока подключен к последовательному двигателю постоянного тока, двигатель будет вращаться по кругу. В течение половины цикла тока он будет проходить через последовательную обмотку, а также обмотку якоря в определенном направлении.Его величина, конечно, будет варьироваться от нуля до максимума, а затем обратно до нуля. Электромагнитный крутящий момент будет создаваться в течение этого полупериода. Этот крутящий момент будет действовать для вращения якоря в одном направлении на протяжении всех полупериодов.

Теперь во время следующего полупериода ток через последовательную обмотку и обмотку якоря меняет местами. Поскольку ток как в якоре, так и в поле поменялся местами, крутящий момент, развиваемый в этом полупериоде, будет иметь тенденцию вызывать вращение якоря в том же направлении, что и на протяжении предыдущего полупериода.Это означает, что направление якоря — круговое вращение.

Крутящий момент в последовательном двигателе постоянного тока, T α φ _с l _a

где φ _с — поток последовательной обмотки возбуждения, а la — ток якоря.

Также T α (-φ _с ) (- l _a ) для нижнего полупериода.

Или T α φ _s l _a

Таким образом, последовательный двигатель постоянного тока, если он подключен к однофазной сети переменного тока, создает крутящий момент в том же направлении.

Конструкция универсального двигателя

Конструкция универсального двигателя очень похожа на двухполюсный двигатель постоянного тока. Он состоит из двух обмоток возбуждения, намотанных на многослойном сердечнике, последовательно соединенных с якорем. Металлическая структура поля, ярма и якоря ламинирована для уменьшения потерь на вихревые токи. Такой двигатель сконструирован таким образом, что может работать как от источника переменного, так и от постоянного тока. По этой причине его называют универсальным мотором.

Поскольку обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно, через них проходит одинаковый ток, когда двигатель подключен к источнику переменного или постоянного тока.

Магнитные потоки последовательного поля и якоря, создаваемые этим током, взаимодействуют друг с другом и, следовательно, вызывают вращение.

Поскольку последовательный магнитный поток поля и ток якоря меняются местами одновременно, крутящий момент всегда действует в одном и том же направлении.

Так как универсальные двигатели имеют последовательный завод, они имеют высокий пусковой момент. Они бегут на опасно высокой скорости без нагрузки. Вот почему они всегда напрямую связаны с устройством, которое они производят.

Характеристики универсального двигателя

• Типичные скоростные характеристики универсального двигателя показаны на рисунке.Крутящий момент изменяется пропорционально квадрату тока, а скорость изменяется приблизительно обратно пропорционально току.
• Универсальные двигатели обладают высокой скоростью и большим пусковым моментом. Поэтому их можно использовать для производства высокоскоростных пылесосов, сверл, станков и т. Д.
• КПД не будет таким высоким, как у соответствующей машины постоянного тока из-за больших потерь на вихревые токи и влияния p.f.

Спасибо, что прочитали о принцип работы универсального двигателя .

Однофазные двигатели | Все сообщения

© http://www.yourelectricalguide.com/ принцип работы универсального двигателя pdf.

Направляющая электродвигателя переменного тока

Что такое двигатель переменного тока? Двигатель переменного тока — это электродвигатель, который преобразует переменный ток (переменный ток) в механическую энергию. Эта механическая энергия создается за счет силы, создаваемой вращающимися магнитными полями, создаваемыми переменным током, протекающим через катушки двигателя. Как работает двигатель переменного тока? Трехфазный двигатель переменного тока Двигатель переменного тока состоит из двух основных компонентов: статора и ротора. Статор — это неподвижная часть двигателя, состоящая из нескольких тонких пластин, намотанных изолированным проводом, образующих сердечник. Статор имеет прорези, в которых удерживаются проводники (обмотки), по которым проходит ток. Эти проводники изолированы друг от друга для предотвращения короткого замыкания.Количество пазов и обмоток настраивается на определенное количество полюсов; чем меньше число полюсов, тем выше номинальная скорость. Скорость двигателя переменного тока определяется как об / мин = 120 * F / P, где F — частота (Гц) напряжения питания, а P — количество полюсов. Ротор соединен с валом двигателя. Наиболее распространенным типом ротора, используемого в двигателе переменного тока, является ротор с короткозамкнутым ротором, названный в честь его сходства с колесами для упражнений на грызунах. Ротор уравновешен подшипниками на корпусе двигателя, который окружает статор.Обычно кожух двигателя представляет собой стальной радиатор, который снижает тепловыделение в ламинированных обмотках и защищает обмотки и ротор от повреждений. Типы двигателей переменного тока Есть два основных типа двигателей переменного тока: Асинхронный двигатель переменного тока Основная работа асинхронного двигателя переменного тока (иногда называемого асинхронным двигателем) основана на принципах магнетизма.Типичный двигатель переменного тока содержит катушку с проводом и два фиксированных магнита, окружающих вал. Когда электрический заряд (переменного тока) прикладывается к катушке с проволокой, она становится электромагнитом, генерирующим магнитное поле. Когда на обмотку статора подается электрическая энергия, от протекающего тока индуцируется магнитный поток. В асинхронных двигателях переменного тока ток подается только на статор. Ротор асинхронного двигателя переменного тока предназначен для закорачивания катушки в статоре, что индуцирует другой магнитный поток в роторе.Поток в роторе всегда будет иметь задержку относительно потока статора, но будет вращаться относительно магнитного поля. Это вызывает приложение крутящего момента к валу и заставляет вал вращаться. Разница между скоростями вращения ротора в зависимости от магнитного поля статора называется скольжением . Синхронный двигатель переменного тока Синхронные двигатели переменного тока не зависят от этого индуцированного магнитного потока в роторе и статоре для работы.Вместо этого синхронные двигатели переменного тока сконструированы с магнитами в статоре, которые создают вращающееся магнитное поле. В синхронном двигателе ток подается на ротор, который также имеет магнитное поле, обычно создаваемое постоянным магнитом. Вращение вызывается взаимодействием магнитного поля статора с магнитным полем ротора. В отличие от асинхронного двигателя, ротор синхронного двигателя будет вращаться без задержки или задержки по времени. Они называются синхронными, потому что в установившемся режиме скорость вращения ротора равна скорости вращающегося магнитного поля в статоре.Вращение ротора синхронизировано с частотой питающей сети. Для статора требуется трехфазное питание (обычно от частотно-регулируемого привода) для всех трех фаз статора. Синхронные двигатели имеют преимущество перед однофазными асинхронными двигателями — у синхронных двигателей можно выбрать направление пуска. Срок службы двигателя переменного тока и необходимое обслуживание Двигатели переменного тока Anaheim Automation имеют типичный срок службы приблизительно 10 000 часов работы, при условии, что двигатели работают в надлежащих условиях и в соответствии со спецификациями продукта.Срок службы двигателя переменного тока зависит от производителя и режима эксплуатации. Профилактическое обслуживание — ключ к долговечной системе электродвигателя переменного тока. Следует проводить плановые проверки. Во время осмотра проверяйте двигатель переменного тока на предмет загрязнения и коррозии. Грязь и мусор могут закупоривать воздушные каналы и уменьшать поток воздуха, что в конечном итоге сокращает срок службы изоляции и приводит к возможному отказу двигателя. Если мусор не виден явно, убедитесь, что поток воздуха сильный и устойчивый.Слабый или прерывистый воздушный поток потенциально может указывать на засорение. Во влажной, влажной или влажной среде проверьте клеммы в распределительной коробке на предмет коррозии и при необходимости отремонтируйте. Прислушайтесь к чрезмерному шуму или вибрации и почувствуйте чрезмерное тепло. Это может указывать на необходимость дополнительной смазки подшипников. Примечание. Будьте осторожны при смазке подшипников, так как чрезмерная смазка может привести к загрязнению и засорению потоком воздуха маслом. Обязательно найдите и удалите источник тепла для двигателя, чтобы избежать отказа системы. Сколько стоят асинхронные двигатели? Двигатели переменного тока могут быть достаточно экономичным решением для требований вашего приложения. Конструкционные материалы и конструкция двигателя делают системы двигателей переменного тока доступным решением. Поскольку в двигателях переменного тока не используются щетки, стоимость двигателя ниже, а обслуживание двигателя значительно сокращается. Однофазные двигатели переменного тока не обязательно требуют наличия драйвера для работы, что позволяет пользователю сэкономить на первоначальных затратах на настройку. Как выбрать двигатель переменного тока Чтобы выбрать подходящий двигатель переменного тока для вашего приложения, вам необходимо определить основные характеристики. Рассчитайте требуемый момент нагрузки и рабочую скорость. Помните, что асинхронные и реверсивные двигатели нельзя регулировать; они требуют редуктора. Если это необходимо, выберите подходящее передаточное число. Затем определите частоту и напряжение питания двигателя. Обычно трехфазный двигатель переменного тока используется в приложениях преобразования высокой мощности, тогда как однофазный двигатель переменного тока будет использоваться в проектах преобразования малой мощности. Формулы двигателя переменного тока Подключение двигателя переменного тока Следующая информация предназначена в качестве общего руководства для электромонтажа линейки двигателей переменного тока Anaheim Automation. Имейте в виду, что когда вы прокладываете силовую и сигнальную проводку к машине или системе, излучаемый шум от близлежащих реле, трансформаторов и других электронных устройств может индуцироваться в двигателях переменного тока и сигналах энкодера, входных / выходных коммуникациях и других чувствительных низковольтных устройствах. сигналы, которые могут вызвать сбои в системе. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Во избежание поражения электрическим током выполните все монтажные и электромонтажные работы двигателя переменного тока перед подачей питания. После подачи питания на соединительные клеммы может присутствовать напряжение. Опасное напряжение может вызвать травму или смерть, если оно присутствует в системе двигателя переменного тока. Соблюдайте особую осторожность при обращении, подключении, тестировании и регулировке во время установки, настройки, настройки и эксплуатации. Не делайте резких корректировок или изменений параметров системы двигателя переменного тока, которые могут вызвать механическую вибрацию и привести к отказу и / или потере мощности.После того, как система электродвигателя переменного тока подключена, не запускайте систему путем непосредственного включения / выключения источника питания. Частое включение / выключение питания вызовет ускоренный износ и старение компонентов системы, что сократит срок службы системы электродвигателя переменного тока. При подключении электродвигателя переменного тока строго соблюдайте следующие правила: Следуйте схеме подключения каждого двигателя переменного тока и / или контроллера. Прокладывайте силовые кабели высокого напряжения отдельно от силовых кабелей низкого напряжения. Отделите входную силовую проводку и силовые кабели двигателя переменного тока от проводки управления и кабелей обратной связи двигателя. Сохраняйте это разделение на всем протяжении провода. Используйте экранированный кабель для силовой проводки и обеспечьте заземленное зажимное соединение на 360 градусов к стене корпуса. Оставьте на вспомогательной панели место для изгибов проводов. Сделайте все кабельные трассы как можно короче. Обеспечьте достаточный воздушный поток. Сохраняйте окружающую среду как можно более чистой. Монтаж двигателя переменного тока Следующая информация предназначена в качестве общего руководства по установке и монтажу системы двигателей переменного тока: ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — В системе двигателя переменного тока может присутствовать опасное напряжение, способное вызвать травму или смерть. Соблюдайте особую осторожность при обращении, тестировании и регулировке во время установки, настройки и эксплуатации. При установке и монтаже очень важно учитывать проводку двигателя переменного тока.Любая субпанель, устанавливаемая внутри корпуса для монтажа компонентов системы, должна быть плоской, жесткой поверхностью, свободной от ударов, вибрации, влаги, масла, паров или пыли. Помните, что двигатель переменного тока во время работы выделяет тепло; поэтому при проектировании системы следует учитывать рассеивание тепла. Размер корпуса не должен превышать максимально допустимую температуру окружающей среды. Рекомендуется устанавливать электродвигатель переменного тока в положение, обеспечивающее достаточный воздушный поток. Электродвигатель переменного тока должен быть установлен устойчиво и надежно закреплен. ПРИМЕЧАНИЕ. Расстояние между электродвигателем переменного тока и любыми другими устройствами должно составлять не менее 10 мм. Чтобы соответствовать требованиям UL и CE, система электродвигателя переменного тока должна быть заземлена в заземленном проводящем корпусе, обеспечивающем защиту, как определено в стандарте EN 60529 (IEC 529) до IP55, таким образом, чтобы они были недоступны для оператора или неквалифицированного лица. Как и любую движущуюся часть системы, двигатель переменного тока следует держать вне досягаемости оператора.Корпус NEMA 4X превосходит эти требования, обеспечивая степень защиты IP66. Чтобы улучшить соединение между шиной питания и дополнительной панелью, сконструируйте дополнительную панель из оцинкованной (не содержащей краски) стали. Кроме того, настоятельно рекомендуется защитить систему электродвигателя переменного тока от электромагнитных помех. Шум от сигнальных проводов может вызвать механическую вибрацию и неисправности. Требования к окружающей среде для двигателя переменного тока Следующие меры по охране окружающей среды и безопасности должны соблюдаться на всех этапах эксплуатации, обслуживания и ремонта системы электродвигателя переменного тока.Несоблюдение этих мер предосторожности нарушает стандарты безопасности при проектировании, производстве и предполагаемом использовании двигателя переменного тока. Обратите внимание, что даже правильно построенная система электродвигателя переменного тока, неправильно установленная и эксплуатируемая, может быть опасной. Пользователь должен соблюдать меры предосторожности в отношении нагрузки и условий эксплуатации. В конечном итоге заказчик несет ответственность за правильный выбор, установку и работу двигателя переменного тока и / или регулятора скорости. Атмосфера, в которой используется двигатель переменного тока, должна способствовать соблюдению общих правил работы с электрическим / электронным оборудованием.Не эксплуатируйте систему электродвигателя переменного тока в присутствии легковоспламеняющихся газов, пыли, масла, пара или влаги. При использовании вне помещений двигатель переменного тока должен быть защищен от атмосферных воздействий соответствующей крышкой, обеспечивая при этом достаточный поток воздуха и охлаждение. Влага может вызвать опасность поражения электрическим током и / или вызвать поломку системы. Следует уделять должное внимание недопущению попадания жидкостей и паров любого вида в рабочую среду. Свяжитесь с заводом-изготовителем, если для вашего приложения требуются определенные степени защиты IP.Устанавливайте двигатель переменного тока в среде, свободной от конденсации, электрических шумов, вибрации и ударов. Кроме того, предпочтительно работать с системой электродвигателя переменного тока в нестатической защитной среде. Открытые цепи всегда должны быть должным образом ограждены и / или закрыты для предотвращения несанкционированного контакта человека с цепями под напряжением. Во время подачи питания запрещается выполнять какие-либо работы. ЗАПРЕЩАЕТСЯ включать и отключать питание при включенном питании.Подождите не менее 5 минут перед выполнением проверочных работ в системе двигателя переменного тока после выключения питания, потому что даже после отключения питания остаточная электрическая энергия может оставаться в конденсаторах внутренней цепи системы двигателя переменного тока. Планируйте установку двигателя переменного тока в конструкции системы, свободной от мусора, такого как металлический мусор от резки, сверления, нарезания резьбы и сварки, или любого другого постороннего материала, который может контактировать с схемами системы.Если не предотвратить попадание мусора в систему двигателя переменного тока, это может привести к повреждению и / или поражению электрическим током. Обратная связь двигателя переменного тока Двигатели переменного тока имеют два варианта управления с обратной связью. Эти опции представляют собой резольвер двигателя переменного тока или энкодер двигателя переменного тока. И резольвер двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока могут определять направление, скорость и положение выходного вала. Хотя и преобразователь двигателя переменного тока, и кодер двигателя переменного тока предлагают одно и то же решение для различных приложений, у них есть важные различия. Двигатели переменного тока имеют два варианта управления с обратной связью. Эти опции представляют собой резольвер двигателя переменного тока или энкодер двигателя переменного тока. И резольвер двигателя переменного тока, и энкодер двигателя переменного тока могут определять направление, скорость и положение выходного вала. Хотя и преобразователь двигателя переменного тока, и кодер двигателя переменного тока предлагают одно и то же решение для различных приложений, у них есть важные различия. В оптическом кодировщике электродвигателя переменного тока используется заслонка, которая вращается для прерывания луча света, пересекающего воздушный зазор между источником света и фотодетектором.Вращение заслонки со временем вызывает износ энкодера. Этот износ снижает долговечность и надежность оптического кодировщика. Тип приложения будет определять, предпочтительнее преобразователь или кодировщик. Энкодеры двигателей переменного тока проще в реализации и более точны, поэтому им следует отдавать предпочтение в любом приложении. Резолвер следует выбирать только в том случае, если этого требует среда, в которой будет использоваться система. Что такое контроллер двигателя переменного тока? Контроллер переменного тока (иногда называемый «драйвером») — это устройство, которое контролирует скорость вращения двигателя переменного тока.Электродвигатель переменного тока получает мощность, которая в конечном итоге преобразуется контроллером переменного тока в регулируемую частоту. Этот регулируемый выход позволяет точно контролировать скорость двигателя. Компоненты регулятора скорости переменного тока Обычно контроллер переменного тока состоит из трех основных частей: выпрямителя, инвертора и звена постоянного тока для их соединения. Выпрямитель преобразует входной переменный ток в постоянный ток (постоянный ток), а инвертор переключает постоянное напряжение на выходное переменное напряжение регулируемой частоты.Инвертор также можно использовать для управления выходным током, если это необходимо. И выпрямитель, и инвертор управляются набором элементов управления для генерации определенного количества переменного напряжения и частоты, чтобы соответствовать системе двигателя переменного тока в данный момент времени. Что такое частотно-регулируемый привод? Приводы с переменной частотой — это приводы с регулируемой скоростью, используемые для управления скоростью двигателя переменного тока. Чтобы управлять скоростью вращения двигателя, частотно-регулируемый привод регулирует частоту подаваемой на него электроэнергии.Добавление частотно-регулируемого привода в приложение позволяет регулировать скорость двигателя в соответствии с его нагрузкой, что в конечном итоге позволяет экономить энергию системы. Подходящий для множества применений, частотно-регулируемый привод можно использовать для управления системами вентиляции, насосами, конвейерами, приводами станков и т. Д. Преимущества частотно-регулируемого привода: Температуру процесса можно контролировать без отдельного контроллера Низкие эксплуатационные расходы Увеличенный срок службы двигателя переменного тока и других компонентов системы Снижение эксплуатационных расходов Оборудование в системе, которое не может справиться с чрезмерным крутящим моментом, защищено Как работает частотно-регулируемый привод? Когда напряжение подается на двигатель переменного тока, он сначала ускоряет нагрузку и снижает крутящий момент, поддерживая особенно высоким ток, пока двигатель не достигнет полной скорости.ЧРП устраняет чрезмерный ток, контролируемым образом увеличивая напряжение и частоту при запуске двигателя. Это позволяет двигателю переменного тока генерировать до 150% своего номинального крутящего момента, который потенциально может быть создан с момента запуска, вплоть до полной скорости, без потерь энергии. VFD преобразует мощность через три различных этапа. Сначала мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока, после чего включаются и выключаются силовые транзисторы, вызывая форму волны напряжения на желаемой частоте.Эта форма волны затем регулирует выходное напряжение в соответствии с предпочтительным обозначенным значением. Компоненты системы ЧРП Обычно система частотно-регулируемого привода включает двигатель переменного тока, контроллер и интерфейс оператора. Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока чаще всего используется с частотно-регулируемым приводом, поскольку он обеспечивает универсальность и экономичность по сравнению с однофазным или синхронным двигателем. Хотя в некоторых случаях они могут быть полезными, в системах с частотно-регулируемым приводом чаще используются двигатели, предназначенные для работы с фиксированной скоростью. Интерфейсы оператора частотно-регулируемого привода позволяют пользователю регулировать рабочую скорость, а также запускать и останавливать двигатель. (Одним из примеров операторского интерфейса является HMI.) С помощью операторского интерфейса пользователь может переключаться и реверсировать между автоматическим управлением или ручным регулированием скорости. Типы частотно-регулируемых приводов Существует три распространенных частотно-регулируемых привода, которые обладают как преимуществами, так и недостатками в зависимости от области применения, для которой они используются.Три распространенных конструкции VFD включают: инвертор источника тока (CSI), инвертор источника напряжения (VSI) и широтно-импульсную модуляцию (PWM). Каждый частотно-регулируемый привод состоит из преобразователя, звена постоянного тока и инвертора, но конструкция каждого компонента различается в зависимости от модели и производителя. Хотя секции каждого частотно-регулируемого привода похожи, они требуют изменения схемы для подачи частоты и напряжения на двигатель. Инвертор источника тока (CSI) Инвертор источника тока (CSI) — это тип частотно-регулируемого привода, который преобразует входящее напряжение переменного тока и изменяет частоту и напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель переменного тока.Общая конфигурация этого типа частотно-регулируемого привода аналогична конфигурации других частотно-регулируемых приводов в том, что он состоит из преобразователя, звена постоянного тока и инвертора. В преобразовательной части CSI используются кремниевые выпрямители (SCR), тиристоры с коммутацией затвора (GCT) или симметричные тиристоры с коммутацией затвора (SGCT) для преобразования входящего переменного напряжения в переменное постоянное напряжение. Чтобы поддерживать правильное отношение напряжения к частоте (Вольт / Герц), напряжение должно регулироваться путем правильной последовательности SCR.В цепи постоянного тока для этого типа частотно-регулируемого привода используется индуктор для регулирования пульсаций тока и для хранения энергии, используемой двигателем. Инвертор, который отвечает за преобразование постоянного напряжения обратно в синусоидальную форму волны переменного тока, состоит из SCRS, тиристоров отключения затвора (GTO) или симметричных тиристоров с коммутацией затвора (SGCT). Эти тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выхода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение двигателя.Частотно-регулируемые приводы CSI регулируют ток, и для их работы требуется большой внутренний индуктор и нагрузка двигателя. Важное замечание относительно частотно-регулируемых приводов CSI — им требуются входные и выходные фильтры из-за высоких гармоник на входе мощности и низкого коэффициента мощности. Чтобы обойти эту проблему, многие производители применяют входные трансформаторы или реакторы и фильтры гармоник в точке общего соединения (электрическая система пользователя, подключенная к приводу), чтобы уменьшить влияние гармоник на систему привода. Из обычных приводных систем с частотно-регулируемым приводом, частотно-регулируемые приводы CSI являются единственным типом, который имеет возможность рекуперации энергии. Возможность рекуперации энергии означает, что мощность возвращается от двигателя к источнику питания и поглощается. Преимущества CSI типа VFD Рекуперативная мощность Простая схема Надежность (операция ограничения тока) Форма кривой чистого тока Недостатки CSI типа VFD Зубчатый двигатель двигателя, когда выходная частота ШИМ ниже 6 Гц Используемые индукторы большие и дорогие Генерация больших гармоник мощности отправляется обратно в источник питания В зависимости от нагрузки двигателя Низкий коэффициент входной мощности Инвертор источника напряжения (VSI) Секция преобразователя VSI аналогична секции преобразователя CSI в том, что входящее переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение.Отличие от секции преобразователя CSI и VSI заключается в том, что в VSI используется выпрямитель на диодном мосту для преобразования переменного напряжения в постоянное. В звене постоянного тока VSI используются конденсаторы для сглаживания пульсаций постоянного напряжения, а также для хранения энергии для системы привода. Секция инвертора состоит из биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), тиристоров с изолированным затвором (IGCT) или транзисторов с инжекционным затвором (IEGT). Эти транзисторы или тиристоры ведут себя как переключатели, которые включаются и выключаются для создания выходного сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который регулирует частоту и напряжение двигателя. Преимущества VSI типа VFD Простая схема Может использоваться с приложениями, требующими нескольких двигателей Не зависит от нагрузки Недостатки VSI типа VFD Генерация больших гармоник мощности в источнике питания Зубчатый двигатель при выходе ШИМ ниже 6 Гц Безрегенерационный режим Низкий коэффициент мощности широтно-импульсная модуляция (ШИМ) Частотно-регулируемый привод с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) является одним из наиболее часто используемых контроллеров, и было доказано, что он хорошо работает с двигателями мощностью от 1/2 до 500 л.с.Большинство частотно-регулируемых приводов с ШИМ рассчитаны на работу в трехфазном режиме 230 В или 460 В и обеспечивают выходные частоты в диапазоне 2–400 Гц. Как и VSI VFD, PWM VFD использует выпрямитель на диодном мосту для преобразования входящего переменного напряжения в постоянное. В звене постоянного тока используются конденсаторы большой емкости для устранения пульсаций, возникающих после выпрямителя, и создания стабильного напряжения на шине постоянного тока. Шестиступенчатый инверторный каскад этого драйвера использует IGBT высокой мощности, которые включаются и выключаются для регулирования частоты и напряжения двигателя.Эти транзисторы управляются микропроцессором или ИС двигателя, который контролирует различные аспекты привода, чтобы обеспечить правильную последовательность. В результате на двигатель выводится сигнал синусоидальной формы. Включение и выключение транзистора помогает создать синусоидальный выходной сигнал — изменяя ширину импульса напряжения, вы получаете среднюю мощность, которая представляет собой напряжение, подаваемое на двигатель. Частота, подаваемая на двигатель, определяется количеством переходов из положительного положения в отрицательное в секунду. Преимущество ШИМ типа VFD Без зубчатого зацепления двигателя КПД от 92% до 96% Превосходный коэффициент входной мощности благодаря фиксированному напряжению на шине постоянного тока Низкая начальная стоимость Может использоваться с приложениями, требующими нескольких двигателей Недостатки ШИМ типа VFD Безрегенерационный режим Высокочастотное переключение может вызвать нагрев двигателя и пробой изоляции. Принадлежности для двигателей переменного тока Существует широкий выбор аксессуаров для двигателей переменного тока, включая тормоза, разъемы и кабели.См. Дополнительную информацию на странице «Аксессуары» Anaheim Automation. Наши моторные тормоза переменного тока работают от сети 24 В постоянного тока. Благодаря низковольтной конструкции эти тормоза идеально подходят для любых удерживающих устройств, которые подвержены разряду батареи, отключению электричества или длинной проводке. Кабели двигателя переменного тока могут быть изготовлены по индивидуальному заказу с поставляемым разъемом двигателя переменного тока в соответствии с заданными спецификациями. Кабели также можно приобрести в компании Anaheim Automation. Двигатели переменного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока Преимущества двигателей переменного тока перед двигателями BLDC Двигатели переменного тока обладают исключительным пусковым моментом, что делает их идеальными для приложений, требующих достаточного крутящего момента при запуске для перемещения заданной нагрузки.С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока часто требуют редуктора для достижения достаточного крутящего момента при запуске для успешного перемещения нагрузки. Дополнительные преимущества двигателей переменного тока: Низкая стоимость Длительный срок службы Высокоэффективный и надежный Простой дизайн и конструкция Экономичный контроль скорости Оптимизация пусковых характеристик двигателя Более низкая потребность в обслуживании по сравнению с системой управления постоянным током Недостатки двигателей переменного тока по сравнению с двигателями BLDC Двигатели переменного тока рассчитаны на крутящий момент, а не на скорость.Приложения, требующие высоких скоростей, обычно лучше обслуживаются путем выбора двигателя BLDC, поскольку они больше подходят для обеспечения крутящего момента на высоких скоростях. Бесщеточные двигатели также потребляют более низкий ток и могут быть легко отрегулированы для определения положения ротора, направления пуска и т. Д. Двигатели переменного тока также работают громко, большие и тяжелые и не так эффективны, как двигатели BLDC, когда дело доходит до обратной ЭДС. К другим недостаткам электродвигателя переменного тока относятся: Частота вызывает проскальзывания вращения (асинхронные двигатели переменного тока) Требуется пусковой выключатель (асинхронные двигатели переменного тока) Большое количество тепла и гармоник, генерируемых во время работы Заключение Каждый из двигателей переменного и постоянного тока (иногда исключительно) подходит для разных приложений.Чтобы определить, использовать ли тот или иной в вашей системе, необходимо принять во внимание вышеупомянутые моменты, чтобы выбрать наиболее подходящий блок. Чтобы узнать больше о двигателях BLDC, обратитесь к нашему Руководству по бесщеточным двигателям постоянного тока. Применение двигателей переменного тока Из-за относительно низкой стоимости и долговечности двигатели переменного тока могут использоваться в различных отраслях промышленности и сферах применения, таких как: Товары народного потребления Смесители Шлифовальные машины Духовки для гриля Электроинструменты Накопители Стиральные машины Проигрыватели виниловых пластинок Вентиляторы Промышленное применение Водяные насосы Мельницы Токарные станки Пилы Пробивные прессы / Производители шасси Воздуходувки Конвейеры Компрессоры История электродвигателя переменного тока Никола Тесла считал, что двигатели не нуждаются в щетках для переключения ротора, определив, что они могут быть индуцированы вращающимся магнитным полем.Он обнаружил использование переменного тока, который индуцирует вращающиеся магнитные поля. В 1888 году Тесла изобрел первый асинхронный двигатель переменного тока, вскоре после этого зарегистрировал патент США № 416194 и представил более надежный и эффективный двигатель, чем его аналог постоянного тока. Однако регулирование скорости переменного тока оказалось сложной задачей. В приложениях, где требовалось точное управление скоростью, двигатель постоянного тока стал предпочтительнее двигателя переменного тока из-за его эффективных и экономичных средств точного управления скоростью.Только в 1980-х годах регулятор скорости переменного тока стал жизнеспособным конкурентом. Со временем технология приводов переменного тока в конечном итоге превратилась в недорогого и надежного конкурента традиционному управлению постоянным током. Сегодня контроллер переменного тока может управлять скоростью с полным крутящим моментом, достигаемым от 0 об / мин до максимальной номинальной скорости. Двигатели переменного тока известны своей простой конструкцией, простотой использования, прочной конструкцией и экономичностью во многих различных областях применения.Достижения в области технологий позволили производителям развить идею Теслы и обеспечили большую гибкость в управлении скоростью асинхронного двигателя переменного тока. От простого фазового управления до более надежных систем с обратной связью, использующих векторно-ориентированное управление полем, двигатель переменного тока значительно продвинулся за последние сто двадцать лет. Поиск и устранение неисправностей двигателя переменного тока ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Техническая помощь в отношении продуктовой линейки двигателей переменного тока, а также всей продукции, производимой или распространяемой Anaheim Automation, предоставляется бесплатно.Эта помощь предназначена для помощи заказчику в выборе продуктов Anaheim Automation для конкретного применения. Во всех случаях ответственность за определение пригодности продуктов для конкретной конструкции системы лежит исключительно на заказчике. Несмотря на то, что мы прилагаем все усилия, чтобы дать надежные рекомендации относительно линейки двигателей переменного тока, а также других продуктов для управления движением, а также для точного предоставления технических данных и иллюстраций, такие советы и документы предназначены только для справки и могут быть изменены без предварительного уведомления. Следующие шаги могут быть предприняты для устранения неполадок в системе двигателя переменного тока и контроллера: Шаг 1: Проверьте запах двигателя. При появлении запаха гари немедленно замените двигатель. Шаг 2: Проверьте входное напряжение двигателя. Убедитесь, что провода не повреждены и подключен надлежащий источник питания. Шаг 3: Прислушайтесь к громкой вибрации или скрипу.Такие шумы могут указывать на повреждение или износ подшипников. По возможности смажьте подшипники, в противном случае замените двигатель полностью. Шаг 4: Проверить на перегрев. Используйте сжатый воздух, чтобы очистить двигатель от мусора. Дайте двигателю остыть, затем перезапустите. Шаг 5: Двигатели переменного тока, которые пытаются запустить, но выходят из строя, могут быть признаком плохого пускового конденсатора. Проверьте наличие каких-либо признаков утечки масла и замените конденсатор, если это так. Шаг 6: Убедитесь, что приложение, в котором вращается двигатель, не заблокировано. Для этого отсоедините механизм и попробуйте запустить двигатель самостоятельно. ПРИМЕЧАНИЕ. Изменение любого продукта Anaheim Automation приведет к аннулированию гарантии. Если вам нужна помощь в устранении неполадок в компоненте Anaheim Automation или вы хотите запросить RMA, пожалуйста, свяжитесь с нами, прежде чем вносить какие-либо изменения. Пожалуйста, обратитесь к нашим Условиям использования и Часто задаваемым вопросам по ремонту и возврату для получения дополнительной информации. Глоссарий двигателей переменного тока Двигатель переменного тока: Электродвигатель, приводимый в действие переменным током, а не постоянным. Переменный ток: Электрический заряд, который часто меняет направление (противоположно постоянному току, с зарядом только в одном направлении). Центробежный переключатель: Электрический переключатель, который контролирует скорость вращения вала, работая за счет центробежной силы, создаваемой самим валом. Передаточное число: Передаточное число, при котором скорость двигателя уменьшается редуктором. Скорость на выходном валу — это передаточное число, умноженное на скорость двигателя. Инвертор: Устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Реверс выпрямителя. Асинхронный двигатель: Может упоминаться как асинхронный двигатель; тип двигателя переменного тока, в котором электромагнитная индукция питает ротор.Для создания крутящего момента требуется скольжение. Скорость холостого хода: Обычно ниже синхронной скорости, это скорость, когда двигатель не несет нагрузки. Номинальная скорость: Скорость двигателя при номинальной выходной мощности. Обычно самая востребованная скорость. Выпрямитель: Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный в двигателе.Они могут использоваться в качестве компонента источника питания или могут обнаруживать радиосигналы. Обычно выпрямители могут состоять из твердотельных диодов, ртутных дуговых клапанов или других веществ. Реверс инвертора. Исправление: Процесс преобразования переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя в двигателе переменного тока. Асинхронный двигатель с расщепленной фазой: Двигатели, которые могут создавать больший пусковой крутящий момент за счет использования центробежного переключателя в сочетании со специальной пусковой обмоткой. Крутящий момент при остановке: Максимальный крутящий момент, с которым может работать двигатель, при заданном напряжении и частоте. Превышение этого количества приведет к остановке двигателя. Пусковой крутящий момент: Крутящий момент, который мгновенно создается при запуске двигателя. Двигатель не будет работать, если нагрузка трения превышает крутящий момент. Статический момент трения: Когда двигатель останавливается, например, тормозом, это выходной крутящий момент, необходимый для удержания нагрузки при остановке двигателя. Синхронный двигатель: В отличие от асинхронного двигателя, он может создавать крутящий момент с синхронной скоростью без скольжения. Синхронная скорость: Обозначается скоростью в минуту, это внутренний фактор, определяемый количеством полюсов и частотой сети. Привод с регулируемой скоростью: Оборудование, используемое для управления частотой электроэнергии, подаваемой на двигатель переменного тока, с целью управления его скоростью вращения. Нужна дополнительная информация о системах двигателей переменного тока? Если у вас есть какие-либо вопросы об асинхронных двигателях, регуляторах скорости или частотно-регулируемых приводах, на которые нет ответа в этом руководстве, наши инженеры по применению готовы поделиться своим опытом.

Что такое электродвигатель переменного тока — конструкция, работа, типы и применение

Устройство, которое преобразует входную электрическую энергию в выходную механическую энергию.По сути, существует два типа электродвигателей: постоянного и переменного тока. Машины типа постоянного тока обычно используются в небольших приложениях, тогда как тип переменного тока играет важную роль в широком диапазоне приложений. Потому что машины переменного тока имеют больше преимуществ по сравнению с машинами постоянного тока. В этой статье мы обсудим, что такое двигатель переменного тока, конструкция, принцип работы, типы, регулировка скорости и области применения.

Двигатель переменного тока

Машина, которая преобразует класс входной электрической формы в выходную механическую форму.Здесь, в этом типе машины, вход, подаваемый на обмотку возбуждения, является переменным. Отсюда и название электродвигатель переменного тока. Тип питания обмотки возбуждения определяется по типу машины переменного или постоянного тока.

Конструкция двигателя переменного тока

Он состоит из рамы или ярма, статора, ротора, подшипников, вентилятора, вала и контактных колец. Детали машины переменного тока описаны ниже.

Детали двигателя

Рама используется как внешнее защитное покрытие, которое используется для защиты от условий окружающей среды.Рама также действует как внешняя периферия, так что внутренние части могут быть легко размещены. Секцией устойчивого состояния оборудования является статор, на котором заключена обмотка статора. Поперечный разрез машины переменного тока изображен ниже.

Вид в разрезе

Ротор — это подвижная часть, которая движется либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, в зависимости от приложенной к нему тяги. Подшипники обеспечивают надлежащее трение для плавной работы ротора. Вентилятор используется для отвода нежелательного тепла, выделяемого во время работы ротора.Он выводится через вентиляцию позади машины. Предусмотрен вал, обеспечивающий механическую мощность при вращении ротора. Контактные кольца используются в обычных машинах переменного тока, в которых используется обмотка стационарного возбуждения с вращающимся якорем. В этой ситуации контактные кольца позволяют входному переменному току непрерывно изменяться в катушках.

Принцип работы двигателя переменного тока

Он работает по принципу уравнения силы Лоренца I, e, когда проводник с током помещается в магнитное поле, он проявляет в нем некоторую силу.Работа нормальной машины переменного тока с вращающимся якорем и неподвижной обмоткой возбуждения показана на рисунке ниже.

Схема работы машины переменного тока

Когда переменный ток подается на катушку ротора, он испытывает некоторую силу из-за закона уравнения силы Лоренца. Из-за этой силы крутящий момент будет развиваться по часовой стрелке, что позволяет ротору вращаться.

Обычная машина переменного тока имеет обмотку возбуждения на статоре и обмотку ротора якоря.Но из-за этого увеличивается размер двигателя, а также из-за коллектора и щеток КПД машины снижается. Таким образом, чтобы избежать этих проблем, выполнено правильное размещение обмоток статора и ротора на якоре. Такое размещение имеет большие преимущества по сравнению с вращающимся типом якоря. Практически все используемые промышленные машины — стационарного арматурного типа. Давайте подробно обсудим эти машины, изучив различные типы двигателей.

Типы

Есть несколько разновидностей машин переменного тока, в зависимости от скорости они классифицируются как синхронные и асинхронные двигатели.Асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель. Это машина, которая работает с постоянной скоростью I, e синхронной скоростью. Но асинхронный двигатель работает со скоростью меньше синхронной. Асинхронный двигатель также подразделяется на однофазные и трехфазные асинхронные двигатели.

Классификация двигателей переменного типа проиллюстрирована ниже.

Классификация двигателя

Работа синхронного двигателя

Обмотка статора получает трехфазное питание, так что создается вращающееся магнитное поле (RMF).Этот RMF вращается в воздушном зазоре и пытается взаимодействовать с обмоткой возбуждения. На обмотку возбуждения подается постоянный ток в синхронной машине. Обмотка возбуждения создает стационарное магнитное поле. Вращающееся магнитное поле и стационарное магнитное поле взаимодействуют друг с другом. Из-за инерции ротора ротор не может развивать однонаправленный крутящий момент. Итак, синхронный двигатель не является самозапускающейся машиной. Чтобы этого избежать, предусмотрено начальное вращение. При начальном вращении полюса статора и ротора блокируются друг с другом.Кроме того, машина развивает однонаправленный крутящий момент, который позволяет ротору непрерывно вращаться.

Синхронная машина

Работа однофазной индукционной машины

Когда трехфазное питание подается на обмотку статора машины, будет разработан RMF. RMF взаимодействует с короткозамкнутыми проводниками ротора. Из-за этого в стержнях ротора индуцируется ЭДС по принципу взаимной индукции, как в трансформаторе. Но ротор не может развивать однонаправленный крутящий момент, потому что основная обмотка создает двусторонний крутящий момент.Поток, создаваемый основной обмоткой, создает два встречных потока. Для создания однонаправленного крутящего момента вспомогательная обмотка с конденсатором расположена со смещением фаз на 90 градусов относительно основной обмотки. Благодаря такому расположению противодействующая сила нейтрализуется, и создается дополнительная сила, превышающая существующую силу. Это позволяет ротору развивать однонаправленный крутящий момент, и ротор работает плавно. Ниже показана работа однофазной индукционной машины.

Однофазный асинхронный двигатель

Работа трехфазной индукционной машины

По своим характеристикам этот двигатель аналогичен однофазному двигателю. Но конструкция совершенно иная: обмотка статора смещена под углом 120 градусов, и по обмоткам может течь сбалансированный ток. Это позволяет обмоткам создавать вращающееся магнитное поле. Этот Rmf за счет трехфазного тока развивает однонаправленный крутящий момент. Следовательно, он может действовать как самозапускающаяся машина.