Регулятор оборотов коллекторного двигателя — своими руками, схема

При использовании электродвигателя в инструментах, одной из серьёзных проблем является регулировка скорости их вращения. Если скорость недостаточно высока, то действие инструмента является недостаточно эффективным.

Если же она излишне высока, то это приводит не только к существенному перерасходу электрической энергии, но и к возможному пережогу инструмента. При слишком высокой скорости вращения, работа инструмента может стать также менее предсказуемой. Как это исправить? Для этой цели принято использовать специальный регулятор скорости вращения.

Двигатель для электроинструментов и бытовой техники обычно относится к одному из 2 основных типов:

1. Коллекторные двигатели.
2. Асинхронные двигатели.

В прошлом, вторая из указанных категорий имела наибольшее распространение. Сейчас, примерно 85% двигателей, которые употребляются в электрических инструментах, бытовой или кухонной технике, относятся к коллекторному типу. Объясняется это тем, что они имеют большую степень компактности, они мощнее и процесс управления ими является более простым.

Действие любого электродвигателя построено на очень простом принципе: если между полюсами магнита поместить прямоугольную рамку, которая может вращаться вокруг своей оси, и пустить по ней постоянный ток, то рамка станет поворачиваться. Направление вращения определяется согласно «правилу правой руки».

Эту закономерность можно использовать для работы коллекторного двигателя.

Важным моментом здесь является подключение тока к этой рамке. Поскольку она вращается, для этого используются специальные скользящие контакты. После того, как рамка повернётся на 180 градусов, ток по этим контактам потечёт в обратном направлении. Таким образом, направление вращения останется прежним. При этом, плавного вращения не получится. Для достижения такого эффекта принято использовать несколько десятков рамок.

Сложности и особенности

Сложность создания регулятора оборотов коллекторного двигателя заключается в том, что устройство потребляет не только активную, но и реактивную мощность, которая увеличивается при повышении оборотов. Главной задачей является выравнивание и сокращение разрыва между двумя этими характеристиками.

Мощность коллекторного двигателя это произведение потребляемого им тока, на напряжение сети. Общее ее значение складывается из активной и реактивной.

В домашних условиях довольно тяжело привести к пустые потери к нуля. Для этого необходимо, чтобы прибор испытывал только активную нагрузку, что можно получить, только используя полупроводниковые резисторы.

Устройство

Коллекторный двигатель состоит обычно из ротора (якоря), статора, щёток и тахогенератора:

1. Ротор — это вращающаяся часть, статор — это внешний магнит.
2. Щётки, сделанные из графита – это основная часть скользящих контактов, через которую на вращающийся якорь подаётся напряжение.
3. Тахогенератор – это прибор, который отслеживает характеристики вращения. В случае нарушения равномерности движения, он корректирует поступающее в двигатель напряжение, тем самым делая его более плавным.
4. Статор может содержать не один магнит, а, например, 2 (2 пары полюсов). Также, вместо статических магнитов, здесь могут быть использованы и катушки электромагнитов. Работать такой мотор может как от постоянного, так и от переменного тока.

Простота регулировки скорости коллекторного двигателя определяется тем, что скорость вращения прямо зависит от величины поданного напряжения.

Кроме этого, важной особенностью является то, что ось вращения непосредственно можно присоединять к вращающемуся инструменты без использования промежуточных механизмов.

Если говорить об их классификации, то можно говорить о:

1. Коллекторных двигателях постоянного тока.
2. Коллекторных двигателях переменного тока.

В этом случае, речь идёт о том, каким именно током происходит питание электродвигателей.

Разница состоит в том, как организованы эти подключения.

Тут принято различать:

• Параллельное возбуждение.
• Последовательное возбуждение.
• Параллельно-последовательное возбуждение.

Принцип работы

Для сборки лучше всего выбрать тиристорный преобразователь, он позволит осуществлять изменение режима работы без существенных потерь.

К тому же, благодаря нему будут настроены такие функции как:

• Разгон-торможение.
• Жесткое регулирование характеристик.
• Переключение на реверсивное движение.

К тому же у него импульсно-фазовое управление. Которое, позволяет не терять момент вращения ротора, не увеличивая потери на реактивной характеристике.

Схема регулятора оборотов будет состоять из следующих ключевых узлов:

• Управляемый выпрямитель сигнала.
• Блок регулирования.
• Система обратной связи.
• Регулятор мощности сети.

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Существует несколько способов:

1. Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: частотное регулирование и изменение числа пар полюсов.

1. Изменение скольжения электромотора за счет уменьшения или увеличения напряжения (может применяться для АД с фазным ротором).

Частотное регулирование

В данном случае регулировка производится с помощью подключенного к двигателю устройства для преобразования частоты. Для этого применяются мощные тиристорные преобразователи. Процесс частотного регулирования можно рассмотреть на примере формулы ЭДС трансформатора:

Двигатель

В зависимости от принципа управления и характеристик, существуют различные типы двигателей. Остановиться стоит только на двух, в одном используется обмотка возбуждения, а в другом постоянный магнит. В зависимости от выполняемой работы нужно правильно подобрать тип агрегата.

Если необходимо регулировать частоту вращения от минимального до конкретного значения, например в дрели. То лучше выбирать схему с постоянным магнитом.

• 
  Замена масла в двигателе своими руками — пошаговая инструкция как правильно, быстро и просто заменить масло в моторе и трансмиссии (125 фото и видео)

• Ремонт двигателя своими руками — капитальное восстановление и обслуживание двигателя внутреннего сгорания

• Бампер своими руками: как сделать полимерный уникальный бампер для авто в домашних условиях (125 фото)

В тех же случаях, когда минимальное значение вращения будет равняться 0 оборотов, лучше использовать обмотку возбуждения. Такая схема подойдет для регуляторов оборотов кулера компьютера.

Двигатель конструктивно состоит из следующих узлов:

• Якорь, он же ротор, на котором имеется обмотка.
• Коллектор, который выпрямляет ток.
• Статор, обмоткой которого создается магнитное поле.

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

• специализированными однофазными ПЧ
• трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

Читайте также:  Гидроаккумулятор: принцип работы, устройство, схема, расчет, установка, подключение

• интеллектуальное управление двигателем
• стабильно устойчивая работа двигателя
• огромные возможности современных ПЧ:

• возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
• многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
• входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
• различные выходы
• коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
• предустановленные скорости
• ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

• более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
• разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Читать также: Что такое тигли фото

Преимущества:

• более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
• огромный выбор по мощности и производителям
• более широкий диапазон регулирования частоты
• все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

• необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
• пульсирующий и пониженный момент
• повышенный нагрев
• отсутствие гарантии при выходе из строя, т. к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Регулятор оборотов в двигателе нужен для совершения плавного разгона и торможения. Широкое распространение получили такие приборы в современной промышленности. Благодаря им происходит измерение скорости движения в конвейере, на различных устройствах, а также при вращении вентилятора. Двигатели с производительностью на 12 Вольт применяются в целых системах управления и в автомобилях.

Регулятор

Закончив с двигателем и разобравшись с его показателями и режимом работы можно делать регулятор оборотов асинхронного двигателя своими руками.

Необходимо добиться следующих целей:

• Регулировка должна осуществляться от нуля оборотов до максимально возможных значений.
• На низких скоростях крутящий момент должен быть самым высоким.
• Нужно добиться плавного изменения количества оборотов.

Особенности подключения

При подключении проводов и соединении основных узлов между собой следует придерживаться следующим рекомендаций:

• Провода не должны быть слишком длинными. Особенно если речь идет о регуляторе оборотов бесколлекторного двигателя.
• Обмотка не должна быть повреждена.
• Места соединения должны быть надежно запаяны и изолированы друг от друга.

• 
  Покраска авто своими руками — подготовка к нанесению покрытия и основные этапы качественной покраски авто (100 фото)

• Полировка автомобиля своими руками — пошаговый мастер-класс как и чем отполировать лакокрасочное покрытие автомобиля (70 фото)

• Полировка фар своими руками — как и чем правильно отполировать фары в домашних условиях (100 фото)

Плавный пуск асинхронных электродвигателей

АД кроме безусловных преимуществ, обладают существенными недостатками. Это рывок на старте и большие пусковые токи, в 7 раз превышающие номинальные. Для мягкого старта электродвигателя используются следующие методы:

• переключение обмоток по схеме звезда – треугольник;
• включение электродвигателя через автотрансформатор;
• использование специализированных устройств для плавного пуска.

В большинстве частотных регуляторов есть функция плавного пуска двигателя. Это не только снижает пусковые токи, но и уменьшает нагрузки на исполнительные механизмы. Поэтому регулирование частоты и плавный пуск довольно сильно связаны между собой.

Пошаговая инструкция

Классическая схема синистора работает по принципу зарядки конденсатора через мало ёмкий резистор. После того, как напряжение между обкладками достигнет нужного значения, симистор начинает пропускать ток к нагрузке.

Таким образом, можно контролировать емкость конденсатора, изменяя напряжение, которое пойдет на нагрузку. Для этого отлично подойдет реостат, который устанавливается на место резистора.

К сожалению, такая схема быстро нагревается из-за чего нужно устанавливать дополнительный радиатор позволяющий эффективно отводить тепло.

Более подходящей схемой, позволяющей сохранить потерянную мощность и точнее контролировать работу, является коммутация с силовыми резисторами. Их работа основана многократном открытии и закрытии за один период электрической синусоиды.

Данная установка может осуществлять работу от внутреннего накопителя с напряжением 12 В и внешнего 220 В. Однако в таком случае требуется гасящая схема.

В таком режиме работы можно изменять пороговую мощность, это напрямую влияет на мощность работы ротора. Силовые резисторы выставляются на определенные показания входящего тока, собирая его в нужных объемах.

• 
  Замена порогов своими руками — советы профессионалов по ремонту днища и порогов (120 фото)

• Регулировка карбюратора своими руками — 120 фото и советы как правильно настроить и проверить агрегат

• Как заменить свечи: как правильно быстро и просто проверить работу, снять и установить свечи в моторе (80 фото)

Принцип управления

При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы. Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

• Стабилизатор напряжения для обеспечения нормальной работы схемы управления. Он реализован по выводам 9, 10.
• Схема контроля скорости вращения. Реализована по выводам МС 4, 11, 12. При необходимости регулятор можно перевести на аналоговый датчик, тогда выводы 8 и 12 объединяются.
• Блок пусковых импульсов. Он реализован по выводам 1, 2, 13, 14, 15. Выполняет регулировку длительности импульсов управления, задержку, формирования их из постоянного напряжения и калибровку.
• Устройство генерации напряжения пилообразной формы. Выводы 5, 6 и 7. Он используется для регулирования скорости согласно заданному значению.
• Схема усилителя управления. Вывод 16. Позволяет отрегулировать разницу между заданной и фактической скоростью.
• Устройство ограничения тока по выводу 3. При повышении напряжения на нем происходит уменьшение угла отпирания симистора.

Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

При использовании электродвигателя в инструментах, одной из серьёзных проблем является регулировка скорости их вращения. Если скорость недостаточно высока, то действие инструмента является недостаточно эффективным.

Если же она излишне высока, то это приводит не только к существенному перерасходу электрической энергии, но и к возможному пережогу инструмента. При слишком высокой скорости вращения, работа инструмента может стать также менее предсказуемой. Как это исправить? Для этой цели принято использовать специальный регулятор скорости вращения.

Двигатель для электроинструментов и бытовой техники обычно относится к одному из 2 основных типов:

1. Коллекторные двигатели.
2. Асинхронные двигатели.

В прошлом, вторая из указанных категорий имела наибольшее распространение. Сейчас, примерно 85% двигателей, которые употребляются в электрических инструментах, бытовой или кухонной технике, относятся к коллекторному типу. Объясняется это тем, что они имеют большую степень компактности, они мощнее и процесс управления ими является более простым.

Фото регулятора оборотов своими руками

Как поменять вращение на коллекторном двигателе переменного тока

Содержание

1. Устройство и схема подключения коллекторного двигателя переменного тока
2. Особенности конструкции и принцип действия
3. Упрощенная схема подключения
4. Управление работой двигателя
5. Преимущества и недостатки
6. Типичные неисправности
7. Как поменять вращение на однофазном двигателе. Как поменять направление вращения однофазного двигателя
8. Подписка на рассылку
9. Направление вращения вала электродвигателя
10. Изменение направления вращения вала в трехфазных электродвигателях
11. Реверс однофазного электродвигателя
12. Основные неисправности
13. Постановка задачи
14. Преимущества машин и недостатки
15. Вариант 1: переподключение рабочей намотки
16. Вариант 2: переподключение пусковой намотки
17. Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей
18. С пусковой обмоткой
19. Конденсаторный
20. Схема с двумя конденсаторами
21. Подбор конденсаторов
22. Изменение направления движения мотора
23. Работа коллекторного электродвигателя переменного тока
24. Принцип работ и конструктивные особенности
25. Из чего состоит конструкция?
26. Схема подключения (упрощенная)
27. Управление двигателем
28. Преимущества машин и недостатки
29. Основные неисправности
30. Устройство и подключение однофазных электродвигателей 220В
31. Однофазные асинхронные электродвигатели
32. Устройство и принцип действия
33. Схема запуска и подключения
34. Коллекторный двигатель переменного тока
35. Видео

Устройство и схема подключения коллекторного двигателя переменного тока

Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения двигателя, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.

Особенности конструкции и принцип действия

По сути, коллекторный двигатель представляет собой достаточно специфичное устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и, в силу этого, обладающее схожими характеристиками. Отличие этих двигателей состоит в том, что корпус статора мотора переменного тока для снижения потерь на вихревые токи выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Обмотки возбуждения машины подключаются последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220в.

Могут быть как одно-, так и трехфазными, благодаря способности работать от постоянного и переменного тока называются ещё универсальными. Кроме статора и ротора конструкция включает щеточно-коллекторный механизм и тахогенератор. Вращение ротора в коллекторном электродвигателе возникает в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин трапецеидального сечения и является одним из узлов ротора, последовательно соединенного с обмотками статора.

В целом принцип работы коллекторного мотора можно наглядно продемонстрировать с помощью известного со школы опыта с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если через рамку протекает ток, она начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления движения тока в ней.

Последовательное подсоединение обмоток возбуждения дает большой максимальный момент, но появляются большие обороты холостого хода, способные привести к преждевременному выходу механизма из строя.

Упрощенная схема подключения

Типовая схема подключения может предусматривать до десяти выведенных контактов на контактной планке. Ток от фазы L протекает до одной из щеток, затем передается на коллектор и обмотку якоря, после чего проходит вторую щетку и перемычку на обмотки статора и выходит на нейтраль N. Такой способ подключения не предусматривает реверс двигателя вследствие того, что последовательное подсоединение обмоток ведет к одновременной замене полюсов магнитных полей и в результате момент всегда имеет одно направление.

Направление вращения в этом случае можно изменить, только поменяв местами выхода обмоток на контактной планке. Включение двигателя «напрямую» выполняется только с подсоединенными выводами статора и ротора (через щеточно-коллекторный механизм). Вывод половины обмотки используется для включения второй скорости. Следует помнить, что при таком подключении мотор работает на полную мощность с момента включения, поэтому эксплуатировать его можно не более 15 секунд.

Управление работой двигателя

На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.

В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:

Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.

К неоспоримым достоинствам таких машин следует отнести:

Недостатком этих двигателей принято считать использование щеточно-коллекторного перехода, который обуславливает:

Типичные неисправности

Наибольшего внимания к себе требует щеточно-коллекторный механизм, в котором наблюдается искрение даже при работе нового двигателя. Сработанные щетки следует заменить для предотвращения более серьезных неисправностей: перегрева ламелей коллектора, их деформации и отслаивания. Кроме того, может произойти межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, в результате которого происходит значительное падение магнитного поля или сильное искрение коллекторно-щеточного перехода.

Избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя может грамотная эксплуатация устройства и профессионализм изготовителя в процессе сборки изделия.

Источник

Как поменять вращение на однофазном двигателе. Как поменять направление вращения однофазного двигателя

Подписка на рассылку

Чтобы механизмы на производстве или в быту, будь-то дерево или металлообрабатывающие станки, консольный насос, конвейерная лента, кран-балка, заточной станок, электрическая газонокосилка, кормоизмельчитель или другое устройство работали без поломок, необходимо, в первую очередь, чтобы вал электродвигателя вращался в правильную сторону.
Во избежание ошибок и не допуска вращения вала механизма в противоположную сторону согласно пункту 2.5.3 «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» на корпусе самого механизма и приводном двигателе должны быть нанесены стрелки направления вращения электродвигателя.

Направление вращения вала электродвигателя

Определение направления вращения электродвигателя выполняется со стороны единственного конца вала. В том случае если двигатель имеет два конца вала, то вращение определяют со стороны вала, который имеет больший диаметр. Согласно ГОСТ 26772-85 правому направлению соответствует движение вала по часовой стрелке. У наиболее распространенных трехфазных двигателей с короткозамкнутым ротором вращение вала в правую сторону будет осуществляться, если последовательность фаз, по которым подается напряжение на концы обмоток статора, будет соответствовать алфавитной последовательности их маркировки – U1, V1, W1.

Для однофазных двигателей с короткозамкнутым ротором вращение вала по часовой стрелке будет выполняться при условии, когда фаза будет подаваться на конец рабочей обмотки.

Изменение направления вращения вала в трехфазных электродвигателях

Эксплуатация некоторых механизмов требует левостороннего вращения вала. Зная, как изменить направление вращения электродвигателя, это можно сделать без какой-либо доработки или переделки самого приводного двигателя. Для смены направления движения нужно:

Левостороннее вращение

Если эксплуатация двигателя требует постоянного переключения двигателя с правостороннего вращения на левостороннее, его подключение осуществляют по специальной схеме,

Реверс однофазного электродвигателя

Запустить вращение однофазного асинхронного электродвигателя можно переподключив фазу на начало рабочей обмотки.

Зная, как поменять направление вращения электродвигателя, можно подключить однофазный электродвигатель с возможностью переключения правостороннего вращения на левостороннее с помощью трехконтактного переключателя.

Чтобы изменить направление вращения двигателя постоянного тока, нужно изменить направление вращающего момента М = смФ/я. Это можно сделать, изменив направление тока в обмотке якоря или направление магнитного потока в обмотке возбуждения. При одновременном изменении направления тока якоря и магнитного потока в обмотке возбуждения направление вращения не изменяется. Схемы соединений для изменения направления вращения представлены на рис. 6.1.

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

Мы вновь возвращаемся в мир занимательного — как электротехника, так как считаю, что эти знания нам просто всем необходимы в нашей повседневной жизни.

Читать также: Почему паяльник не нагревается

Постановка задачи

Предположим, что у уже подсоединенного с использованием пускозарядной емкости асинхронного однофазного двигателя изначально вращение вала направлено по часовой стрелке, как на картинке ниже.

Уточним важные моменты:

К достоинствам относят:

Недостатки связаны и использованием щеточно-коллекторного перехода, влекущего:

Вариант 1: переподключение рабочей намотки

Чтобы изменить направление вращения двигателя, можно только поменять местами начало и конец рабочей (постоянной включенной) обмотки, как это показано на рисунке. Можно подумать, что для этого придется вскрывать корпус, доставать намотку и переворачивать ее. Этого делать не нужно, потому что достаточно поработать с контактами снаружи:

В результате получаем схему, где точки С и D меняются между собой местами. Теперь ротор асинхронного двигателя будет вращаться в другую сторону.

Вариант 2: переподключение пусковой намотки

Второй способ организовать реверс асинхронного мотора 220 Вольт – поменять местами начало и конец пусковой обмотки. Делается это по аналогии с первым вариантом:

После описанных выше действий получаем схему, как на рисунке выше: точки А и В поменялись местами, значит ротор стал обращаться в противоположную сторону.

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

подключение однофазного двигателя

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт

(который замыкается только на время пуска),
остальные два — на крайние (произвольно).
К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (
обратите внимание! не с общим
). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифолярного) через кнопку.

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите конденсатор специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Источник

Работа коллекторного электродвигателя переменного тока

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:

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.

Рекомендуем:

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:

Другая схема – тиристорана фазоимпульсная.

К достоинствам относят:

Недостатки связаны и использованием щеточно-коллекторного перехода, влекущего:

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

Автор и редактор обзоров по гаджетам и новой техники. Ведет работы по написанию свежих рейтингов к публикациям, проверки достоверности и актуальности информации уже опубликованных статей. Отвечает на вопросы в комментариях, пишет на авто темы.

Источник

Устройство и подключение однофазных электродвигателей 220В

Однофазные электродвигатели 220В широко используются в разнообразных бытовых и промышленных устройствах: холодильниках, стиральных машинах, насосах, дрелях, заточных и подобных им обрабатывающих станках. Их технические характеристики несколько уступают свойствам трехфазных двигателей. Существует два наиболее распространенных типа однофазных электродвигателей для сети переменного тока промышленной частоты:

Первые более просты по своему устройству, но обладают рядом недостатков, главные из которых – трудности с изменением направления и частоты вращения ротора.

Далее рассмотрены однофазные асинхронные электродвигатели и коллекторные двигатели переменного тока.

Однофазные асинхронные электродвигатели

Устройство и принцип действия

Мощность такого однофазного двигателя 220В может в зависимости от конструкции находиться в пределах от 5 Вт до 10 кВт. Его ротор – это обычно короткозамкнутая обмотка («беличья клетка») – медные или алюминиевые стержни, замкнутые с торцов.

Такой однофазный двигатель, как правило, имеет две смещенные на 90° друг относительно друга обмотки. Рабочая (главная) при этом занимает большую часть пазов статора, а пусковая (вспомогательная) – оставшуюся. И однофазным его называют потому, что у него лишь одна рабочая обмотка.

Переменный ток, протекающий по главной обмотке, создает периодически меняющееся магнитное поле. Его можно считать состоящим из двух круговых с одинаковой амплитудой, вращающихся навстречу друг другу.

По закону электромагнитной индукции в замкнутых витках ротора меняющийся магнитный поток создает индукционный ток, взаимодействующий с порождающим его полем. Если ротор неподвижен, моменты действующих на него сил одинаковы, вследствие чего ротор остается неподвижным.

Если же ротор начать вращать, то равенство моментов этих сил нарушится, поскольку скольжение его витков относительно вращающихся магнитных полей станет разным. Как следствие – сила Ампера, действующая на витки ротора со стороны прямого магнитного поля, будет значительно больше, чем со стороны обратного.

Индукционный ток в витках ротора может возникать лишь при пересечении ими силовых линий магнитного поля. А для этого они должны вращаться со скоростью, чуть меньшей, чем частота вращения поля (при одной паре полюсов – 3000 об/мин). Отсюда и название, которое получили такие электродвигатели, асинхронные.

При увеличении механической нагрузки скорость вращения уменьшается, возрастает величина индукционного тока в витках ротора. Как следствие – возрастают и механическая мощность двигателя, и мощность потребляемого им переменного тока.

Схема запуска и подключения

Понятно, что раскручивать вручную ротор при каждом запуске электродвигателя неудобно. Для создания первоначального пускового момента и используется пусковая обмотка. Поскольку она составляет с рабочей обмоткой прямой угол, для создания вращающегося магнитного поля ток в ней должен быть сдвинут по фазе относительно тока в рабочей обмотке тоже на 90°.

Добиться этого можно включением в цепь ее питания фазосмещающего элемента. Резистор или дроссель обеспечить фазовый сдвиг в 90° не могут, поэтому в большинстве ситуаций логично использование конденсатора в качестве фазосмещающего элемента. В этом случае однофазный электродвигатель обладает наилучшими пусковыми свойствами.

Когда фазовращающий элемент является конденсатором, однофазные электродвигатели конструктивно могут быть такими:

Первый (наиболее распространенный) вариант предусматривает подключение пусковой обмотки с конденсатором ненадолго на время пуска, после чего они отключаются. Реализовать его можно с помощью реле времени, а то и просто за счет замыкания цепи во время нажатия пусковой кнопки. Эта схема запуска характеризуется сравнительно небольшим пусковым током, но в номинальном режиме характеристики невысоки. Причина в том, что поле статора является эллиптическим (в направлении полюсов оно сильнее, чем в перпендикулярном).

Схема с рабочим, постоянно включенным конденсатором лучше работает в номинальном режиме, но имеет посредственные пусковые характеристики. Вариант с пусковым и рабочим конденсатором является промежуточным между двумя описанными выше. Расчет значений их емкостей сравнительно прост: у рабочего 0,75 мкФ на 1 кВт мощности, у пускового – в 2,5 раза больше.

Коллекторный двигатель переменного тока

Рассмотрим коллекторный двигатель переменного тока. Универсальные коллекторные электродвигатели могут питаться от источников как переменного, так и постоянного тока. Они часто используются в электроинструментах, швейных и стиральных машинах, мясорубках – там, где нужен реверс, регулировка частоты вращения ротора или его вращение с частотой более 3000 об/мин.

Обмотки статора и ротора коллекторного электродвигателя соединяются последовательно. К обмоткам ротора ток подводится через щетки, соприкасающиеся с пластинами коллектора, к которым подсоединяются концы обмоток ротора.

Реверс однофазного двигателя с коллектором осуществляется за счет изменения полярности включения в сеть обмоток статора или ротора, а скорость вращения можно регулировать, изменяя величину тока в обмотках.

Основные недостатки такого двигателя:

Остается добавить, что при использовании устройств, содержащих однофазный электродвигатель, следует самое пристальное внимание уделить выбору его типа, схеме подключения, тому, как правильно осуществить расчет элементов.

Источник

Видео

КАК ИЗМЕНИТЬ НАПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЕ ВАЛА В ОДНОФАЗНОМ ДВИГАТЕЛЕ

🔨 РЕВЕРСИРУЕМЫЕ и НЕРЕВЕРСИРУЕМЫЕ ⚒️ Электро Моторы ✅Это надо Знать !

Супер-Просто! Реверс на моторе стиральной машины! Всего одна деталь! Соберет даже блондинка!

меняем направление вращения двигателя

Болгарка вращается в другую сторону. Что делать?

Изменение направления вращения однофазного асинхронного двигателя.

Как подключить асинхронный двигатель на правое или левое вращение?

РЕВЕРС МОТОРА без Н моста и транзисторов !!! НА одних ДИОДАХ !

Как подключить реверс к дрели если он не установлен

Как изменить направление вращения трехфазного асинхронного двигателя?

Как подключить коллекторный двигатель с двумя обмотками

Плата регулировки оборотов
электродвигателя с поддержанием мощности​

Многие задаются вопросом как проверить двигатель от стиральной машины перед покупкой, как правильно подключить его и использовать с платой регулировки оборотов без потери мощности. Все очень просто.

Для проверки двигателя нам понадобиться:

На что следует обратить внимание при проверке двигателя?

1. Состояние коллекторно-щеточного узла,
2. Работу таходатчика.

Для начала мы разберемся с подключением двигателя и его проводами. Нам необходимо найти его обмотку, щетки и таходатчик. Для этого мы ставим мультиметр в режим «прозвонки» и поочередно начинаем перебирать провода.

Бывают двигатели с 6, 8 и 9-ю контактами. Для начала нам нужно определить какие контакты нам необходимы.

Двигатель с 6 контактами (3 пары)

Если двигатель открытого типа, то его провода найти легко. Осталось найти еще 2 пары контактов. Это не имеет принципиального значения что из них обмотка, а что щетки. Но для ясности можно один щуп мультиметра прикоснуть к одной из клеммы любой пары контактов, а второй щуп прикоснуть к коллектору двигателя. Если при этом мы видим замыкание цепи, значит эта пара клемм относится к щеткам, а оставшаяся пара будет являться обмоткой двигателя.

Теперь подключим провода. Для начала подключаем нашу перемычку. Для этого мы берем один конец щеток и один контакт от обмотки и соединяем их перемычкой. На оставшиеся контакты щеток и обмотки мы прикрепляем сетевой провод. Все, двигатель подключен и его можно подключать в сеть.

Двигатель с 8 и 9-ю контактами

Если двигатель закрытого типа и мы не можем найти провода таходатчика, то его клеммы можно найти с помощью мультиметра в режиме «прозвонки».
Прозвонка его клемм отличается от прозвонки всех остальных клемм. Клеммы таходатчика либо не пищат совсем, а показывают только сопротивление. Либо их звук отличается от стандартного.

Поменять направления двигателя

Чтобы поменять направление двигателя, нам нужно поменять положение перемычки подсоединив ее конец к другому концу обмотки либо щетки.

На что стоит обратить внимание при покупке двигателя

Теперь это устройство можно использовать везде где необходима вращающаяся механическая энергия с регулировкой оборотов без потери мощности. Это могут быть различные медогонки, пилы, гриндеры, сверлильные станки, гончарные круги, токарные станки, дровоколы, точила, зернодробилки и многое другое.

Источник

Коллекторный двигатель постоянного и переменного тока

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:

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:

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:

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:

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:

Основные недостатки:

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 U_K 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:

Минусы:

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:

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:

Источник

Устройство и схема подключения коллекторного двигателя переменного тока

Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения двигателя, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.

Особенности конструкции и принцип действия

По сути, коллекторный двигатель представляет собой достаточно специфичное устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и, в силу этого, обладающее схожими характеристиками. Отличие этих двигателей состоит в том, что корпус статора мотора переменного тока для снижения потерь на вихревые токи выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Обмотки возбуждения машины подключаются последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220в.

Могут быть как одно-, так и трехфазными, благодаря способности работать от постоянного и переменного тока называются ещё универсальными. Кроме статора и ротора конструкция включает щеточно-коллекторный механизм и тахогенератор. Вращение ротора в коллекторном электродвигателе возникает в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин трапецеидального сечения и является одним из узлов ротора, последовательно соединенного с обмотками статора.

В целом принцип работы коллекторного мотора можно наглядно продемонстрировать с помощью известного со школы опыта с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если через рамку протекает ток, она начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления движения тока в ней.

Последовательное подсоединение обмоток возбуждения дает большой максимальный момент, но появляются большие обороты холостого хода, способные привести к преждевременному выходу механизма из строя.

Упрощенная схема подключения

Типовая схема подключения может предусматривать до десяти выведенных контактов на контактной планке. Ток от фазы L протекает до одной из щеток, затем передается на коллектор и обмотку якоря, после чего проходит вторую щетку и перемычку на обмотки статора и выходит на нейтраль N. Такой способ подключения не предусматривает реверс двигателя вследствие того, что последовательное подсоединение обмоток ведет к одновременной замене полюсов магнитных полей и в результате момент всегда имеет одно направление.

Направление вращения в этом случае можно изменить, только поменяв местами выхода обмоток на контактной планке. Включение двигателя «напрямую» выполняется только с подсоединенными выводами статора и ротора (через щеточно-коллекторный механизм). Вывод половины обмотки используется для включения второй скорости. Следует помнить, что при таком подключении мотор работает на полную мощность с момента включения, поэтому эксплуатировать его можно не более 15 секунд.

Управление работой двигателя

На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.

В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:

Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.

К неоспоримым достоинствам таких машин следует отнести:

Недостатком этих двигателей принято считать использование щеточно-коллекторного перехода, который обуславливает:

Типичные неисправности

Наибольшего внимания к себе требует щеточно-коллекторный механизм, в котором наблюдается искрение даже при работе нового двигателя. Сработанные щетки следует заменить для предотвращения более серьезных неисправностей: перегрева ламелей коллектора, их деформации и отслаивания. Кроме того, может произойти межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, в результате которого происходит значительное падение магнитного поля или сильное искрение коллекторно-щеточного перехода.

Избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя может грамотная эксплуатация устройства и профессионализм изготовителя в процессе сборки изделия.

Источник

Как подключить коллекторный двигатель с двумя обмотками

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

Типы коллекторных электродвигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения U_ОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (I_в = I_а), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (I_а &lt I_ном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф

I_а), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:

,

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током I_а и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом I_а практически не увеличивается. График зависимости M=f(I_a) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

Основные параметры электродвигателя постоянного тока

Постоянная момента

Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

,

Подключение коллекторного двигателя переменного тока

Мы вновь возвращаемся в мир занимательного — как электротехника, так как считаю, что эти знания нам просто всем необходимы в нашей повседневной жизни.

Подключение однофазного коллекторного двигателя — переменного тока

В этой теме необходимо понять, — как именно подключается однофазный коллекторный двигатель переменного тока, допустим, после его ремонта. Электрическая схема рис.1 дает нам представление о характере электрических соединений, то-есть, здесь мы можем заметить, что две обмотки статора электродвигателя в электрической цепи состоят в последовательном соединении, а две обмотки ротора электродвигателя относительно внешнего источника напряжения — соединены параллельно и электрическая цепь для данного примера замыкается на обмотках ротора электродвигателя.

Кто разбирал из нас бытовые потребители электроэнергии как:

В зависимости от типов асинхронных двигателей и их применения \рис.3\, существуют следующие схемы подключения к однофазной сети:

а) омический сдвиг фаз, биффилярный способ намотки пусковой обмотки;

б) емкостной сдвиг фаз с пусковым конденсатором;

в) емкостной сдвиг фаз с пусковым и рабочим конденсатором;

г) емкостной сдвиг фаз с рабочим конденсатором.

В схемах указаны следующие обозначения:

Перед подключением коллекторного однофазного двигателя, необходимо определить:

обмотки статора. Конденсатор, с его номинальными значениями по емкости и напряжению, и соответствующими данными для определенного типа двигателя, следует подключать к пусковой обмотке статора — последовательно. Сопротивление обмоток статора принимает следующие средние значения:

— для некоторых видов бытовой техники. Выполняя замеры сопротивлений на выводах проводов обмоток статора можно определить пусковую обмотку с ее средним значением. То-есть, сопротивление пусковой обмотки принимает среднее значение между рабочей обмоткой и общим сопротивлением двух обмоток — рабочей и пусковой.

Для управления коллекторным двигателем — без реостата, вполне подойдет пакетный переключатель, с помощью которого осуществляется переключение контактной группы — в переключателе \рис.4\.

В этом примере, в зависимости от переключения позиции, будет изменяться направление вращения ротора электродвигателя, работа осуществляется с постоянной скоростью и оборотами двигателя, изменяется только полярность обмоток статора.

переключатель кулачковый пакетный

Для управления скоростью вращения ротора электродвигателя, можно воспользоваться симисторным регулятором скорости вращения. Данное электроустановочное изделие как и все остальные, подбирается с учетом номинальных значений по силе тока и напряжению, — учитывается подключаемая нагрузка \мощность потребителя электрической энергии\.

Мощность потребителя, как наглядно видно из формулы \рис.5\, это произведение силы тока и напряжения. Для чего вообще необходимо проводить преварительные вычисления? Нагрузка, как известно нам, подключается через автомат защитного отключения. Чтобы установить и подключить автомат защитного отключения, принимается во внимание расчет по силе тока нагрузки \рис.6\.

симисторный регулятор скорости вращения электродвигателя

На рисунке показаны выводы симистра:

При поступлении импульса на вход G — симистор открывается \рис.8\, то-есть, выполняет роль электронного ключа — для питания электродвигателя.

На фотоснимке показано изображение электронного модуля управления. Электронный модуль управления встречается в стиральных машинах-автомат, работающих в заданом, автоматическом режиме.

электронный модуль управления стиральной машины индезит

Подключение коллекторного двигателя — через реостат

либо от внешнего источника энергии, то-есть, от электрической сети. При подключении коллекторного двигателя нужно принимать во внимание электрическую схему обмоток статора, тип двигателя, как допустим для следующей схемы \рис.10\.

В свое время мною было изготовлено определенное количество электрических наждаков, электрические двигатели монтировались на платформу с последующим подключением, на вал ротора закреплялась насадка для установки наждачного круга, поэтому, в своей практике приходилось подключать различные типы электродвигателей.

Приведенный пример \по электрическим наждакам\, — тема довольно-таки тоже занимательная и полезная для наших бытовых нужд.

Остается пожелать Вам успешного проведения ремонта для различных видов бытовой техники.

Статью писал технически не граматный дебил, схема бесколекторного двигателя а описание колекторного и наоборот.

Здравствуйте электрик. Какие схемы Вы подразумеваете с названиями: «безколлекторный и коллекторный двигатели»? По схемам дается пояснение подключения обмоток коллекторного двигателя. Представляться нужно не электриком, а указывать свое имя. У меня, к примеру, имеется имя, отчество и фамилия — Виктор Георгиевич Повага. Проживаю в Сибири, работаю по договору с Яндекс.Директ.
В следующий раз, если от Вас поступит подобное письмецо, я обращусь в интернет-компании для Вашего розыска и затем, — перед судом будете доказывать «кто я такой».
Всего Вам доброго «электрик».

Здравствуйте. Я электрике ничего не понимаю, но мне нужно подключить электромотор постоянного тока ИП-22, в обычную сеть

Здравствуйте. В своей практике я не встречал такой тип электродвигателя ИП-22. Не пойму Вас о чем здесь идет речь — о пожарном извещателе ИП-22 или о электродвигателе? Укажите техническую характеристику на ваш электродвигатель и страну-производитель, чтобы я смог сориентироваться по вашему вопросу.

Добрый день, Виктор! Подскажите будет ли регулировать скорость вращения коллекторного двигателя УЛ-062-УХЛ4 симисторный преобразователь без снижения момента на валу? С этим вопросом справляются частотные преобразователи, но применение их для управления данной моделью двигателя не допустимы.

Приветствую Валентин. Скоростью вращения универсального коллекторного двигателя можно управлять симисторным регулятором мощности. Симисторный преобразователь можно понимать как симисторный стабилизатор напряжения.

Боюсь обидеть автора, но по моему, действительно с названиями типов двигателя путаница. Коллекторный и однофазный асинхронный — два разных типа двигателей. Конденсатор в коллекторном двигателе если и присутствует, то как не обязательный, в принципе, элемент. Чаще всего, иногда в сочетании с дросселями, для защиты сети от создаваемых двигателем помех (фильтр). Сам двигатель без конденсатора будет работать, можно лишь поспорить об эффекте искрогашения. Поэтому называть коллекторный двигатель конденсаторным — вводить в заблуждение. В асинхронном однофазном двигателе конденсатор служит для сдвига ФАЗЫ в пусковой обмотке. Без него — сдвига фазы, ротор действительно не начнет вращаться. После раскрутки до оборотов, близких к номинальным, двигатель будет работать и без пусковой обмотки, но с существенно меньшим вращающим моментом. Сдвига фазы можно достичь и другими путями — с помощью индуктивности или активной нагрузки. Вот тогда он и не будет асинхронным двигателем с КОНДЕНСАТОРНЫМ пуском (в этом конкретно случае).

Боюсь обидеть автора, но с названиями электродвигателей в самом деле путаница. В коллекторном электродвигателе конденсатор не является необходимым элементом. В цепи питания коллекторного электродвигателя может стоять конденсатор, часто в сочетании с индуктивностями, но это для защиты сети от помех, создаваемых коллектором двигателя (фильтр). Для работы двигателя он не обязателен. Можно поспорить только по поводу необходимости его для искрогашения. Поэтому называть коллекторный электродвигатель конденсаторным – не правильно. В асинхронном «однофазном» двигателе конденсатор в цепи пусковой обмотки служит для сдвига фазы в ней. И тоже это только вариант, правда, наиболее распространенный. Сдвига фазы можно достичь включением в цепь пусковой обмотки индуктивности или активного сопротивления. Так что уместнее говорить о конденсаторном пуске асинхронного электродвигателя в однофазной сети. Двигатель при этом правильнее назвать двухфазным. Одна фаза из сети, вторая искусственно сдвинутая. После пуска при достижении двигателем оборотов, близких к номинальным, пусковую обмотку можно отключить, двигатель будет работать, однако вращающий момент его будет существенно меньше.

Здравствуйте. Здесь я в общем-то поторопился высказать свое мнение, назвав коллекторный двигатель конденсаторным. Приятно было пообщаться с вами. С прошедшими праздниками вас.

Подскажите как подключить двигатель ул-062 к сети 220

Здравствуйте. Я не нашел схему на данный электродвигатель. Если верить той информации, которую мне удалось найти в интернете, то подключение двигателя (УЛ-062) выглядит следующим образом: к выводам контактов (на клеммной колодке) О1Я2 и С1Ш2 подключается переменное напряжение 220 Вольт, на другие два вывода контактов устанавливается перемычка (отрезок провода). Перед подключением, рекомендую проверить работу электродвигателя малым напряжением.

На клемной колодке 6 выводов, бывает и 8. Что куда подсоединять

Источник

Видео

Подключение коллекторного электродвигателя от стиральной машинки автомат.

Универсальный коллекторный двигатель

Как проверить коллекторный электродвигатель мультиметром — обмотки статора и ротора

Как подключить коллекторный двигатель от стиральной машины без приборов

Так просто! Как подключить мотор пылесоса.

Коллекторный электродвигатель — motor de comutador

Универсальные электродвигатели. Как они работают?

Запуск асинхронного двигателя с двумя обмотками.

Как подключить мотор от стиральной машины. (Две скорости)

Как подключить реверс к дрели если он не установлен

Поделиться или сохранить к себе:

Надежная схема регулятора оборотов коллекторного двигателя без потерь мощности с обратной связью по Тахо

Для выполнения многих видов работ по обработке древесины, металла или других типов материалов требуются не высокие скорости, а хорошее тяговое усилие. Правильнее будет сказать — момент. Именно благодаря ему запланированную работу можно выполнить качественно и с минимальными потерями мощности. Для этого в качестве приводного устройства применяются моторы постоянного тока (или коллекторные), в которых выпрямление питающего напряжения осуществляется самим агрегатом. Тогда для достижения требуемых рабочих характеристик необходима регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности.

• Особенности регулирования скорости
• Обобщенная схема регулятора
• Разновидности коллекторных двигателей
• Конструкция мотора
• Выбор схемы
• Особенности конструкции
• Принцип управления

Особенности регулирования скорости

Важно знать, что каждый двигатель при вращении потребляет не только активную, но и реактивную мощность. При этом уровень реактивной мощности будет больше, что связано с характером нагрузки. В данном случае задачей конструирования устройств регулирования скорости вращения коллекторных двигателей является уменьшение разницы между активной и реактивной мощностями. Поэтому подобные преобразователи будут довольно сложными, и самостоятельно их изготовить непросто.

Своими руками можно сконструировать лишь некоторое подобие регулятора, но говорить о сохранении мощности не стоит. Что такое мощность? С точки зрения электрических показателей, это произведение потребляемого тока, умноженное на напряжение. Результат даст некое значение, которое включает активную и реактивную составляющие. Для выделения только активной, то есть сведения потерь к нулю, необходимо изменить характер нагрузки на активную. Такими характеристиками обладают только полупроводниковые резисторы.

Следовательно, необходимо индуктивность заменить на резистор, но это невозможно, потому что двигатель превратится во что-то иное и явно не станет приводить что-либо в движение. Задача регулирования без потерь заключается в том, чтобы сохранить момент, а не мощность: она все равно будет изменяться. Справиться с подобной задачей сможет только преобразователь, который будет управлять скоростью за счёт изменения длительности импульса открытия тиристоров или силовых транзисторов.

Обобщенная схема регулятора

Примером регулятора, который осуществляет принцип управления мотором без потерь мощности, можно рассмотреть тиристорный преобразователь. Это пропорционально-интегральные схемы с обратной связью, которые обеспечивают

жесткое регулирование характеристик, начиная от разгона-торможения и заканчивая реверсом. Самым эффективным является импульсно-фазовое управление: частота следования импульсов отпирания синхронизируется с частотой сети. Это позволяет сохранять момент без роста потерь в реактивной составляющей. Обобщенную схему можно представить несколькими блоками:

• силовой управляемый выпрямитель;
• блок управления выпрямителем или схема импульсно-фазового регулирования;
• обратная связь по тахогенератору;
• блок регулирования тока в обмотках двигателя.

Перед тем как углубляться в более точное устройство и принцип регулирования, необходимо определиться с типом коллекторного двигателя. От этого будет зависеть схема управления его рабочими характеристиками.

Разновидности коллекторных двигателей

Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться, для каких целей требуется сконструировать регулятор:

• Если необходимо регулировать простым движением (например, вращением шлифовального камня или сверлением), то обороты потребуется изменять в пределах от какого-то минимального значения, неравному нулю, — до максимального. Примерный показатель: от 1000 до 3000 об/мин. Для этого подойдёт упрощённая схема на 1 тиристоре или на паре транзисторов.
• Если необходимо управлять скоростью от 0 до максимума, тогда придется использовать полноценные схемы преобразователей с обратной связью и жёсткими характеристиками регулирования. Обычно у мастеров-самоучек или любителей оказываются именно коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения и тахогенератором. Таким мотором является агрегат, используемый в любой современной стиральной машине и часто выходящий из строя. Поэтому рассмотрим принцип управления именно этим двигателем, изучив его устройство более подробно.

Конструкция мотора

Конструктивно двигатель от стиральной машины «Индезит» несложен, но при проектировании регулятора управления его скоростью необходимо учесть параметры. Моторы могут быть различными по характеристикам, из-за чего будет изменяться и управление. Также учитывается режим работы, от чего будет зависеть конструкция преобразователя. Конструктивно коллекторный мотор состоит

из следующих компонентов:

• Якорь, на нем имеется обмотка, уложенная в пазы сердечника.
• Коллектор, механический выпрямитель переменного напряжения сети, посредством которого оно передается на обмотку.
• Статор с обмоткой возбуждения. Он необходим для создания постоянного магнитного поля, в котором будет вращаться якорь.

При увеличении тока в цепи двигателя, включенного по стандартной схеме, обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. При таком включении мы увеличиваем и магнитное поле, воздействующее на якорь, что позволяет добиться линейности характеристик. Если поле будет неизменным, то получить хорошую динамику сложнее, не говоря уже о больших потерях мощности. Такие двигатели лучше использовать на низких скоростях, так как ими удобнее управлять на малых дискретных перемещениях.

Организовав раздельное управление возбуждением и якорем, можно добиться высокой точности позиционирования вала двигателя, но схема управления тогда существенно усложнится. Поэтому подробнее рассмотрим регулятор, который позволяет изменять скорость вращения от 0 до максимальной величины, но без позиционирования.

Это может пригодиться, если из двигателя от стиральной машины будет изготавливаться полноценный сверлильный станок с возможностью нарезания резьбы.

Выбор схемы

Выяснив все условия, при которых будет использоваться мотор, можно начинать изготавливать регулятор оборотов коллекторного двигателя. Начинать стоит с выбора подходящей схемы, которая обеспечит вас всеми необходимыми характеристиками и возможностями. Следует вспомнить их:

• Регулирование скорости от 0 до максимума.
• Обеспечение хорошего крутящего момента на низких скоростях.
• Плавность регулирования оборотов.

Рассматривая множество схем в интернете, можно сделать вывод о том, что мало кто занимается созданием подобных «агрегатов». Это связано со сложностью принципа управления, так как необходимо организовать регулирование многих параметров. Угол открытия тиристоров, длительность импульса управления, время разгона-торможения, скорость нарастания момента. Данными функциями занимается схема на контроллере, выполняющая сложные интегральные вычисления и преобразования.

Рассмотрим одну из схем, которая пользуется популярностью у мастеров-самоучек или тех, кто просто хочет с пользой применить старый двигатель от стиральной машины.

Всем нашим критериям отвечает схема управления скоростью вращения коллекторным двигателем, собранная на специализированной микросхеме TDA 1085. Это полностью готовый драйвер для управления моторами, которые позволяют регулировать скорость от 0 до максимального значения, обеспечивая поддержание момента за счёт использования тахогенератора.

Особенности конструкции

Микросхема оснащена всем необходимым для осуществления качественного управления двигателем в различных скоростных режимах, начиная от торможения, заканчивая разгоном и вращением с максимальной скоростью. Поэтому ее использование намного упрощает конструкцию, одновременно делая весь

привод универсальным, так как можно выбирать любые обороты с неизменным моментом на валу и использовать не только в качестве привода конвейерной ленты или сверлильного станка, но и для перемещения стола.

Характеристики микросхемы можно найти на официальном сайте. Мы укажем основные особенности, которые потребуются для конструирования преобразователя. К ним можно отнести: интегрированную схему преобразования частоты в напряжение, генератор разгона, устройство плавного пуска, блок обработки сигналов Тахо, модуль ограничения тока и прочее. Как видите, схема оснащена рядом защит, которые обеспечат стабильность функционирования регулятора в разных режимах.

На рисунке ниже изображена типовая схема включения микросхемы.

Схема несложная, поэтому вполне воспроизводима своими руками. Есть некоторые особенности, к которым относятся предельные значения и способ регулирования скоростью:

• Максимальный ток в обмотках двигателя не должен превышать 10 А (при условии той комплектации, которая представлена на схеме). Если применить симистор с большим прямым током, то мощность может быть выше. Учтите, что потребуется изменить сопротивление в цепи обратной связи в меньшую сторону, а также индуктивность шунта.
• Максимальная скорость вращения достигается 3200 об/мин. Эта характеристика зависит от типа двигателя. Схема может управлять моторами до 16 тыс. об/мин.
• Время разгона до максимальной скорости достигает 1 секунды.
• Нормальный разгон обеспечивается за 10 секунд от 800 до 1300 об/мин.
• На двигателе использован 8-полюсный тахогенератор с максимальным выходным напряжением на 6000 об/мин 30 В. То есть он должен выдавать 8мВ на 1 об/мин. При 15000 об/мин на нем должно быть напряжение 12 В.
• Для управления двигателем используется симистор на 15А и предельным напряжением 600 В.

Если потребуется организовать реверс двигателя, то для этого придется дополнить схему пускателем, который будет переключать направление обмотки возбуждения. Также потребуется схема контроля нулевых оборотов, чтобы давать разрешение на реверс. На рисунке не указано.

Принцип управления

При задании скорости вращения вала двигателя резистором в цепи вывода 5 на выходе формируется последовательность импульсов для отпирания симистора на определенную величину угла. Интенсивность оборотов отслеживается по тахогенератору, что происходит в цифровом формате. Драйвер преобразует полученные импульсы в аналоговое напряжение, из-за чего скорость вала стабилизируется на едином значении, независимо от нагрузки. Если напряжение с тахогенератора изменится, то внутренний регулятор увеличит уровень выходного сигнала управления симистора, что приведёт к повышению скорости.

Микросхема может управлять двумя линейными ускорениями, позволяющими добиваться требуемой от двигателя динамики. Одно из них устанавливается по Ramp 6 вывод схемы. Данный регулятор используется самими производителями стиральных машин, поэтому он обладает всеми преимуществами для того, чтобы быть использованным в бытовых целях. Это обеспечивается благодаря наличию следующих блоков:

• Стабилизатор напряжения для обеспечения нормальной работы схемы управления. Он реализован по выводам 9, 10.
• Схема контроля скорости вращения. Реализована по выводам МС 4, 11, 12. При необходимости регулятор можно перевести на аналоговый датчик, тогда выводы 8 и 12 объединяются.
• Блок пусковых импульсов. Он реализован по выводам 1, 2, 13, 14, 15. Выполняет регулировку длительности импульсов управления, задержку, формирования их из постоянного напряжения и калибровку.
• Устройство генерации напряжения пилообразной формы. Выводы 5, 6 и 7. Он используется для регулирования скорости согласно заданному значению.
• Схема усилителя управления. Вывод 16. Позволяет отрегулировать разницу между заданной и фактической скоростью.
• Устройство ограничения тока по выводу 3. При повышении напряжения на нем происходит уменьшение угла отпирания симистора.

Использование подобной схемы обеспечивает полноценное управление коллекторным мотором в любых режимах. Благодаря принудительному регулированию ускорения можно добиваться необходимой скорости разгона до заданной частоты вращения. Такой регулятор можно применять для всех современных двигателей от стиралок, используемых в иных целях.

Схема запуска универсального коллекторного двигателя

Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒  на переменное напряжение через промежуточное реле Рисунок 9 — Схема запуска универсального коллекторного двигателя  на переменное напряжение через промежуточное реле   Описание схемы: Подаём питание на схему. Нажимаем SВ2, напряжение подаётся на катушку пускателя КМ1; срабатывает пускатель КМ1; контакты КМ1.1 шунтируют кнопку SВ2 и ставят катушку пускателя КМ1 на самопитание; контакты КМ1.2 подключают к питающей цепи катушку пускателя КМ2; срабатывает пускатель КМ2; контакты КМ2.1 и КМ2.2 замыкаются и через обмотки 1.1 и 1.2 подают напряжение на якорь двигателя; двигатель пускается на прямой ход; При нажатии кнопки SВ1(стоп) цепи управления пускателей обесточиваются, контакты КМ2.1 и КМ2.2 отключают обмотки и якорь электродвигателя от питающей цепи; двигатель останавливается.     Схема запуска конденсаторного однофазного асинхронного  двигателя через промежуточное реле с применением Разделительного трансформатора Рисунок 10 — Схема запуска конденсаторного однофазного асинхронного двигателя через промежуточное реле с применением разделительного трансформатора Описание схемы: Подаём питание на схему. Нажимаем SВ2, напряжение подаётся на катушку пускателя КМ1; срабатывает пускатель КМ1; контакты КМ1.1 шунтируют кнопку SВ2 и ставят катушку пускателя КМ1 на самопитание; контакты КМ1.2 подключают к питающей цепи катушку пускателя КМ2; срабатывает пускатель КМ2; контакты КМ1.3 и КМ1.4 подключают рабочую обмотку к питающей цепи; контакты КМ2.1 и КМ2.2 замыкаются и подают напряжение на пусковую обмотку двигателя через конденсатор С1; двигатель пускается на прямой ход; При нажатии кнопки SВ1(стоп) цепи управления пускателей обестачиваются; контакты КМ1.3 и КМ1.4 отключают рабочую обмотку от питающей цепи; контакты КМ2. 1 и КМ2.2 отключают пусковую обмотку от питающей цепи; двигатель останавливается. Разделительный трансформатор Т используется для гальванической развязки цепей управления пускателями и цепей питания электродвигателем. При использовании в качестве трансформатора Тпонижающий трансформатор, можно использовать двигатель, напряжение питания которого ниже, чем напряжение цепей управления пускателями.   Схема запуска электродвигателя постоянного тока через Промежуточное реле     Рисунок 11 — Схема запуска электродвигателя постоянного тока через промежуточное реле   Описание схемы: Подаём питание на схему. Нажимаем SB2, напряжение подаётся на катушку пускателя КМ1; срабатывает пускатель КМ1; контактыКМ1.2 шунтируют кнопку SB2 и ставят катушку пускателя К1 на самопитание; контакты КМ 1.3 подключают цепи управления пускателя КМ2 к питающей сети. При нажатии на кнопку SB3 напряжение подаётся на катушку пускателя КМ2; срабатывает пускатель КМ2; контакты КМ2. 1 шунтируют кнопку SB3 и ставят на самопитание катушку пускателя КМ2; контакты КМ2.2 и КМ2.3 подключают электродвигатель к источнику выпрямленного постоянного напряжения 12 В; двигатель пускается на прямой ход. При нажатии кнопки SB1 цепи управления пускателями КМ1 и КМ2 обесточиваются, контакты КМ2.2 и КМ2.3 отключают электродвигатель от питающей цепи; двигатель останавливается. Трансформатор Т и двухполупериодный выпрямитель, собранный по мостовой схеме на диодах VD1-VD4, являются источником постоянного выпрямленного напряжения 12В.   ⇐ Предыдущая123Следующая ⇒ Читайте также:  Организация работы процедурного кабинета Статус республик в составе РФ Понятие финансов, их функции и особенности Сущность демографической политии 

Последнее изменение этой страницы: 2021-05-11; просмотров: 54; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia. su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 176.9.44.166 (0.007 с.)

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя 220в

Содержание

• Регулирование напряжением
  • Автотрансформаторное регулирование напряжения
  • Тиристорный регулятор оборотов двигателя
  • Транзисторный регулятор напряжения
• Частотное регулирование
  • Преобразователи для однофазных двигателей
  • Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Коллекторные двигатели часто можно встретить в бытовых электроприборах и в электроинструменте: стиральная машина, болгарка, дрель, пылесос и т. д. Что совсем не удивительно, ведь коллекторные двигатели позволяют получать и высокие обороты, и большой крутящий момент (в том числе высокий пусковой момент) — что и нужно для большинства электроинструментов.

При этом коллекторные двигатели могут питаться как постоянным током (в частности — выпрямленным), так и переменным током от бытовой сети. Для управления скоростью вращения ротора коллекторного двигателя применяют регуляторы оборотов, о них и пойдет речь в данной статье.

Для начала вспомним устройство и принцип работы коллекторного двигателя. Коллекторный двигатель включает в себя обязательно следующие части: ротор, статор и щеточно-коллекторный коммутационный узел. Когда питание подается на статор и на ротор, их магнитные поля начинают взаимодействовать, ротор начинает в итоге вращаться.

Питание на ротор подается через графитовые щетки, плотно прилегающие к коллектору (к ламелям коллектора). Для изменения направления вращения ротора, необходимо изменить фазировку напряжения на статоре или на роторе.

Обмотки ротора и статора могут питаться от разных источников или же могут быть соединены параллельно либо последовательно друг с другом. Так различаются коллекторные двигатели параллельного и последовательного возбуждения. Именно коллекторные двигатели последовательного возбуждения можно встретить в большинстве бытовых электроприборов, поскольку такое включение позволяет получить устойчивый к перегрузкам двигатель.

Говоря о регуляторах оборотов, прежде всего остановимся на самой простой тиристорной (симисторной) схеме (смотрите ниже). Данное решение применяется в пылесосах, стиральных машинах, болгарках, и показывает высокую надежность при работе в цепях переменного тока (особенно от бытовой сети).

Работает данная схема достаточно незатейливо: на каждом периоде сетевого напряжения конденсатор заряжается через резистор до напряжения отпирания динистора, присоединенного к управляющему электроду основного ключа (симистора), после чего симистор открывается и пропускает ток к нагрузке (к коллекторному двигателю).

Регулируя время зарядки конденсатора в цепи управления открыванием симистора, регулируют среднюю мощность подаваемую на двигатель, соответственно регулируют обороты. Это простейший регулятор без обратной связи по току.

Симисторная схема похожа на обычный диммер для регулировки яркости ламп накаливания, обратной связи в ней нет. Чтобы появилась обратная связь по току, например чтобы удерживать приемлемую мощность и не допускать перегрузок, необходима дополнительная электроника. Но если рассмотреть варианты из простых и незатейлевых схем, то за симисторной схемой следует реостатная схема.

Реостатная схема позволяет эффективно регулировать обороты, но приводит к рассеиванию большого количества тепла. Здесь требуется радиатор и эффективный отвод тепла, а это потери энергии и низкий КПД в итоге.

Более эффективны схемы регуляторов на специальных схемах управления тиристором или хотя бы на интегральном таймере. Коммутация нагрузки (коллекторного двигателя) на переменном токе осуществляется силовым транзистором (или тиристором), который открывается и закрывается один или несколько раз в течение каждого периода сетевой синусоиды. Так регулируется средняя мощность, подаваемая на двигатель.

Схема управления питается от 12 вольт постоянного напряжения от собственного источника или от сети 220 вольт через гасящую цепь. Такие схемы подходят для управления мощными двигателями.

Принцип регулирования с микросхемами на постоянном токе — это конечно ШИМ — широтно-импульсная модуляция. Транзистор, например, открывается с строго заданной частотой в несколько килогрец, но длительность открытого состояния регулируется. Так, вращая ручку переменного резистора, устанавливают скорость вращения ротора коллекторного двигателя. Данный метод удобен для удержания малых оборотов коллекторного двигателя под нагрузкой.

Более качественное управление — именно регулировка по постоянному току. Когда ШИМ работает на частоте порядка 15 кГц, регулируя ширину импульсов, управляют напряжением при примерно одном и том же токе. Скажем, регулируя постоянное напряжение в диапазоне от 10 до 30 вольт, получают разные обороты при токе порядка 80 ампер, добиваясь требуемой средней мощности.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя на TDA1085:

Если вы хотите изготовить простой регулятор для коллекторного двигателя своими руками без особых запросов к обратной связи, то можно выбрать схему на тиристоре. Потребуется лишь паяльник, конденсатор, динистор, тиристор, пара резисторов и провода.

Если же нужен более качественный регулятор с возможностью поддержания устойчивых оборотов при нагрузке динамического характера, присмотритесь к регуляторам на микросхемах с обратной связью, способным обрабатывать сигнал с тахогенератора (датчика скорости) коллекторного мотора, как это реализовано например в стиральных машинах.

Данная схема регулятора оборотов коллекторного двигателя 220В оснащена мощным симистором BTA26-600, который необходимо установить на радиатор. Результатом этого является способность управлять нагрузкой до 4 кВт, что особенно важно для мощного электроинструмента.

Схема разработана для использования совместно с электроинструменами, например, дрель, электролобзик или угловая шлифовальная машина.

Схема регулятора мощности также может быть успешно использована для плавного регулирования мощности нагревательных приборов или использована в качестве диммера для ламп накаливания. Устройство не подходит для управления двигателями постоянного тока.

В регуляторе применена микросхема U2008. В качестве справки, следует отметить, что чип U2008 имеет в структуре модуль, обеспечивающий плавный пуск управляемого двигателя, модуль обнаружения перегрузки, а так же стабилизатор скорости вращения двигателя. Кроме того, в микросхеме интегрирован стабилизатор напряжения, прецизионный компаратор и источник опорного напряжения.

Диод VD1 (1N4007) играет роль однополупериодного выпрямителя, а резистор R5 ограничивает напряжение до безопасного значения. Конденсатор С1 фильтрует напряжение питания, С4 отвечает за так называемый плавный пуск. Резисторы R1, R3 и потенциометр R2 используются для определения величины мощности, подаваемой на нагрузку.

Благодаря применению резистора R7, подключенного непосредственно к фазному проводу, внутренняя схема U2008 управляет переключением симистора при переходе через ноль. Это в значительной степени сводит к минимуму уровень генерируемых помех.

Потенциометр R6 устанавливает максимальный угол включения симистора, то есть минимальное напряжение (и ток), подаваемое на нагрузку. На практике потенциометр R6 необходимо выставить таким образом, чтобы при крайнем левом положении R2 (минимум) получить минимальные обороты двигателя.

Монтаж является типичным и не должен вызвать проблем. Необходимо позаботиться о правильной полярности элементов и изолировать симистор от радиатора с помощью термостойкой прокладки. Устройство после сборки готово к работе, только необходимо осуществить вышеупомянутую простую регулировку.

Для этого необходимо подключить к регулятору нагрузку, например, двигатель или лампочку и установить потенциометры R2 и R6, в соответствии с потребностями. Потенциометром R2 можно плавно регулировать обороты, а потенциометром R6 задается начальный угол включения симистора, т. е. минимальное эффективное напряжение на нагрузке.

Внимание! Схема не имеет гальванической развязки с электросетью. Поэтому сборку и настройку необходимо производить при отключение от сети.

Скачать рисунок печатной платы регулятора (12,5 Kb, скачано: 2 995)

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

• изменения расхода воздуха в системе вентиляции
• регулирования производительности насосов
• изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

• изменение напряжения питания двигателя
• изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n₁ — скорость вращения магнитного поля

n₂— скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

• неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
• хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

• большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
• все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

• устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
• добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
• ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
• используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

Недостатки:

• можно использовать для двигателей небольшой мощности
• при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
• при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
• все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

• Небольшие габариты и масса прибора
• Невысокая стоимость
• Чистая, неискажённая форма выходного тока
• Отсутствует гул на низких оборотах
• Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

• Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
• Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

• специализированными однофазными ПЧ
• трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

• интеллектуальное управление двигателем
• стабильно устойчивая работа двигателя
• огромные возможности современных ПЧ:
• возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
• многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
• входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
• различные выходы
• коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
• предустановленные скорости
• ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

• более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
• разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

• более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
• огромный выбор по мощности и производителям
• более широкий диапазон регулирования частоты
• все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

• необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
• пульсирующий и пониженный момент
• повышенный нагрев
• отсутствие гарантии при выходе из строя, т. к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Коллекторные двигатели переменного тока — Учебники по электротехнике

Первой работой Чарльза Протеуса Стейнмеца после прибытия в Америку было исследование проблем, возникающих при разработке версии щеточного коллекторного двигателя переменного тока. Ситуация была настолько плохой, что двигатели не могли быть спроектированы до фактического строительства. Успех или неудача конструкции двигателя не были известны до тех пор, пока он не был построен с большими затратами и не испытан. Он сформулировал законы магнитного гистерезис в поиске 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 пластины с изоляцией позволили точно спроектировать коллекторные двигатели переменного тока перед их изготовлением.

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 значительно выше синхронной скорости обычного двигателя переменного тока. Коллекторные двигатели переменного тока могут быть однофазными или многофазными. Версия с однофазным двигателем переменного тока 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 большую мощность, чем асинхронный двигатель аналогичного размера. Однако коллекторные двигатели не так не требуют технического обслуживания, как асинхронные двигатели, из-за износа щеток и коллектора.

Серийный однофазный двигатель

Если серийный двигатель постоянного тока, оснащенный ламинированным полем, подключен к сети переменного тока, запаздывающее реактивное сопротивление катушки возбуждения значительно снизит ток возбуждения. Пока такой мотор будет вращаться, работа будет маргинальной. При пуске обмотки якоря, соединенные с закороченными щетками сегментами коммутатора, выглядят как закороченные витки трансформатора на поле. Это приводит к сильному искрению и искрению на щетках, когда якорь начинает вращаться. Это становится меньшей проблемой по мере увеличения скорости, когда искрение и искрообразование распределяются между сегментами коммутатора. Запаздывающее реактивное сопротивление и дугогасительные щетки допустимы только в очень небольших некомпенсированных двигателях переменного тока, работающих на высокой скорости. Серийные двигатели переменного тока меньше, чем ручные дрели и кухонные миксеры, могут быть некомпенсированными. (Рисунок ниже).

Некомпенсированный серийный двигатель переменного тока.

Серийный двигатель с компенсацией

Возникновение дуги и искрообразование смягчается за счет последовательного размещения компенсирующей обмотки в статоре с якорем, расположенным так, что его магнитодвижущая сила (mmf) уравновешивает силу переменного тока якоря mmf. (Рисунок ниже) Меньший воздушный зазор двигателя и меньшее количество витков возбуждения уменьшают запаздывающее реактивное сопротивление последовательно с якорем, улучшающим коэффициент мощности. Во всех коллекторных двигателях переменного тока, кроме очень маленьких, используются компенсационные обмотки. В двигателях такого же размера, как те, что используются в кухонном миксере, или больше, используются компенсированные обмотки статора.

Двигатель переменного тока с компенсацией.

Универсальный двигатель

Можно спроектировать небольшие (до 300 Вт) универсальные двигатели , которые работают от постоянного или переменного тока. Очень маленькие универсальные двигатели могут быть некомпенсированными. В более крупных универсальных двигателях с более высокими скоростями 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. В небольших бытовых приборах, таких как дрели, пылесосы и миксеры, требующих от 3000 до 10 000 об/мин, используются 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 (рисунок ниже) состоит из поля, непосредственно подключенного к сети переменного тока, и пары короткозамкнутых щеток, смещенных на 15 ^o до 25 ^o от оси поля. Поле индуцирует ток в короткозамкнутом якоре, магнитное поле которого противоположно полю катушек возбуждения. Скорость можно регулировать, вращая щетки относительно оси поля. Этот двигатель имеет превосходную коммутацию ниже синхронной скорости и худшую коммутацию выше синхронной скорости. Низкий пусковой ток обеспечивает высокий пусковой момент.

Двигатель переменного тока с отталкиванием.

Асинхронный двигатель с отталкивающим пуском

Когда асинхронный двигатель приводит в действие жесткую пусковую нагрузку, такую ​​как компрессор, можно использовать высокий пусковой момент отталкивающего двигателя. Обмотки ротора асинхронного двигателя выведены на сегменты коллектора для запуска парой короткозамкнутых щеток. На скорости, близкой к рабочей, центробежный переключатель закорачивает все сегменты коммутатора, создавая эффект короткозамкнутого ротора. Щетки также можно поднимать, чтобы продлить срок службы куста. Пусковой момент составляет от 300% до 600% значения полной скорости по сравнению с менее 200% для чисто асинхронного двигателя.

Резюме: Коллекторные двигатели переменного тока

• Однофазный двигатель серии представляет собой попытку создать двигатель, подобный коллекторному двигателю постоянного тока. Полученный двигатель практичен только в самых маленьких размерах.
• Добавление компенсационной обмотки дает двигатель серии с компенсацией , устраняющий чрезмерное искрение коллектора. Большинство коллекторных двигателей переменного тока относятся к этому типу. На высокой скорости этот двигатель обеспечивает большую мощность, чем асинхронный двигатель того же размера, но не требует обслуживания.
• Возможно изготовление электродвигателей для небольших бытовых приборов с питанием от переменного или постоянного тока. Он известен как универсальный двигатель .
• Линия переменного тока напрямую подключена к статору репульсного двигателя с закороченным щетками коллектором.
• Выдвижные короткозамкнутые щетки могут запустить асинхронный двигатель с фазным ротором. Он известен как асинхронный двигатель с отталкивающим пуском .

Предыдущая страницаСледующая страница

Используйте клавиши со стрелками влево и вправо для перехода между страницами.

Проведите пальцем влево и вправо, чтобы сменить страницу.

13.12: Коллекторные двигатели переменного тока — Workforce LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Идентификатор страницы

  1477

• Tony R. Kuphaldt
• Schweitzer Engineering Laboratories через All About Circuits

Первой работой Чарльза Протеуса Стейнмеца после прибытия в Америку было исследование проблем, возникающих при разработке версии щеточного коллекторного двигателя переменного тока. Ситуация была настолько плохой, что двигатели не могли быть спроектированы до фактического строительства. Успех или неудача конструкции двигателя не были известны до тех пор, пока он не был построен с большими затратами и не испытан. Он сформулировал законы магнитного гистерезис в поиске 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 пластины с изоляцией позволили точно спроектировать коллекторные двигатели переменного тока перед их изготовлением.

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 значительно выше синхронной скорости обычного двигателя переменного тока. Коллекторные двигатели переменного тока могут быть однофазными или многофазными. Версия с однофазным двигателем переменного тока 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 большую мощность, чем асинхронный двигатель аналогичного размера. Однако коллекторные двигатели не так не требуют технического обслуживания, как асинхронные двигатели, из-за износа щеток и коллектора.

Однофазный серийный двигатель

Если серийный двигатель постоянного тока, оснащенный ламинированным полем, подключен к сети переменного тока, запаздывающее реактивное сопротивление катушки возбуждения значительно снизит ток возбуждения. Пока такой мотор будет вращаться, работа будет маргинальной. При пуске обмотки якоря, соединенные с закороченными щетками сегментами коммутатора, выглядят как закороченные витки трансформатора на поле. Это приводит к сильному искрению и искрению на щетках, когда якорь начинает вращаться. Это становится менее серьезной проблемой по мере увеличения скорости, когда искрение и искрение распределяются между сегментами коммутатора. Запаздывающее реактивное сопротивление и дугогасительные щетки допустимы только в очень небольших некомпенсированных двигателях переменного тока, работающих на высокой скорости. Серийные двигатели переменного тока меньше, чем ручные дрели и кухонные миксеры, могут быть некомпенсированными. (Рисунок ниже)

Серийный двигатель переменного тока без компенсации.

Серийный двигатель с компенсацией

Возникновение дуги и искрение уменьшается за счет последовательного включения компенсирующей обмотки статора с якорем, расположенным таким образом, что его магнитодвижущая сила (mmf) уравновешивает силу переменного тока якоря mmf. (Рисунок ниже) Меньший воздушный зазор двигателя и меньшее количество витков возбуждения уменьшают запаздывающее реактивное сопротивление последовательно с якорем, улучшающим коэффициент мощности. Во всех коллекторных двигателях переменного тока, кроме очень маленьких, используются компенсационные обмотки. В двигателях такого же размера, как те, что используются в кухонном миксере, или больше, используются компенсированные обмотки статора.

Двигатель переменного тока с компенсацией.

Универсальный двигатель

Можно спроектировать небольшие (до 300 Вт) универсальные двигатели , которые работают от постоянного или переменного тока. Очень маленькие универсальные двигатели могут быть некомпенсированными. В более крупных универсальных двигателях с более высокими скоростями 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. В небольших бытовых приборах, таких как дрели, пылесосы и миксеры, требующих от 3000 до 10 000 об/мин, используются 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 (рисунок ниже) состоит из поля, непосредственно подключенного к сети переменного тока, и пары короткозамкнутых щеток, смещенных на 15 ^o до 25 ^o от оси поля. Поле индуцирует ток в короткозамкнутом якоре, магнитное поле которого противоположно полю катушек возбуждения. Скоростью можно управлять, вращая щетки относительно оси поля. Этот двигатель имеет превосходную коммутацию ниже синхронной скорости и худшую коммутацию выше синхронной скорости. Низкий пусковой ток обеспечивает высокий пусковой момент.

Отталкивающий двигатель переменного тока.

Асинхронный двигатель с репульсным пуском

Когда асинхронный двигатель приводит в действие жесткую пусковую нагрузку, такую ​​как компрессор, можно использовать высокий пусковой момент репульсионного двигателя. Обмотки ротора асинхронного двигателя выведены на сегменты коллектора для запуска парой короткозамкнутых щеток. На скорости, близкой к рабочей, центробежный переключатель закорачивает все сегменты коммутатора, создавая эффект короткозамкнутого ротора. Щетки также можно поднимать, чтобы продлить срок службы куста. Пусковой момент составляет от 300% до 600% значения полной скорости по сравнению с менее 200% для чисто асинхронного двигателя.

Резюме: Коллекторные двигатели переменного тока

• Однофазный серийный двигатель представляет собой попытку создать двигатель, подобный коллекторному двигателю постоянного тока. Полученный двигатель практичен только в самых маленьких размерах.
• Добавление компенсационной обмотки дает двигатель серии с компенсацией , устраняющий чрезмерное искрение коллектора. Большинство коллекторных двигателей переменного тока относятся к этому типу. На высокой скорости этот двигатель обеспечивает большую мощность, чем асинхронный двигатель того же размера, но не требует обслуживания.
• Возможно производство двигателей для небольших бытовых приборов с питанием от переменного или постоянного тока. Он известен как универсальный двигатель .
• Линия переменного тока напрямую подключена к статору репульсного двигателя с закороченным щетками коллектором.
• Выдвижные короткозамкнутые щетки могут запустить асинхронный двигатель с фазным ротором. Он известен как асинхронный двигатель с отталкивающим пуском .

---

Эта страница под названием 13.12: AC Commutator Motors распространяется в соответствии с лицензией GNU Free Documentation License 1.3 и была создана, изменена и/или курирована Тони Р. Купхалдтом (Все о цепях) через исходное содержимое, которое было отредактировано в соответствии со стилем и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх
• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Тони Р. Купхалдт

   Лицензия

   ГНУ ФДЛ

   Версия лицензии

   1,3

2. Метки

   1. источник@https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ КОММУТАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

J. L. Watts, A.M.I.E.E.

Воспроизведенный трамвай Machinery Lloyd London Electrical Engineering (Том 37, № 19)- 11 сентября 1965 г.) с любезного разрешения автора и издателей

В этой последней из трех статей, описывающих методы управления скоростью двигателей переменного тока, г-н Уоттс имеет дело с двигателями, в которых используются контактные кольца или коммутаторы.

Двигатели с контактными кольцами и коллекторные двигатели являются наиболее распространенными типами двигателей переменного тока с регулируемой скоростью. двигателей, причем такие машины бывают с различными выходными характеристиками и различными способами управления.

Ток статора асинхронного двигателя создает магнитный поток, который вращается вокруг статора с синхронной скоростью Ns об/сек, равной f/p, где f — частота питания, а p — число пар полюсов, на которые рассчитан двигатель . Поток индуцирует ток в проводниках ротора, создавая крутящий момент, который поворачивает ротор в направлении вращающегося потока. При условии, что нагрузка на двигатель находится в пределах его возможностей, машина автоматически установит скорость, при которой она развивает крутящий момент, точно равный моменту сопротивления присоединенной нагрузки, хотя можно ожидать перегрева, если двигатель нагружен выше номинального значения. Скорость холостого хода асинхронного двигателя практически равна его синхронной скорости Ns.

Под нагрузкой скорость двигателя падает до меньшего значения N об/сек, поэтому вращающийся поток срезает проводники ротора с повышенной скоростью, генерируя в проводниках ротора ток более высокого значения Ir с частотой s x f, где s – фракционное скольжение, равное Ns -N/Ns При этом пониженная скорость снижает коэффициент мощности Fr, цепи ротора, который равен

, где R — сопротивление цепи ротора, а X — реактивное сопротивление ротора цепь в состоянии покоя.

При работе асинхронного двигателя при заданном напряжении и часто ЭДС индуктивного ротора E практически пропорциональна s, а Ir равна 

 Таким образом, его крутящий момент практически пропорционален 

от его конструкции и имеет фиксированное значение для данного ротора. Сопротивление R короткозамкнутого ротора или двигателя с контактными кольцами, работающего на полной скорости с короткозамкнутыми контактными кольцами, также постоянно; в диапазоне нормальной нагрузки частичное скольжение s в этом случае довольно мало, частичное скольжение при полной нагрузке составляет от 3 до 7 % от синхронной скорости. Поскольку в диапазоне нормальной нагрузки sX довольно мало по сравнению с сопротивлением самого ротора, крутящий момент двигателя практически пропорционален скольжению, как показано кривой А на рис. 1. 

Использование внешнего сопротивления цепи ротора немного увеличить Fr. Уменьшенный крутящий момент двигателя вызывает падение скорости, результирующее увеличение тока ротора будет вызывать увеличение крутящего момента двигателя до тех пор, пока скорость не упадет до нового стабильного значения, при котором крутящий момент двигателя снова сравняется с моментом нагрузки при новой скорости.

Во избежание перегрева обмоток ротора ток ротора не должен превышать нормального номинального значения. Это означает, что двигатель может нормально развивать свой номинальный крутящий момент при полной нагрузке, когда его скорость снижается из-за сопротивления внешней цепи ротора, и в этом случае мощность при полной нагрузке будет уменьшаться пропорционально скорости. Однако допустимая мощность в лошадиных силах может быть снижена в несколько большей степени, если скорость снижается примерно до 40% от нормальной, особенно если вентиляция заметно снижается при более низкой скорости. В грубом приближении ток ротора I’1, необходимый для привода двигателя с контактными кольцами против момента нагрузки T’ при повышенных относительных проскальзываниях, можно принять равным T’ x Ir / T, где T — крутящий момент, а II’ — ротор. ток, необходимый для привода нагрузки на полной скорости, т. е. при коротком замыкании контактных колец. Приблизительное сопротивление на фазу резисторов цепи ротора, соединенных звездой, для запуска двигателя при скольжении s’ можно принять равным 0,58 x s’ x E / I’r, т. е. 0,58 x s’ x E x T / T’. x Ir Ом, где E — напряжение холостого хода между контактными кольцами.

Внешние резисторы должны быть достаточно большими, чтобы выдерживать ток ротора без перегрева в течение необходимого периода работы на пониженной скорости, при этом количество скоростей, доступных при заданном моменте нагрузки, равно количеству ступеней сопротивления цепи ротора. Кривые от B до F на рис. 1 показывают влияние различных значений сопротивления цепи ротора. Следует отметить, что этот метод снижения скорости увеличивает изменение скорости при переменной нагрузке, при этом скорость возрастает почти до синхронного значения на холостом ходу независимо от значения сопротивления; таким образом, этот метод может быть непригоден для переменных нагрузок, которые требуют работы с постоянной скоростью, значительно меньшей синхронной скорости.

Потери в резисторах управления скоростью 

Этот метод снижения скорости работает за счет рассеяния во внешних резисторах части электродвижущей силы (ЭДС) и мощности, которые генерируются в проводниках ротора вращающимся магнитным потоком. и, таким образом, довольно неэффективен. Однако этот метод может быть пригоден для запуска двигателя примерно до 40 % синхронной скорости в течение коротких периодов времени или для приводов, где требуемый крутящий момент значительно снижается при пониженной скорости; потери во внешних резисторах примерно пропорциональны произведению снижения скорости на момент. В случае центробежной нагрузки, такой как вентилятор, требуемый крутящий момент значительно снижается при уменьшении нагрузки, и в таком приводе простота метода управления может компенсировать снижение общего КПД при снижении скорости. Например, если двигатель полностью нагружен при работе с нагрузкой на полной скорости, а использование внешнего сопротивления цепи ротора 

Крутящий момент, развиваемый двигателем с контактными кольцами при заданной скорости, можно, однако, уменьшить, подключив внешнее сопротивление в цепи ротора, что немедленно приведет к уменьшению I» и незначительному увеличению Fr. Уменьшение крутящего момента двигателя вызывает при падении скорости результирующее увеличение тока ротора будет вызывать увеличение крутящего момента двигателя до тех пор, пока скорость не упадет до нового стабильного значения, при котором крутящий момент двигателя снова сравняется с моментом нагрузки при новой скорости. 

Во избежание перегрева ротора обмотки ротора ток ротора не должен превышать нормального номинального значения.Это означает, что двигатель может нормально развивать свой номинальный момент полной нагрузки, когда его скорость снижается из-за сопротивления внешней цепи ротора, и в этом случае мощность полной нагрузки будет уменьшается пропорционально скорости, однако допустимая мощность может быть снижена в несколько большей степени, если скорость снижается ниже примерно 40 % от нормальной, особенно при хорошей вентиляции. заметно снижается на более низкой скорости. В грубом приближении ток ротора I’1, необходимый для привода двигателя с контактными кольцами против момента нагрузки T’ при повышенных относительных проскальзываниях, можно принять равным T’ x Ir / T, где T — крутящий момент, а II’ — ротор. ток, необходимый для привода нагрузки на полной скорости, т. е. при коротком замыкании контактных колец. Приблизительное сопротивление на фазу резисторов цепи ротора, соединенных звездой, для запуска двигателя при скольжении s’ можно принять равным 0,58 x s’ x E / I’r, т. е. 0,58 x s’ x E x T / T’. x Ir Ом, где E — напряжение холостого хода между контактными кольцами.

Внешние резисторы должны быть достаточно большими, чтобы выдерживать ток ротора без перегрева в течение необходимого периода работы на пониженной скорости, при этом количество скоростей, доступных при заданном моменте нагрузки, равно количеству ступеней сопротивления цепи ротора. Кривые от B до F на рис. 1 показывают влияние различных значений сопротивления цепи ротора. Следует отметить, что этот метод снижения скорости увеличивает изменение скорости при переменной нагрузке, при этом скорость возрастает почти до синхронного значения на холостом ходу независимо от значения сопротивления; таким образом, этот метод может быть непригоден для переменных нагрузок, которые требуют работы с постоянной скоростью, значительно меньшей синхронной скорости.

Потери в резисторах управления скоростью 

Этот метод снижения скорости работает за счет рассеяния во внешних резисторах части электродвижущей силы (ЭДС) и мощности, которые генерируются в проводниках ротора вращающимся магнитным потоком. и, таким образом, довольно неэффективен. Однако этот метод может быть пригоден для запуска двигателя примерно до 40 % синхронной скорости в течение коротких периодов времени или для приводов, где требуемый крутящий момент значительно снижается при пониженной скорости; потери во внешних резисторах примерно пропорциональны произведению снижения скорости на момент. В случае центробежной нагрузки, такой как вентилятор, требуемый крутящий момент значительно снижается при уменьшении нагрузки, и в таком приводе простота метода управления может компенсировать снижение общего КПД при снижении скорости. Например, если двигатель полностью нагружен при движении нагрузки на полной скорости, и нагрузка требует 30 % этого крутящего момента при 40 % скорости, эта скорость может быть получена путем рассеяния на внешнем сопротивлении 15–16 % крутящего момента. входная мощность двигателя при полной нагрузке на полной скорости.

Регулятор сопротивления скольжению 

Эту систему управления скоростью также можно с пользой использовать для сведения к минимуму колебаний тока, потребляемого двигателем, который подвержен широким и быстрым колебаниям нагрузки, как на приводе прокатного стана. На низкоинерционном приводе пиковые нагрузки вызовут некоторое снижение скорости двигателя с небольшим скольжением при полной нагрузке со значительным увеличением тока двигателя. Однако, включив в привод тяжелый маховик, его можно использовать в качестве резервуара энергии, при этом маховик отдает энергию, пропорциональную (N 12-N22) приводу, если скорость падает с N2 при малой нагрузке до N , при пиковой нагрузке. Этого можно достичь, используя двигатель с контактными кольцами, как показано на рис. 2, при этом последовательный трансформатор в питании двигателя подключен к вспомогательному моментному двигателю, крутящий момент которого зависит от нагрузки на основной двигатель. Пиковые нагрузки на двигатель с контактными кольцами приводят к тому, что моментный двигатель подключает сопротивление жидкости в цепи ротора, чтобы уменьшить крутящий момент и скорость двигателя с контактными кольцами. Когда пиковая нагрузка превышает крутящий момент, двигатель отключает часть сопротивления, чтобы увеличить скорость основного двигателя и кинетическую энергию маховика. В качестве альтернативы жидкостному резистору контактор может быть использован для управления секциями металлического сопротивления в зависимости от тока нагрузки основного двигателя.

Стабилизация скорости двигателя с контактными кольцами 

Управление с обратной связью может использоваться для ограничения изменения скорости большого двигателя с контактными кольцами, используемого на шахтной подъемной машине. Рычаг управления определяет направление вращения и задает требуемую скорость, регулируя опорное напряжение. Последнее сравнивается с напряжением, генерируемым в тахометрическом генераторе, приводимом в действие двигателем с контактными кольцами; любая разность напряжений усиливается для управления положением электродов в контроллере сопротивления. Капитальный ремонт вызывает торможение двигателя за счет подачи постоянного тока в обмотки статора.

В некоторых системах, которые подходят для лебедок, тяговых двигателей, шахтных подъемных машин и т. д., стабильная низкая скорость достигается за счет использования части электроэнергии, генерируемой в цепи ротора, в подпружиненном тормозе с электрическим растормаживанием. По ощущениям. механизм растормаживания от цепи ротора, при соответствующем электрическом управлении, пониженное напряжение, генерируемое в цепи ротора при увеличении скорости выше требуемого значения, уменьшает усилие растормаживания, тем самым увеличивая тормозное давление для стабилизации скорости.

Каскадные соединения асинхронных двигателей

Если большой асинхронный двигатель с контактными кольцами должен работать в течение значительных периодов времени со скоростью, намного меньшей, чем его номинальная скорость, желательно, чтобы часть напряжения и мощности, генерируемых его ротором, использовалась с пользой. , а не рассеиваться на резисторах. Каскадный метод подключения асинхронных двигателей является одним из способов сделать это, токосъемные кольца одного двигателя используются для питания другого двигателя, два двигателя соединяются вместе, так что выходное напряжение первого двигателя создает механическую мощность.

На рис. 3а показано одно расположение двигателя с контактными кольцами А и двигателя с короткозамкнутым ротором или двигателя с контактными кольцами В. Если двигатель с контактными кольцами имеет вид В, резисторы могут быть подключены между контактными кольцами при пуске для уменьшения пускового тока двигателя. A. На рис. 3b показана другая конструкция, в которой используются два двигателя с контактными кольцами, с пусковым сопротивлением, включенным в цепь статора машины B. На практике можно обойтись без контактных колец в схеме, показанной на рис. 3b, две обмотки ротора свести воедино. При каскадных соединениях падение скорости от холостого хода до полной нагрузки составляет несколько процентов от синхронной скорости комбинации. Две машины могут быть соединены в кумулятивный каскад для создания крутящих моментов в одном направлении или в дифференциальный каскад для создания противоположных крутящих моментов. Таблица 1 показывает, что при использовании двух двигателей с разным числом полюсов Pa и Pb можно получить четыре разные скорости; путем подключения сопротивления во вторичной цепи второго двигателя или отдельных двигателей также можно получить промежуточные скорости.

Смена полюсов и изменение частоты 

Скорость асинхронного двигателя с контактными кольцами с соответствующей обмоткой можно изменить путем смены полюсов или изменения входной частоты, как описано в статье об изменении скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. моторы. Переключение полюсов также можно использовать в сочетании с двигателями, соединенными каскадом, чтобы увеличить число скоростей, которые можно получить экономически выгодным образом. Однако смена полюсов должна применяться к обмоткам ротора двигателя с контактными кольцами, а также к обмоткам статора, что усложняет двигатель и механизм управления. Переменная частота может быть получена от генератора переменного тока, приводимого в движение двигателем с регулируемой скоростью, хотя эта система редко оправдана.

Система Kramer 

В системе Kramer для обеспечения постоянной мощности при полной нагрузке мощность с частотой скольжения от токосъемных колец преобразуется в механическую мощность, возвращаемую на вал двигателя. В одном применении этого принципа выходная частота скольжения двигателя с контактными кольцами, работающего на пониженной скорости, выпрямляется для питания постоянного тока. двигатель, соединенный с основным двигателем. Небольшой переменный резистор регулирует ток возбуждения постоянного тока. двигатель, чтобы управлять его противо-ЭДС на любой скорости, тем самым контролируя долю генерируемой ЭДС двигателя с контактными кольцами, которая поглощается постоянным током. машина.

Управление скоростью с помощью подачи напряжения

Скоростью асинхронного двигателя с контактными кольцами можно управлять любым методом, который позволяет управлять его вторичным током независимо от нагрузки на двигатель. Экономичный метод заключается в подаче напряжения во вторичную цепь, чтобы противодействовать или усиливать ЭДС, создаваемую во вторичных обмотках первичным магнитным потоком. Если подаваемое напряжение противодействует генерируемому напряжению, немедленным эффектом является уменьшение вторичного тока и крутящего момента, так что скорость падает. При этом скорость, с которой вторичные проводники перерезаются первичным потоком, увеличивается с увеличением генерируемой вторичной ЭДС, вторичного тока и крутящего момента двигателя, падение скорости прекращается, когда крутящий момент двигателя снова равен моменту сопротивления нагрузки. на стабильно низкой скорости.

С другой стороны, если подаваемое напряжение способствует генерируемой ЭДС, непосредственным эффектом является увеличение вторичного тока и крутящего момента двигателя, что заставляет двигатель разгоняться с падением вторичного тока и крутящего момента до стабильно более высокой скорости. Таким образом, этот метод можно использовать для запуска двигателя со скоростью, превышающей его синхронную скорость, если это необходимо. При синхронной скорости во вторичных обмотках не создается ЭДС, поскольку первичный поток и вторичные обмотки имеют одинаковую скорость. Таким образом, при синхронной скорости крутящий момент создается за счет приложенного напряжения и тока. Когда двигатель ускоряется выше синхронной скорости, ЭДС, генерируемая во вторичных обмотках, увеличивается в обратном направлении и противодействует подаваемому напряжению, вторичному току и крутящему моменту двигателя, которые падают по мере того, как двигатель разгоняется до стабильно более высокой скорости. Однако любое напряжение, подаваемое на вторичные обмотки, должно иметь ту же частоту (скольжения), что и ЭДС, генерируемая в этих обмотках, поэтому частота подаваемого напряжения должна автоматически изменяться в зависимости от скорости двигателя. Если подаваемое напряжение не зависит от нагрузки на двигатель, скорость двигателя при каждой настройке скорости будет очень незначительно изменяться от холостого хода до полной нагрузки. Однако характеристики скорости и момента управляемого двигателя можно изменить, если при необходимости подаваемое напряжение будет зависеть от нагрузки двигателя.

Питание от статора переменного тока Коллекторные двигатели с шунтирующими характеристиками  

Многофазный двигатель может быть оснащен преобразователем постоянного тока. обмотка ротора, соединенная с коммутатором. Один такой двигатель имеет обмотку статора, аналогичную асинхронному двигателю, при этом обмотки статора подключены к источнику питания, чтобы действовать как первичные обмотки. Обмотки статора также выполняют функцию автотрансформатора напряжения питающей частоты, снимаемого с ответвлений на обмотках статора и подаваемого на щетки коммутатора. Коллектор и щетки выполняют роль преобразователя частоты, изменяя частоту питающего напряжения, подаваемого на щетки, на частоту скольжения в обмотках ротора (вторичных). Такие двигатели доступны в размерах примерно до 10 л.с., десятиступенчатый переключатель отводов, подключенный к обмоткам статора, позволяет получить десять скоростей в диапазоне примерно от 3,5 до 1, скорость снижается на несколько процентов под нагрузкой.

В более распространенной конструкции коллекторного двигателя с питанием от статора напряжение для подачи во вторичные обмотки ротора получают от асинхронного регулятора, который действует как трансформатор с переменным коэффициентом, как показано на рис. 4. Регулятор можно поворачивать с помощью средства маховика или пилотного двигателя для изменения соотношения фаз между его входной и выходной обмотками для изменения выходного напряжения. В указанной машине вспомогательные компенсационные обмотки включены во вторичную цепь для повышения коэффициента мощности. На регуляторе может быть установлен блокировочный выключатель, чтобы гарантировать, что двигатель запускается на низкой скорости, т. Е. Регулятор настроен на подачу максимального напряжения в противовес ЭДС, генерируемой в обмотках ротора (вторичных) двигателя. Затем двигатель работает со скоростью ниже своей синхронной, возвращая питание в сеть через индукционный регулятор. Когда регулятор установлен в среднее положение, его выходное напряжение равно нулю; затем двигатель работает как асинхронный двигатель, вторичные обмотки которого замыкаются накоротко через выходные обмотки регулятора.

При повороте регулятора в направлении, противоположном его среднему положению, для подачи во вторичные обмотки двигателя напряжения, которое способствует генерируемой ЭДС в роторе, двигатель может работать со скоростью, превышающей его синхронную скорость, питание от сеть питания подается непосредственно на первичную обмотку и через регулятор на вторичную обмотку. Регулятор обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости во всем диапазоне скоростей; обычное отношение максимальной скорости к минимальной составляет примерно три к одному, хотя машины могут быть построены для других соотношений скоростей. Оборудование может быть рассчитано на приблизительно постоянный крутящий момент при полной нагрузке с мощностью при полной нагрузке, пропорциональной скорости, или на другие коэффициенты мощности. Падение скорости от холостого хода до полной нагрузки при данной настройке скорости весьма незначительно и может иметь максимальное значение около 14% от максимальной скорости в случае машины с соотношением скоростей 3:1. Эти двигатели с питанием от статора могут быть рассчитаны на входное напряжение до 11 кВ и выходную мощность от 1 до 10 000 л.с.

Schrage Motors 

Многофазный коллекторный двигатель типа Schrage. 5, первичные обмотки вставлены в пазы ротора и питаются от питающей сети для создания магнитного потока, который всегда вращается вокруг сердечника ротора с синхронной скоростью, индуцируя ЭДС частоты скольжения во вторичных обмотках, которые устанавливаются в пазы статора. Ротор также имеет отдельный источник постоянного тока. тип регулирующей обмотки, соединенной с коллектором, на котором вращаются щетки, соединенные со вторичными обмотками. Щетки коллектора установлены на двух стойках, каждая из которых имеет по два шпинделя на пару полюсов. Стойки сконструированы таким образом, что два набора щеток можно разъединить в любом направлении, как показано на рис. 6, с помощью маховика или вспомогательного двигателя.

Таким образом, ротор работает частично как вращающийся трансформатор, при этом между сегментами коммутатора индуцируются напряжения частоты сети, которые преобразуются в частоту скольжения на щетках. При соединении щеток с одной парой полюсов, установленных в линию, как на рис. 6б, вторичные обмотки статора замыкаются накоротко через щетки и сегменты коллектора; затем двигатель работает как инвертированный асинхронный двигатель со скоростью немного меньшей, чем его синхронная скорость. Когда щетки разъединены в одном направлении, как на рис. 6а, двигатель работает со скоростью ниже синхронной в направлении, противоположном направлению вращающегося магнитного потока, создаваемого первичными обмотками ротора. Скорость зависит от величины отрыва щеток, которая определяет величину напряжения, подаваемого в обмотки статора.

Когда щетки разъединены в другом направлении, как на рис. 6d, чтобы подать напряжение в том же направлении, что и генерируемая ЭДС в обмотках статора, двигатель при необходимости может работать со скоростью, превышающей его синхронную скорость. Выше синхронной скорости вращение основного магнитного потока в пространстве меняется на противоположное. Щетки можно настроить, как на рис. 6в, для запуска двигателя на синхронной скорости, при которой магнитный поток стационарен в пространстве, так как создается и переносится ротором в направлении, противоположном его собственному вращению. При синхронной скорости выход щеток коммутатора представляет собой постоянный ток, при этом крутящий момент создается реакцией между стационарным магнитным потоком и током, подаваемым в обмотках статора.

Двигатели Schrage производятся мощностью от одной до нескольких сотен лошадиных сил для питания до 600 вольт с бесступенчатой ​​регулировкой скорости в диапазоне от 15 до 1; обычная конструкция дает приблизительно постоянный крутящий момент при полной нагрузке, при этом мощность при полной нагрузке примерно пропорциональна скорости. Как показано на рис. 7, падение скорости от холостого хода до полной нагрузки при каждой настройке скорости щеток довольно мало. Коэффициент мощности двигателя Шраге, как правило, несколько выше, чем у коллекторного двигателя с питанием от статора. Многофазные коллекторные двигатели подходят для приводов, требующих переменной скорости с равномерным ускорением, например, для хлебопекарных и бумагоделательных заводов, печатных станков, прядильных машин, вязальных машин и т. д. 

Двигатели с последовательными скоростными характеристиками 

Для некоторых приводов, таких как группа двигателей, приводящих в действие печатный станок, могут потребоваться последовательные характеристики скорости/момента в форме, показанной на рис. 8. Их можно получить, питая щетки коллектора коллекторного двигателя со статорным питанием от вторичных обмоток трансформатора, первичные обмотки которого включены последовательно со статорными (первичными) обмотками двигателя, как показано на рис. 9. вводимое напряжение затем зависит от нагрузки на двигатель. В этой машине скорость при любом крутящем моменте нагрузки можно изменять, перемещая щетки вокруг коммутатора, чтобы изменить соотношение фаз подаваемого напряжения к фазе генерируемого напряжения. Углы, отмеченные на рис. 8, относятся к смещению (в электрических градусах) щеток от сильноточного нейтрального положения.

Оборудование Scherbius

В некоторых случаях, в основном для больших двигателей с регулируемой скоростью, коллектор устанавливается на отдельном механизме от главного двигателя. Коллекторная машина может работать на частоте скольжения, чтобы возвращать мощность на вал главного двигателя, чтобы обеспечить постоянную мощность при полной нагрузке на различных скоростях; или он может возвращать мощность скольжения в сеть питания ниже синхронной скорости и получать мощность скольжения из сети выше синхронной скорости, чтобы обеспечить постоянный крутящий момент при полной нагрузке.

В таких системах обычно используется машина Шербиуса, представляющая собой многофазную машину переменного тока. генератор, в котором выходное напряжение формируется в роторной обмотке коллекторного типа. На рис. 10 показаны соединения одного такого блока, в котором главный двигатель механически соединен с машиной Шербиуса и преобразователем частоты. Вспомогательные обмотки машины Шербиуса способствуют улучшению коэффициента мощности, а скорость регулируется переключением щеток, как в двигателе Шраге, чтобы обеспечить почти постоянный крутящий момент при полной нагрузке выше или ниже синхронной скорости во всем диапазоне скоростей. Возможны многие другие схемы, например, в однодиапазонном оборудовании Шербиуса, в котором машина Шербиуса может приводиться в действие отдельным генератором переменного тока. двигатель, однодиапазонное оборудование подходит для работы ниже синхронных скоростей. Машина Шербиуса с отдельным приводом может быть подключена к контактным кольцам главного двигателя и к коллекторным щеткам преобразователя частоты коммутатора, соединенного с главным двигателем, в двухдиапазонном оборудовании Шербиуса, обеспечивающем постоянный момент полной нагрузки выше или ниже синхронного. скорость.

Как работают коллекторные двигатели постоянного тока? Объяснение необходимости регулярного технического обслуживания

Двигатели постоянного тока — это электродвигатели, работающие от постоянного тока. Особенности включают в себя возможность работать на высоких скоростях и высокий пусковой крутящий момент. Условно их можно разделить на две группы. На этой странице представлено простое введение в коллекторный двигатель постоянного тока и принцип их работы.

Двигатели постоянного тока можно разделить на два типа

Электродвигатели можно разделить на несколько различных типов в зависимости от их конструкции и способа привода. Двигатели переменного тока приводятся в действие переменным током, шаговые двигатели вращаются с фиксированными шагами каждый раз, когда на вход подается импульс электроэнергии, а двигатели постоянного тока приводятся в действие постоянным током. По сравнению с другими типами, преимущества двигателей постоянного тока включают в себя возможность работать на высоких скоростях и обеспечивать высокий пусковой крутящий момент.

Двигатели постоянного тока можно дополнительно разделить на щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока. Работа щеточных двигателей постоянного тока основана на механической связи между их коллектором и щетками. С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют коммутатора и щеток, а вместо этого управляются электронным способом с помощью схемы привода. Основные характеристики двигателей постоянного тока заключаются в следующем.

• Способность работать на высоких скоростях
• Высокий пусковой момент
• Скорость двигателя и крутящий момент могут регулироваться напряжением

Отличительной чертой описанных здесь щеточных двигателей постоянного тока является то, что они не требуют схемы управления в приложениях, где не требуется управление скоростью.

По следующей ссылке вы найдете более подробную информацию о различиях между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока:

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока?

Двигатели с постоянными магнитами и двигатели с электромагнитами

Коллекторные двигатели постоянного тока делятся на два типа в зависимости от типа используемого магнита.

Двигатели с постоянными магнитами

Эти двигатели, в которых для создания магнитного поля используется постоянный магнит, являются наиболее распространенной формой электродвигателей, используемых во всем мире, они используются в игрушках и моделях, а также во вспомогательных двигателях автомобилей. У них есть статор с постоянными магнитами и катушки для ротора.

Электродвигатели с электромагнитом

Эти двигатели используют электромагнит для создания магнитного поля. В зависимости от того, как связаны обмотка возбуждения и обмотка якоря, они подразделяются на двигатели с распределенной обмоткой, с последовательной обмоткой и с независимым возбуждением. Они широко используются в размерах от электродвигателей среднего размера мощностью около 1 л.с. до очень больших двигателей.

Выбор типа двигателя определяется областью применения и требуемой мощностью двигателя.

Как работают коллекторные двигатели постоянного тока

Далее давайте рассмотрим характеристики коллекторных двигателей постоянного тока и то, как они работают. Коллекторные двигатели постоянного тока имеют обмотки в роторе, которые окружены магнитами, содержащимися в статоре. Два конца катушки подключены к коммутатору. Коммутатор, в свою очередь, соединяется с электродами, называемыми щетками, что приводит к потоку электроэнергии постоянного тока через щетки и катушку до тех пор, пока щетки и коммутатор находятся в контакте.

Однако, когда катушка вращается, она достигает положения, когда щетки и коммутатор больше не соприкасаются, останавливая ток в катушке. Несмотря на это, импульс катушки заставляет ее продолжать вращаться. Это приводит щетки и коммутатор обратно в контакт, восстанавливая ток, который теперь протекает через другую катушку.

Это повторяющееся переключение потока тока заставляет щеточный двигатель постоянного тока продолжать вращаться. Коллекторные двигатели постоянного тока работают от постоянного тока, и их скорость можно легко контролировать, изменяя приложенное напряжение.

Щетки и коллектор являются расходными деталями

Как объяснялось выше, коллекторные двигатели постоянного тока обеспечивают высокий пусковой момент и могут работать на высоких скоростях, несмотря на их простую конструкцию. Они также просты в использовании, поскольку могут работать без схемы привода, если не требуется регулирование скорости. Однако щеточные двигатели постоянного тока имеют следующие недостатки.

• Склонность к возникновению электрического и акустического шума
• Короткий срок службы и необходимость регулярного обслуживания

Щетки и коллектор в коллекторном двигателе постоянного тока находятся в постоянном контакте друг с другом, когда двигатель вращается. Это то, что вызывает электрические и акустические шумы.

Короткий срок службы этих двигателей является еще одним важным фактором. Постоянный контакт между щетками и коллектором при вращении двигателя приводит к постепенному износу этих деталей из-за износа, вызванного трением. По мере того как металлические щетки изнашиваются, их контакт с коллектором уменьшается, и они больше не обеспечивают хорошую передачу электроэнергии. В результате двигатель больше не будет работать должным образом. Это объясняет, почему щетки и коллектор являются расходными деталями, требующими технического обслуживания в виде регулярного осмотра или замены.

Техническое обслуживание необходимо для коллекторных двигателей постоянного тока из-за принципа их работы

Двигатели постоянного тока делятся на щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока. Коллекторные двигатели постоянного тока работают за счет того, что катушка вращается внутри окружающих магнитов. Вращение катушки вызывает чередование контактов между коммутатором и щеткой, тем самым переключая ток, протекающий через катушку. В результате коллекторный двигатель постоянного тока может работать.

Несмотря на простоту конструкции, постоянный контакт между щетками и коллектором при вращении двигателя приводит к износу, что требует регулярного технического обслуживания для замены изношенных деталей.

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

1-3-3. Двигатель переменного тока | Корпорация Нидек

Термин «двигатель переменного тока» часто называют сокращенно «двигатель переменного тока». Поэтому в этой книге мы будем следовать этому соглашению.

Электродвигатели переменного тока грубо подразделяются на коллекторные, синхронные и асинхронные двигатели.

Синхронные и асинхронные двигатели являются двигателями переменного тока, скорость вращения которых определяется вращающимся магнитным полем.

Здесь под вращающимся магнитным полем понимается явление, при котором магнитное поле, создаваемое за счет подачи трехфазного, двухфазного или другого многофазного переменного тока на обмотку статора, вращается со скоростью, определяемой частотой многофазный переменный ток (= синхронная скорость). Вращающееся магнитное поле притягивает ротор, заставляя его вращаться. Двигатели переменного тока классифицируются по разнице в методе вращения.

Двигатели переменного тока с вращающимся магнитным полем (общий термин для синхронных и асинхронных двигателей) грубо подразделяются на двигатели, работающие от сети переменного тока 100 В (электропитание, подаваемое в жилые помещения по двухпроводным линиям обслуживания), и двигатели, работающие от сети переменного тока 200 В (распределенные на заводы и т. д. по трехпроводным линиям).

Первый называется однофазным двигателем, а второй — трехфазным.

В последнее время трехфазные двигатели все чаще приводятся в действие схемой инвертора мощности с использованием полупроводникового устройства, называемого инвертором. Цель этой конфигурации драйвера состоит в том, чтобы управлять двигателем со скоростью вращения и крутящим моментом, предназначенными для применения, путем управления напряжением и частотой с помощью инвертора.

[3]-(1) Коллекторный двигатель

Коллекторный двигатель — это общее описание двигателей с коллекторным ротором, как показано на рис. 1.12. Тип, который в настоящее время все еще используется в больших количествах, — это так называемый универсальный двигатель (также называемый двигателем серии переменного тока или двигателем с обмоткой серии переменного тока).

Основное применение этого мотора — пылесосы, электроинструменты и соковыжималки. Другими словами, он используется в областях, где двигатель должен вращаться с высокой скоростью за счет использования однофазного источника питания переменного тока.

Слово «универсальный» здесь подразумевает, что двигатель вращается от источника переменного или постоянного тока (то есть двигатель переменного/постоянного тока).

В принципе, он имеет ту же структуру, что и двигатели постоянного тока, но при использовании переменного тока необходимо учитывать следующие моменты: 9Рис. 1.12 Ротор коммутатора

<1> В случае постоянного тока поток статора постоянен, а в случае переменного тока он меняется. Следовательно, необходимо уменьшить любой вихревой ток, создаваемый изменяющимся магнитным потоком, с ламинированием изолированного сердечника.

<2> Падение напряжения было вызвано только сопротивлением в случае постоянного тока, но с переменным током, в дополнение к падению напряжения, вызванному сопротивлением, выходная мощность также снижается из-за ухудшения коэффициента мощности из-за фазового сдвига, вызванного электромагнитными помехами. индукция.

[3]-(2) Синхронный двигатель

Синхронный двигатель относится к двигателям, скорость вращения которых равна синхронной скорости. Они включают следующие три типа:

[3]-(2)-

<1> Реактивный двигатель

Реактивный двигатель использует статор с распределенной обмоткой (рис. 1.13 слева) и явнополюсный короткозамкнутый ротор (рис. 1.14 справа).

При запуске вращается как асинхронный двигатель, а затем во время работы вращается синхронно с частотой сети. Его скорость вращения различается между областями 50 Гц и 60 Гц. Этот двигатель имеет сравнительно большой пусковой момент. Его также называют реактивным двигателем.

Рис. 1.13 Статор с распределенной обмоткой (слева) и
              шестивитковый статор с сосредоточенной обмоткой (справа)Рис. 1.14 (слева) короткозамкнутый ротор (для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором)
(справа) короткополюсный ротор с явно выраженными полюсами (для реактивного двигателя)
                          в качестве проводников используются медь, латунь и алюминий.

[3]-(2)-

<2> Гистерезис двигателя Рис. 1.15 Ротор из полужесткой стали
                 Сталь со слабыми постоянными магнитами, не
                 причина намагничивания

В гистерезисном двигателе используется статор с распределенной обмоткой (рис. 1.13 слева) и ротор из полужесткой стали (рис. 1.15).

Поскольку этот двигатель вращается с использованием гистерезисной характеристики, он имеет небольшие неравномерности вращения или вибрации. Кроме того, поскольку нет разницы между пусковым и стопорным крутящим моментом, в идеале он должен работать при постоянной нагрузке. Этот двигатель могут выпускать только те производители, которые имеют специальное кольцо гистерезиса.

[3]-(2)-

<3> Двигатель индукторного типа

Принцип действия синхронных двигателей асинхронного типа заключается в синхронизации движения ротора с частотой тока, подаваемого на обмотку статора (электромагнита), и преобразовании подводимой мощности во вращательное движение за счет многократного притяжения и отталкивания.

Другими словами, скорость вращения ротора будет обратно пропорциональна целому числу скорости вращения (синхронной скорости), однозначно определяемой частотой тока. Двигатели можно разделить на два типа в зависимости от конструкции ротора.

• ・Двигатели с кулачковыми полюсами
• ・Гибридные шаговые двигатели (медленно-синхронные двигатели).

Двигатели с кулачковыми полюсами с различной номинальной скоростью доступны благодаря сочетанию конструкции двигателя и головки редуктора.

Двигатели с кулачковыми полюсами используются в различных приложениях, включая игровые автоматы (автоматы для игры в пинбол), копировальные машины, драйверы камер видеонаблюдения, записывающие устройства, автоматические шторы и устройства открытия/закрытия клапанов. Гибридные шаговые двигатели в основном используются для производственного оборудования.

[3]-(3) Асинхронный двигатель

Обычно его называют асинхронным двигателем, но иногда его называют асинхронным двигателем.

Это общее название для двигателей, скорость вращения которых немного ниже синхронной скорости. Существуют следующие три типа. В любом случае используется статор с распределенной обмоткой (рис. 1.13 слева).

[3]-(3)-

<1> Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Рис. 1.16 При растворении железа в азотной кислоте остается только алюминиевая клетка
                Слева находится ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа
                , а справа — ротор
                  асинхронного двигателя.

Ротор с короткозамкнутым ротором (рис. 1.14 слева) используется для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Электродвигатели общего назначения для промышленного использования относятся к этому типу. Когда ротор с короткозамкнутым ротором погружают в азотную кислоту для растворения содержащегося в нем железа, остается только алюминиевая «клетка», как показано на рис. 1.16. Характеристическую кривую можно тонко отрегулировать, отрегулировав форму и материал проводника клеточного типа ротора.

[3]-(3)-

<2> Вихретоковый двигатель Рис. 1.17 Ротор из мягкой стали
                 Основным материалом является цилиндрическая масса железа.
                 Для вихретоковых двигателей

Ротор из мягкой стали (рис. 1.17) применяется для роторов вихретоковых двигателей. Он создает большой крутящий момент в начале работы, который падает по мере увеличения скорости.

[3]-(3)-

<3> Асинхронный двигатель с фазным ротором Рис. 1.18 Обмотка ротора
                 Оборудован тремя контактными кольцами для подачи питания на ротор
                        с помощью щетки. Обмоточные роторы

(рис. 1.18) применяются в асинхронных двигателях с фазным ротором. Характеристики двигателя можно изменить с помощью переменного резистора, подключенного через токосъемные кольца. Этот ротор специально используется в больших двигателях.

[3]-(3)-

<4> Однофазный асинхронный двигатель

Мы описали многофазные (трехфазные) асинхронные двигатели в пунктах с <1> по <3> выше.

В нашей повседневной жизни большинство людей знакомы с источником питания однофазного переменного тока. Поэтому практичные двигатели, работающие от однофазного переменного тока, были бы удобны. Однофазный асинхронный двигатель соответствует этому требованию. Небольшие двигатели этого типа с выходной мощностью от нескольких ватт до нескольких сотен ватт широко используются в быту, мелкой промышленности и сельском хозяйстве. Конденсаторные двигатели и однофазные асинхронные двигатели с расщепленными полюсами являются типичными однофазными асинхронными двигателями.

[3]-(3)-

<4>-a) Конденсаторный двигатель Рис. 1.19 Соотношение фаз конденсаторного двигателя
                               

Конденсаторные двигатели подразделяются на двигатели с конденсаторным пуском, в которых конденсатор С вставляется только при запуске, двигатели с конденсаторным пуском, в которых постоянный конденсатор С остается подключенным с момента запуска, и двигатели с бинарными конденсаторами, которые уменьшают емкость путем переключения конденсатора, когда двигатель переходит в режим стабильной работы.

Помимо предпочтительного использования в бытовых приборах, которые имеют сравнительно меньший пусковой момент, в промышленности конденсаторный двигатель используется в небольших приводах ленточных конвейеров и машинах FA (автоматизация производства) из-за простоты использования и высокой экономической эффективности.

[3]-(3)-

<4>-b) Однофазный асинхронный двигатель с экранированными полюсами

Однофазный асинхронный двигатель с экранированными полюсами представляет собой асинхронный двигатель, имеющий короткозамкнутую вспомогательную обмотку, расположенную в положении, смещенном от основной обмотки на электрический угол менее 90°.

Вспомогательная обмотка индуцирует напряжение, используя трансформаторный эффект главной обмотки для подачи тока короткого замыкания, и создает вращающееся магнитное поле, используя магнитодвижущую силу вспомогательной и основной обмоток.

Будучи менее эффективным из-за потерь, возникающих в экранированном змеевике, этот двигатель используется в вентиляторах и других устройствах небольшой мощности из-за его простой конструкции.

• 1-3-1 Двигатель постоянного тока
• 1-3-2 Бесщеточный двигатель постоянного тока
• 1-3-3 Электродвигатель переменного тока
• 1-3-4 Реактивный двигатель с переключателем
• Шаговый двигатель 1-3-5
• 1-3-6 Ультразвуковой двигатель

Основная информация о двигателе

• Предыдущий
• Следующий

Начальное исследование шума коммутатора – Arxterra

Начальное исследование шума коммутатора

Автор: Robert Pearson

Проверка: Robert Pearson

Утверждение: Chris Hirunthanakorn

СОДЕРЖАНИЕ

• 1 Коммутатор Шум
• 2 Фон
• 3 Первоначальное тестирование
• 4 Ripple Cupting
• 5 Заключение
• 6 СПИСОК
• 5 Заключение. двигатель работает постоянно, особенно для усовершенствованной тормозной системы, конденсатор обычно проходит через двигатель, чтобы уменьшить шум и предотвратить скачки напряжения. Шипы могут сократить срок службы мотора, странник использует довольно маленькие моторы, так что это влияние на мотор довольно мало. Это было бы более серьезной проблемой, если бы у нас были более крупные двигатели, но даже с небольшими двигателями нам все равно нужно это учитывать.

  Существует два метода измерения выбросов коммутатора: подсчет пульсаций и подсчет переходных процессов. Оба этих метода требуют знания количества полюсов двигателя. Подсчет пульсаций может быть выполнен путем измерения колебаний тока, который пропорционален магнитному полю в соответствии с законом Ленца. Подсчет пульсаций лучше для меньшего количества катушек, потому что пульсации имеют гораздо более сильный эффект. Скорость двигателя, температура, крутящий момент и ориентация — все это факторы для обнаружения этих всплесков, которые могут затруднить определение того, какие всплески вызваны внешними факторами, создающими избыточный шум.

  Счетчик переходных процессов можно найти по всему кабелю питания, что означает отсутствие необходимости в последовательном резисторе для измерения тока, необходимого для подсчета пульсаций. Когда коммутатор теряет контакт со щеткой, возникает всплеск напряжения. Существует два типа переходных процессов: переходный процесс с отдачей и переходный процесс импеданса. Для Kick Back Transient форма волны является периодической, если скорость вращения стабильна, поэтому можно определить, где щетка входит в зацепление с коммутатором, а где разъединяется, наблюдая за напряжением. В переходном режиме импеданса отображаются всплески из-за внезапного изменения импеданса при включении и отключении щетки.

  Шум коммутатора может управлять скоростью, наблюдая за спектральными составляющими. Этот метод зависит от большего количества катушек индуктивности. Спектральные составляющие тока легче исследовать из-за большей амплитуды по сравнению с составляющей постоянного напряжения. Спектральный ток можно рассчитать как (Vcc-Vm)/Rs. Vcc — идеальный источник напряжения, Vm — напряжение двигателя, а Rs — сопротивление. Еще одна идея, которую следует учитывать, заключается в том, что вычислить способ эффективного преобразования скачков напряжения в данные об оборотах можно с помощью полюсов коммутатора, и в настоящее время Polulu не документирует количество полюсов в линейке двигателей Micro Gear.

  При использовании шума коммутатора для измерения бессенсорного кодирования возникают некоторые риски. Эффект шума коммутатора лучше всего заметен, когда в цепи не используется диод для ограничения скачков напряжения. Работа двигателя с создаваемым шумом может сократить срок службы двигателя Micro Gear.

  При поиске бездатчиковой схемы кодирования мы искали схему, которая подходила бы для коллекторного двигателя постоянного тока. Коллекторный двигатель содержит набор магнитов. Эти магниты имеют противоположную полярность, поэтому они естественным образом притягиваются друг к другу, когда при подаче питания якорь двигателя вращается за счет притяжения магнитов друг к другу.

  В ходе нашего исследования мы наткнулись на конструкцию безсенсорного кодирования шума коммутатора, принадлежащую Роману Блэку.

  Рис. 1. «Энкодер без энкодера для малых двигателей постоянного тока» — разработан и принадлежит Роману Блэку

  Схема Романа Блэка была выбрана из-за простоты и доступности деталей для первоначального тестирования. Дальнейшие схемы, которые мы обсудим, требуют специальных компонентов SMD. Схема Романа Блэка также не требует кода, что упрощает ее макетирование и получение быстрых результатов. Хотя для нашей схемы были внесены некоторые коррективы.

  Рис. 2. Схема схемы, адаптированной к шуму коммутатора

  Ниже представлена ​​схема схемы коммутатора, адаптированная к шуму, которую мы построили для первоначального тестирования. В этой схеме резистор R1 масштабирует измерение пульсаций напряжения и тока, компенсируя низкую производительность двигателя. C1 позволяет импульсу (вкл./выкл.) пройти через цепь. C2 помогает сгладить пульсации напряжения. Для нашей схемы, поскольку схема Романа Блэка была разработана для более крупных двигателей, нам пришлось экспериментировать, чтобы найти правильные значения, которые показывают результаты (скачки напряжения). Мы адаптировали эту схему для использования с двигателями Micro Gear, поэтому мы удалили диод из оригинальной конструкции, так как диод предназначен для использования с двигателями, потребляющими 2 ампера и более.

  Рис. 3. Схема шумовой цепи коммутатора макетной платы

  Наши результаты представлены ниже. Для этой настройки мы использовали значение 10K для резистора 1, C1 имел значение 3,3 мкФ, а C2 имел значение 9 пФ.

  В зависимости от рабочего цикла мы можем видеть, что напряжение имеет периодические пики. Напряжение достигает пика, когда мы видим, что происходит вращение Micro Gear Motor. Всплеск напряжения зависит от скорости, поэтому чем выше пик, тем выше скорость. Эти данные могут быть использованы в дальнейшем в качестве значения для преобразователя АЦП. Из этого мы можем рассчитать обороты наших двигателей.

  Рис. 4. Результаты осциллографа

  По мере того, как мы продолжали тестирование метода бессенсорного кодирования шума коммутатора, мы хотели проверить возможность более эффективного управления скоростью двигателя. Этот метод управления был бы хорош для тестирования нашей цепи шума коммутатора с контроллером Arduino Micro.

  Чтобы поэкспериментировать с жизнеспособностью метода бессенсорного кодирования шума коммутатора, мы решили протестировать печатную плату, разработанную Texas Instruments. Мы решили изменить темп, так как эта схема может сократить время, затрачиваемое на этап тестирования нашего проекта. TIDA-01421 от Texas Instruments был разработан для работы с двигателями постоянного тока, которые реализованы для сохранения памяти на расстоянии, таком как окна, раздвижные двери и ворота. Единственным недостатком тестирования этой схемы является стоимость и сроки строительства. Схема должна быть рассчитана на работу с печатной платой, поскольку такие детали, как усилитель измерения тока INA240-Q1, доступны только в виде компонентов поверхностного монтажа. TIDA-01421 может принимать ток и измерять его. На этом этапе сигнал затем фильтруется и преобразуется в прямоугольный логический выходной сигнал 3,3 В для процессора для подсчета положения двигателя. Затем подсчет положения двигателя можно адаптировать к подсчету оборотов в минуту. На рис. 5 эти шаги представлены в виде блок-схемы.

  Рис. 5 Блок-схема TIDA-01421, собственность Texas Instruments

  Texas Instruments TIDA-01421 начинается с измерения тока двигателя, который можно найти по формуле (напряжение якоря – напряжение противо-ЭДС)/сопротивление якоря. Усилитель измерения тока можно использовать для двунаправленного измерения тока с помощью мостового выпрямителя. Выходной сигнал усилителя датчика тока направляется на каскад полосового фильтра. Фильтр учитывает пульсации и способен измерять частоту, которую затем можно преобразовать в данные об оборотах для обработки преобразователем АЦП. Затем полосовой фильтр удаляет из сигнала любые посторонние шумы и подает их на дифференциальный усилитель. Затем дифференциальный усилитель выдает чистый сигнал в диапазоне 0–3,3 В для использования компаратором.

  Дальнейшие разработки и испытания TIDA-01421 можно найти здесь.

  Шум коммутатора при правильной настройке может обеспечить точные данные с помощью метода подсчета пульсаций. Этот метод применим к коллекторным микродвигателям постоянного тока Sojourner и будет дополнительно расширен при использовании конструкции от Texas Instruments.

  «Использование импульсов коммутации двигателя постоянного тока для измерения оборотов двигателя». Precision Microdrives , Precision Microdrives, 2AD, www.precisionmicrodrives.com/content/using-dc-motor-commutation-spikes-to-measure-motor-speed-rpm/.

  Васкес-Санчес, Эрнесто и Джозеф Соттиле. «Новый метод бессенсорного определения скорости щеточных двигателей постоянного тока». Applied Sciences , 24 декабря 2016 г.

  Ноттельманн, Ян Б. «Бессенсорный подсчет вращения в двигателях постоянного тока с щеточной коммутацией».