Коллекторный двигатель - устройство и применение. Устройство коллекторный двигатель


Устройство коллекторных машин постоянного тока

Характерным признаком коллекторных машин является наличие у них коллектора — механического преобразователя переменного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии. 

К коллекторным машинам постоянного тока относятся двигатель постоянного тока ДПТ и генератор постоянного тока ГПТ которые имеют одинаковую конструкцию и могут заменять друг друга то есть ДПТ может работать как ГПТ и наоборот. Разберем устройство коллекторных машин на примере двигателя постоянного тока.

  Коллекторная машина постоянного тока состоит из:

  1. Якоря (подвижная часть) который состоит из вала,обмотки якоря, коллектора, двух подшипников и сердечника. Сердечник — это цилиндр из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм покрытых электроизоляционным лаком. Такая сборная конструкция служит для уменьшения вихревых токов. В сердечнике есть пазы в которые вложены пазовые стороны обмотки якоря.
  2. Статора (4) (неподвижной части) — станина, главные полюса с полюсными катушками(2,3).

Статор конструктивно может быть выполнен двух видов:

  • сборный — состоит из цельной тянутой трубы и прикреплённым к ней внутри полюсов. Сердечник полюса выполнен в виде стального бруска либо из шихтованных пластин 0,5 — 1 мм. Обмотка полюса намотана вокруг сердечника. Обмотки полюсов соединены между собой последовательно и образуют обмотку возбуждения которая при подключении к источнику постоянного тока создаёт магнитное поле в магнитной системе двигателя.
  • цельный шихтованный — применяется в машинах мощностью 600 Вт и более. Он состоит из из пакета пластин электротехнической стали сложной конфигурации толщиной 0,35 — 0,5 мм.

Устройство щеточно коллекторного перехода.

Наиболее сложным и ненадежным местом коллекторной машины является щеточно коллекторный переход который состоит из щеток (которые крепятся в щеткодержатели) и коллектора который состоит из набора коллекторных пластин трапецеидального сечения, разделенных миканитовыми прокладками. Пластины из меди и миканита удерживаются в сжатом состоянии за нижнюю часть, имеющую форму «ласточкина хвоста», посредством стальных конусных колец 1 (рис. 13.2). Выступающая вверх часть коллекторных пластин 6, называемая «петушок», служит для присоединения секций обмотки якоря к пластинам коллектора. Коллекторные пластины изолируют от конусных колец миканитовыми манжетами 3, а от втулки 5 — миканитовым изолирующим цилиндром 4. Поверхность медных пластин каллектора в процессе работы машины постепенно истирается щетками. Что бы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что могло бы привести к нарушению электрического контакта коллектора со щетками, приходится периодически выполнять «продораживаные» коллектора. Эта операция состоит в том, что между рабочими поверхностями коллекторных пластин фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рис. 13.4).

Достоинства и недостатки коллекторных машин постоянного тока.

Электрические машины постоянного тока используют как в качестве генераторов, так и двигателей. Наибольшее применение имеют двигатели постоянного тока, диапазон мощности которых достаточно широк: от долей ватта (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и других крупных механизмов).

Двигатели постоянного тока широко используют для привода подъемных устройств в качестве крановых двигателей и привода транспортных средств, а также в качестве тяговых двигателей.

Основные достоинства двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными двигателями переменного тока — хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения более 3000 об/мин, а недостатки — относительно высокая стоимость, некоторая сложность в изготовлении, пониженная надежность. Эти недостатки машин постоянного тока обусловлены наличием в них щеточно-коплекторного узла, который к тому же является источником радиопомех и пожароопасности. Но, несмотря на отмеченные недостатки, двигатели постоянного тока в некоторых случаях пока незаменимы, так как обладают большой перегрузочной способностью, хорошими пусковыми и регулировочными свойствами.

electrikam.com

Коллекторный двигатель - устройство и применение

Технологии 8 мая 2013

Чтобы ответить на вопрос о том, что такое коллекторный двигатель, необходимо понять, что называют двигателем вообще. А это электрическая машина, обратная генератору. Вместе генератор и двигатель называют машиной постоянного тока. Она предназначена для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую (то есть работать как генератор) или же наоборот - электрическую в механическую (работать как двигатель). Если снабдить синхронную машину постоянного тока коллектором, то мы получим коллекторный двигатель. В генераторном режиме коллектор будет играть роль выпрямителя, в двигательном режиме – преобразователя частот. Именно благодаря ему по обмотке якоря протекает переменный ток, а во внешней цепи – постоянный.

Из всего вышеизложенного следует, что коллекторный двигатель – это электрическая синхронная машина, в которой датчик положения ротора и переключатель тока в обмотках - это щеточно-коллектроный узел. Естественно, как уже говорилось, он может просто стать генератором.

Самый маленький коллекторный двигатель (на несколько ватт) состоит из таких обязательных частей, как трехполюсный ротор, подшипники скольжения, коллекторный узел (он же состоит из двух медных пластин-щеток), двухполюсный статор на постоянных магнитах. Самые маленькие устройства такого типа применяют в некоторых детских игрушках.

Коллекторный двигатель большей мощности имеет, как правило, многополюсный ротор, подшипники качения, коллекторный узел на четырех графитовых щетках, четырехполюсный статор на постоянных магнитах. Именно моторы такой конструкции стоят в автомобилях, в приводах вентиляторов, в системах охлаждения и вентиляции, в насосах, дворниках и прочем. Основным достоинством такого устройства, как коллекторный двигатель, можно назвать простоту эксплуатации, ремонта и изготовления.

Мощные устройства (на несколько сотен ватт) содержат статоры на электромагнитах. Есть несколько основных способов подключения таких обмоток: последовательно к ротору (последовательное возбуждение, приличный максимальный момент, однако быстрые обороты холостого хода), параллельно к ротору (так называемое параллельное возбуждение, преимуществом которого можно назвать стабильность оборотов, однако к недостаткам нужно отнести малый максимальный момент). Есть также варианты со смешанным и с независимым возбуждением, однако они применяются достаточно редко.

Существует и такая машина, как коллекторный двигатель переменного тока. Однако рассматривать ее отдельно нельзя. Под такой машиной обычно понимают универсальный коллекторный двигатель. Это такая разновидность машины, которая работает и на постоянном токе, и на переменном. Такое устройство получило распространение в ручных электроинструментах и в некоторой бытовой технике, благодаря небольшим размерам, весу, низкой цене, легкости в эксплуатации. Такой универсальный коллекторный двигатель можно напрямую подключать к сети, у него небольшой пусковой ток, простая схема управления.

Источник: fb.ru Автомобили Насос-форсунка дизельного двигателя: устройство и принцип работы

Требования, которые предъявляются к современным дизельным моторам в отношении мощности, экономичности и экологичности, становятся все выше. Чтобы эти требования удовлетворить, следует обеспечить хорошее смесеобразован...

Автомобили GDI-двигатель: устройство и особенности

GDI-двигатель относится к агрегатам с прямым впрыском топлива, в которых горючая смесь проникает не во впускной коллектор, а сразу в цилиндры ДВС. На данный момент такими силовыми установками укомплектовываются автомо...

Бизнес Ремень клиновый: устройство и применение

Ремень клиновый – это основное связующее устройство, которое применяется при изготовлении различных видов станков, механизмов и машин с подвижными составляющими. Данный инструмент передает инерционные вращательн...

Дом и семья Лампа ДНаТ: устройство и применение

Лампа ДНаТ - это источник освещения, работа которого основана на горении дуги в области высокого или низкого давления. Этот процесс происходит в специальной трубке (горелке), выполненной в виде цилиндра из окиси алюми...

Домашний уют Погружные центробежные насосы: устройство и применение насосов для скважин и колодцев

Как правильно подобрать оборудование для организации автономного водоснабжения? Наряду с обустройством источника водозабора (колодца, скважины) необходимо особое внимание уделить способу поднятия жидкости из них на по...

Домашний уют Игольчатый подшипник: устройство и применение

Игольчатый подшипник применяется во многих механизмах, которые задействованы в строительстве, сельском хозяйстве, автомобильной промышленности и других отраслях. Изделия могут эксплуатироваться в различных условиях. И...

Домашний уют Фуговальный станок: устройство и применение

Фуговальный станок относится к группе специального оборудования, предназначенного для прямолинейной обработки (снятия фаски) заготовок и изделий из древесины. Существует множество разновидностей устройств. Они позволя...

Домашний уют Радиальные вентиляторы: устройство и применение

Вентилятор является приводимым в действие двигателем устройством, способным создавать потоки воздуха или других газов. Сегодня представлено большое разнообразие типов данных приборов, например, в промышленности востре...

Здоровье Методика офтальмотонометрии грузиками. Тонометр Маклакова: устройство и применение

Давление внутри глазных камер определяется разностью скорости притока и оттока из них жидкости. Применяемые в клинической практике методы тонометрии (измерения давления) относятся к непрямым и дают тонометрический пок...

Новости и общество Автомат "Тисс": создание, устройство и применение

Начало 90-х годов для России было временем большого роста организованной преступности. Обострившаяся криминогенная обстановка стала толчком для создания специальных отрядов быстрого реагирования (КОРД), призванных уси...

monateka.com

Универсальный коллекторный двигатель - это... Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

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

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

Особенности конструкции

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

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

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

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

Достоинства и недостатки

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

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

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

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

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

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

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

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

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

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

Сравнение с асинхронным двигателем

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

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

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

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

Аналоги без коллекторного узла

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

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

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

Применение

Ручной электроинструмент:

Бытовая техника:

См. также

Ссылки

dal.academic.ru

Как подключить коллекторный двигатель. Коллекторный двигатель: устройство и подключение

Благодаря своим компактным размерам, коллекторный двигатель получил широкое распространение в конструкциях ручного электроинструмента. Он успешно применяется взамен конденсаторного однофазного асинхронного . Массовое применение коллекторных двигателей обусловлено их высокой мощностью, простотой в управлении и обслуживании. Независимо от внешних различий и типов креплений, все они имеют одинаковый принцип действия.

Устройство и принцип работы

Прежде всего, это однофазный электродвигатель, где осуществляется последовательное возбуждение обмоток. Для его работы может использоваться переменный или постоянный ток. По этой причине, коллекторный электродвигатель считается универсальным.

Большинство таких электродвигателей имеют в своей конструкции основные элементы в виде статора вместе с обмоткой возбуждения, а также ротора и двух щеток в качестве скользящего контакта. Большая роль во всей конструкции отводится тахогенератору. Его магнитный ротор закрепляется в торце роторного вала, а фиксация катушки осуществляется с помощью стопорного кольца или крышки.

Все конструктивные элементы электродвигателя объединены в общей конструкции. Их соединяют две алюминиевые крышки, непосредственно образующие корпус двигателя. Для вывода контактов, присутствующих во всех элементах используется клеммная колодка, позволяющая легко включать их в общую электрическую схему. Для работы ременной передачи на роторный вал запрессовывается шкив.

Подключение и управление

В основе работы данного вида двигателей лежат взаимодействующие поля, присутствующие в статоре и роторе, при прохождении через них электрического тока. Коллекторный двигатель имеет последовательную схему, по которой подключаются обмотки. Контактная колодка позволяет задействовать до десяти контактов, увеличивая количество вариантов подключения.

Простейшее подключение можно выполнить, зная лишь расположение выводов в статоре и щетках. При нормальном подключении устанавливаются средства электрической защиты и устройства, позволяющие ограничивать ток. Поэтому, прямое подключение от сети должно производиться не более чем на 15 секунд.

Управление коллекторным двигателем осуществляется с помощью специальной электронной схемы. В этой схеме всю силовую регулировку выполняет , подающий напряжение на двигатель в необходимом количестве и подключаемый последовательно с ним.

Возникла необходимость подключить универсальный коллекторный электродвигатель. На первый взгляд никаких проблем нет. Двигатель рабочий, ранее стоял в соответствующем устройстве и выполнял предназначенную ему функцию, то есть уже был подключён. Но дело в том, что использовать его решил в совершенно ином по своим функциям устройстве. Изменились условия, возможности эксплуатации и требования, как к его работе, так и к сроку службы. Ведь механизм, в котором предполагалось вновь задействовать электродвигатель, должен будет быть собран именно под него. Что делать с существующей обвязкой? Можно и главное нужно ли в ней, что-то менять? В данном конкретном случае это электродвигатель от электробритвы.

Имеющаяся обвязка состоит из конденсаторов и дросселей предназначенных выполнять исключительно функции помехоподавляющего фильтра.

Непосредственно на работу двигателя они ни как не влияют. Известно, что универсальный коллекторный электродвигатель одинаково хорошо работает и на постоянном, и на переменном токе. Соответственно, не мудрствуя лукаво, при имеющимся сопротивлении секций обмоток статора (более 800 Ом) плюс сопротивление якоря (360 Ом), подключение можно сделать по такой схеме:

Что и было успешно опробовано.

Однако на постоянном токе чуточку лучше. Во первых КПД двигателя при переменном токе меньше, во вторых меньше срок службы щёток, коллектора и всей машины. Схема подключения будет такой.

Был опробован и этот вариант схемы.

Искрение щёток коллектора стало заметно меньше. Совсем уж решил на этом и остановиться, но тут посоветовали, что при питании данного электродвигателя постоянным током следует добавить, после диодного моста, конденсатор.

Ёмкость конденсатора первоначально посчитал по, показавшейся подходящей для данного случая, формуле. При подключении конденсатора с расчетной ёмкостью в 200 mkf движок взревел как небольшая электродрель, что заставило уменьшать ёмкость. Формулой для расчета, не оправдавшей себя, «делиться» смысла не вижу.

Остановился на конденсаторе 33mkf х 250V и диодном мосте из диодов 1N4007 (как более компактном). Работой электродвигателя доволен.

Видео работы электромотора

Ничего необычного, но действительно лучше увидеть, чем услышать (в данном случае прочитать) как он там «гудит», как он там «искрит». Желаю удачных экспе

master-electrician.ru

Коллекторный двигатель - устройство и применение

Чтобы ответить на вопрос о том, что такое коллекторный двигатель, необходимо понять, что называют двигателем вообще. А это электрическая машина, обратная генератору. Вместе генератор и двигатель называют машиной постоянного тока. Она предназначена для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую (то есть работать как генератор) или же наоборот - электрическую в механическую (работать как двигатель). Если снабдить синхронную машину постоянного тока коллектором, то мы получим коллекторный двигатель. В генераторном режиме коллектор будет играть роль выпрямителя, в двигательном режиме – преобразователя частот. Именно благодаря ему по обмотке якоря протекает переменный ток, а во внешней цепи – постоянный.

Из всего вышеизложенного следует, что коллекторный двигатель – это электрическая синхронная машина, в которой датчик положения ротора и переключатель тока в обмотках - это щеточно-коллектроный узел. Естественно, как уже говорилось, он может просто стать генератором.

Самый маленький коллекторный двигатель (на несколько ватт) состоит из таких обязательных частей, как трехполюсный ротор, подшипники скольжения, коллекторный узел (он же состоит из двух медных пластин-щеток), двухполюсный статор на постоянных магнитах. Самые маленькие устройства такого типа применяют в некоторых детских игрушках.

Коллекторный двигатель большей мощности имеет, как правило, многополюсный ротор, подшипники качения, коллекторный узел на четырех графитовых щетках, четырехполюсный статор на постоянных магнитах. Именно моторы такой конструкции стоят в автомобилях, в приводах вентиляторов, в системах охлаждения и вентиляции, в насосах, дворниках и прочем. Основным достоинством такого устройства, как коллекторный двигатель, можно назвать простоту эксплуатации, ремонта и изготовления.

Мощные устройства (на несколько сотен ватт) содержат статоры на электромагнитах. Есть несколько основных способов подключения таких обмоток: последовательно к ротору (последовательное возбуждение, приличный максимальный момент, однако быстрые обороты холостого хода), параллельно к ротору (так называемое параллельное возбуждение, преимуществом которого можно назвать стабильность оборотов, однако к недостаткам нужно отнести малый максимальный момент). Есть также варианты со смешанным и с независимым возбуждением, однако они применяются достаточно редко.

Существует и такая машина, как коллекторный двигатель переменного тока. Однако рассматривать ее отдельно нельзя. Под такой машиной обычно понимают универсальный коллекторный двигатель. Это такая разновидность машины, которая работает и на постоянном токе, и на переменном. Такое устройство получило распространение в ручных электроинструментах и в некоторой бытовой технике, благодаря небольшим размерам, весу, низкой цене, легкости в эксплуатации. Такой универсальный коллекторный двигатель можно напрямую подключать к сети, у него небольшой пусковой ток, простая схема управления.

загрузка...

twofb.ru