Какво е двигател с постоянен ток и как работи

Колекторните мотори са доста често срещани в ежедневието и производството. Използват се за задвижване на различни механизми, електроинструменти, в автомобили. Част от популярността се дължи на простото регулиране на скоростта на ротора, но има някои ограничения за използването им и, разбира се, недостатъци. Нека да видим какво е DC безчетков мотор (KDTT), какви са разновидностите на този тип електродвигатели и къде се използват.

Определение и устройство

В директориите и водещите енциклопедии такова определение:

„Колекторът е електрически двигател, в който сензорът за положение на вала и превключвателят на намотката са едно и също устройство - колектора. "Такива двигатели могат да работят или само на постоянен ток, или на постоянен и променлив ток."

Колекторният мотор, като всеки друг, се състои от ротор и статор, В този случай роторът е котва. Спомнете си, че котвата е частта от електрическата машина, която консумира основния ток и в която се индуцира електромоторната сила.

Защо е необходим и как е подреден колекторът? Колекторът е разположен на вала (ротора) и представлява набор от надлъжно разположени плочи, изолирани от вала и една от друга. Те се наричат ​​ламели. Огъванията на секциите на арматурните намотки са свързани към ламелите (можете да видите устройството за навиване на котвата KDPT в групата от фигури по-долу), или по-скоро, краят на предишния и началото на следващата секция за навиване са свързани към всяка от тях.

Токът се подава към намотките чрез четките. Четките образуват плъзгащ се контакт и по време на въртене на вала са в контакт с една или друга ламела. Така намотките на арматурата се превключват, за това е необходим колекторът.

Сглобката на четката се състои от скоба с държачи за четки, а четките от графит или металлографит са инсталирани директно в тях. За да се осигури добър контакт, четките се притискат към колектора чрез пружини.

Постоянните магнити или електромагнитите са инсталирани на статора (полеви намотки), които създават магнитно поле на статора. В литературата за електрическите машини термините „магнитна система“ или „индуктор“ по-често се използват вместо думата „статор“. Фигурата по-долу показва дизайна на DPT в различни проекции. Сега нека да видим как работи двигателят на DC комутатора!

Принцип на работа

Когато токът тече през намотката на арматурата, възниква магнитно поле, посоката на което може да бъде определена с помощта правила за gimlet, Постоянното магнитно поле на статора взаимодейства с полето на арматурата и то започва да се върти поради факта, че едноименните стълбове се отблъскват, привличани към несходните. Което е идеално илюстрирано от фигурата по-долу.

Когато четките преминат към други ламели, токът започва да тече в обратна посока (ако разгледаме горния пример), магнитните полюси сменят местата и процесът се повтаря.

В съвременните колекторни машини не се използва двуполюсен дизайн поради неравномерно въртене, в момента на превключване на посоката на тока силите, действащи върху арматурата, ще бъдат минимални. И ако включите двигателя, чийто вал спря в това "преходно" положение - той може да не започне да се върти изобщо. Следователно колекторът на модерен постоянен двигател има значително повече полюси и участъци от намотки, положени в каналите на облицованото ядро, като по този начин се постига оптимална гладкост на движение и въртящ момент на вала.

Принципът на работа на колекторния двигател на прост език за манекените е разкрит в следващото видео, горещо препоръчваме да го прочетете.

Схеми за свързване на типове KDPT и намотки

Според метода на възбуждане двигателите с постоянен ток са два вида:

1. С постоянни магнити (мотори с ниска мощност с мощност от десетки и стотици ватове).
2. С електромагнити (мощни машини, например, на повдигащи механизми и машинни инструменти).

Разграничете тези видове KDTT по метода на свързване на намотките:

• Последователно възбуждане (в старата руска литература и от старите електротехници можете да чуете името "Serial", от англ. Serial). Тук полевата намотка е свързана последователно с намотката на арматурата. Високият стартов въртящ момент е предимството на подобна схема, а недостатъкът й е спад в скоростта на въртене с увеличаване на натоварването на вала (мека механична характеристика), както и фактът, че двигателят върти педала (неконтролирано увеличаване на скоростта с последващо увреждане на опорните лагери и арматурата) при работа на празен ход или с натоварване на вала по-малко от 20-30% от номиналното.
• Паралел (наричан още „шунт“). Съответно полевата намотка е свързана паралелно с намотката на арматурата. При ниски скорости на вала, въртящият момент е висок и стабилен при сравнително широк диапазон на оборотите, а с увеличаване на оборотите той намалява. Предимството са стабилните обороти при широк диапазон на натоварване на вала (ограничен от неговата мощност), а недостатъкът е, че ако веригата се прекъсне във веригата на възбуждане, тя може да се обърка.
• Nazavisimo. Полевите намотки и котви се захранват от различни източници. Това решение ви позволява да контролирате по-точно скоростта на вала. Характеристиките на работа са подобни на DPT с паралелно възбуждане.
• Смесен. Част от полевата намотка е свързана паралелно, а част последователно с арматурата. Комбинирайте предимствата на серийните и паралелните типове.

Графичният символ на диаграмата, който виждате по-долу.

В чуждестранната и съвременна руска литература, както и на диаграми, може да се намери друго представяне на UGO за KDT, както е показано на предишната фигура под формата на кръг с два квадрата, където кръгът представлява котвата, а два квадрата представляват четките.

Диаграма на връзката и обратната страна

Диаграмата на свързване на намотките на статора и ротора се определя по време на производството и в зависимост от това къде се използва определен двигател, трябва да изберете подходящото решение. В определени режими на работа (например спирачен режим) веригите за превключване на намотките могат да бъдат променени или да се въведат допълнителни елементи.

Те включват двигатели с постоянен ток с ниска мощност, използващи: полупроводникови ключове (транзистори), превключватели или бутони, специализирани микросхеми на водача или използване на релета с ниска мощност. Големи мощни машини са свързани към DC мрежата чрез биполярно контактори.

По-долу виждате обратна верига за свързване на постоянен ток към 220V мрежа. На практика веригата ще бъде подобна в производството, но в нея няма да има диоден мост, тъй като всички линии за свързване на такива двигатели са положени от тягови подстанции, където променливият ток се коригира.

Реверсът се осъществява чрез промяна на полярността на полевата намотка или на арматурата. Невъзможно е да промените полярността и там, и там, тъй като посоката на въртене на вала няма да се промени, както е при универсалните колекторни двигатели при работа на променлив ток.

За плавно стартиране на двигателя, в електрическата верига на захранването на арматурата или намотката на арматурата и намотката на възбуждане (в зависимост от веригата на връзката им) се въвежда регулиращо устройство, например реостат, но скоростта на вала също се управлява по същия начин, но вместо реостат често използват набор от постоянни резистори, свързани използвайки набор от контактори.

В съвременните приложения скоростта на въртене се променя с помощта на импулсно-ширинна модулация (PWM) и полупроводников ключ, което е точно това, което се прави в безжичен електроинструмент (например отвертка). Ефективността на този метод е много по-висока.

Обхват на приложение

Двигателите с четка с постоянен ток се използват навсякъде както в ежедневието, така и в индустриалните устройства и механизми, нека разгледаме накратко техния обхват:

• В автомобилите 12V и 24V колекторни DCB се използват за задвижване на лопатките на чистачките (чистачките на предното стъкло), в повдигачите на прозорци, за стартиране на двигателя (стартер е серийно или смесено възбуждане DC колекторния мотор) и други задвижвания.
• В подемни механизми (кранове, асансьори и др.) Се използват KDPT, които работят в постоянна мрежа с напрежение 220V или друго налично напрежение.
• В детските играчки и радиоуправляемите модели с ниска мощност се използват KDTT с триполюсен ротор и постоянни магнити на статора.
• В ръчен безжичен електроинструмент - разнообразни тренировки, шлифовъчни машини, електрически отвертки и др.

Обърнете внимание, че в модерен скъп електроинструмент са монтирани безчеткови двигатели, но без четки.

Предимства и недостатъци

Нека да анализираме плюсовете и минусите на DC колекторния мотор. предимства:

1. Съотношението размер / мощност (индикатори за тегло и размер).
2. Простота на регулиране на завоите и прилагане на мек старт.
3. Начален момент.

Недостатъците на KDPT са следните:

1. Износени четки. Силно натоварените двигатели, които се използват редовно, изискват редовни проверки, смяна на четките и поддръжка на колектора на колектора.
2. Колекторът се износва поради триенето на четките.
3. Възможно е искриране с четка, което ограничава използването на опасни места (тогава използвайте KDTT експлозивно защитено изпълнение).
4. Поради постоянното превключване на намотките, този тип двигател с постоянен ток въвежда смущения и изкривявания в захранващата верига или мрежата, което води до неизправности и проблеми в работата на други елементи на веригата (особено за електронни вериги).
5. С постоянни магнити магнитните сили отслабват (демагнетизират) с течение на времето и ефективността на двигателя намалява.

Затова разгледахме какво представлява двигателят на колектора за постоянен ток, как е проектиран и какъв е неговият принцип на работа. Ако имате въпроси, попитайте ги в коментарите под статията!

Свързани материали:

• Какво е анодът и катода
• Как работи магнитният стартер
• Как да свалим напрежението
• Какво е индукционен двигател