Was ist ein DC-Kommutatormotor und wie funktioniert er?

Kollektormotoren sind im Alltag und in der Produktion weit verbreitet. Sie werden verwendet, um verschiedene Mechanismen, Elektrowerkzeuge, in Autos anzutreiben. Ein Teil der Popularität ist auf die einfache Einstellung der Rotordrehzahl zurückzuführen, aber es gibt einige Einschränkungen bei ihrer Verwendung und natürlich Nachteile. Mal sehen, was ein Gleichstromkollektormotor (DCMT) ist, welche Arten von Elektromotoren diese Art sind und wo sie eingesetzt werden.

Definition und Gerät

In Verzeichnissen und Enzyklopädien führt eine solche Definition:

„Ein Kollektormotor wird als Elektromotor bezeichnet, bei dem der Wellenpositionssensor und der Schalter der Wicklungen dasselbe Gerät sind - der Kollektor. "Solche Motoren können entweder nur mit Gleichstrom oder mit Gleich- und Wechselstrom betrieben werden."

Ein Kollektormotor besteht wie jeder andere aus Rotor und Stator. In diesem Fall ist der Rotor ein Anker. Denken Sie daran, dass der Anker der Teil der elektrischen Maschine ist, der den Hauptstrom verbraucht und in dem die elektromotorische Kraft induziert wird.

Warum wird es benötigt und wie ist der Sammler angeordnet? Der Kollektor befindet sich auf der Welle (Rotor) und ist ein Satz von in Längsrichtung angeordneten Platten, die von der Welle und voneinander isoliert sind. Sie werden Lamellen genannt. Die Biegungen der Abschnitte der Ankerwicklungen sind mit den Lamellen verbunden (Sie können die KDPT-Ankerwicklungsvorrichtung in der nachstehenden Abbildungsgruppe sehen), oder vielmehr sind das Ende des vorherigen und der Anfang des nächsten Wicklungsabschnitts mit jedem von ihnen verbunden.

Der Strom wird den Wicklungen durch die Bürsten zugeführt. Die Bürsten bilden einen Gleitkontakt und stehen während der Drehung der Welle in Kontakt mit der einen oder anderen Lamelle. Somit werden die Wicklungen des Ankers geschaltet, dafür wird der Kollektor benötigt.

Die Bürstenbaugruppe besteht aus einer Halterung mit Bürstenhaltern, in die direkt Graphit- oder Metallographitbürsten eingebaut sind. Um einen guten Kontakt zu gewährleisten, werden die Bürsten durch Federn gegen den Kollektor gedrückt.

Am Stator sind Permanentmagnete oder Elektromagnete (Feldwicklung) installiert, die ein Statormagnetfeld erzeugen. In der Literatur zu elektrischen Maschinen werden häufiger die Begriffe "Magnetsystem" oder "Induktor" anstelle des Wortes "Stator" verwendet. Die folgende Abbildung zeigt das Design des DPT in verschiedenen Projektionen. Nun wollen wir sehen, wie der DC-Kommutatormotor funktioniert!

Funktionsprinzip

Wenn der Strom durch die Ankerwicklung fließt, erscheint ein Magnetfeld, dessen Richtung mit bestimmt werden kann Gimlet-Regeln. Das konstante Magnetfeld des Stators interagiert mit dem Feld des Ankers und beginnt sich zu drehen, da sich die gleichnamigen Pole abstoßen und von den anderen angezogen werden. Was in der folgenden Abbildung perfekt dargestellt ist.

Wenn die Bürsten auf andere Lamellen umschalten, beginnt der Strom in die entgegengesetzte Richtung zu fließen (wenn wir das obige Beispiel betrachten), die Magnetpole wechseln ihre Positionen und der Vorgang wiederholt sich.

In modernen Kollektormaschinen wird aufgrund ungleichmäßiger Drehung keine zweipolige Konstruktion verwendet. Zum Zeitpunkt des Wechsels der Stromrichtung sind die auf den Anker einwirkenden Kräfte minimal. Und wenn Sie den Motor einschalten, dessen Welle in dieser "Übergangsposition" stehen geblieben ist, beginnt er möglicherweise überhaupt nicht zu drehen. Daher hat der Kollektor eines modernen Gleichstrommotors wesentlich mehr Pole und Wicklungsabschnitte in den Nuten des ausgekleideten Kerns, wodurch eine optimale Laufruhe und ein optimales Drehmoment auf der Welle erreicht werden.

Das Prinzip der Funktionsweise der Collector Engine in einfacher Sprache für Dummies wird im nächsten Video beschrieben. Wir empfehlen dringend, dass Sie es lesen.

KDPT-Typen und Wicklungsverbindungsschemata

Nach der Erregungsmethode gibt es zwei Arten von Gleichstrommotormotoren:

1. Mit Permanentmagneten (Motoren mit geringer Leistung und einer Leistung von zehn und Hunderten von Watt).
2. Mit Elektromagneten (leistungsstarke Maschinen, zum Beispiel an Hebemechanismen und Werkzeugmaschinen).

Unterscheiden Sie diese Arten von KDTT durch die Methode zum Verbinden der Wicklungen:

• Sequentielle Erregung (in der alten russischen Literatur und von alten Elektrikern kann man den Namen "Serial" aus dem Englischen hören. Serial). Hier ist die Feldwicklung in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet. Ein hohes Anlaufdrehmoment ist der Vorteil eines solchen Schemas, und sein Nachteil ist ein Abfall der Drehzahl mit zunehmender Belastung der Welle (weichmechanische Charakteristik) und die Tatsache, dass der Motor im Leerlauf läuft oder unkontrolliert ansteigt und die Axiallager und der Anker anschließend beschädigt werden mit einer Wellenlast von weniger als 20-30% des Nennwerts.
• Parallel (auch "Shunt" genannt). Dementsprechend ist die Feldwicklung parallel zur Ankerwicklung geschaltet. Bei niedrigen Drehzahlen auf der Welle ist das Drehmoment in einem relativ weiten Drehzahlbereich hoch und stabil und nimmt mit zunehmender Drehzahl ab. Der Vorteil sind stabile Umdrehungen über einen weiten Lastbereich der Welle (begrenzt durch ihre Leistung), und der Nachteil ist, dass der Stromkreis, wenn er im Erregerkreis unterbrochen wird, schief gehen kann.
• Abhängig. Feldwicklungen und Anker werden von verschiedenen Quellen gespeist. Mit dieser Lösung können Sie die Wellendrehzahl genauer steuern. Die Arbeitsmerkmale ähneln denen von DPT mit paralleler Anregung.
• Gemischt. Ein Teil der Feldwicklung ist parallel und ein Teil in Reihe mit dem Anker geschaltet. Kombinieren Sie die Vorteile von seriellen und parallelen Typen.

Das Grafiksymbol auf dem Diagramm, das Sie unten sehen.

In der ausländischen und modernen russischen Literatur sowie in Diagrammen findet sich eine andere Darstellung von UGO für KDT, wie in der vorherigen Abbildung in Form eines Kreises mit zwei Quadraten gezeigt wurde, wobei der Kreis den Anker und zwei Quadrate die Pinsel darstellen.

Anschlussplan und umgekehrt

Das Anschlussdiagramm der Stator- und Rotorwicklungen wird während der Herstellung festgelegt. Je nachdem, wo ein bestimmter Motor verwendet wird, müssen Sie die geeignete Lösung auswählen. In bestimmten Betriebsarten (z. B. Bremsmodus) können die Wicklungsschaltkreise geändert oder zusätzliche Elemente eingeführt werden.

Dazu gehören Gleichstromkollektormotoren mit geringer Leistung, die Folgendes verwenden: Halbleitertasten (Transistoren), Kippschalter oder -tasten, spezielle Treiber-Mikroschaltungen oder Relais mit geringer Leistung. Große leistungsstarke Maschinen sind über Bipolar mit dem Gleichstromnetz verbunden Schütze.

Unten sehen Sie eine umgekehrte Schaltung zum Anschließen eines Gleichstrommotors an ein 220-V-Netzwerk. In der Praxis wird die Schaltung in der Produktion ähnlich sein, es wird jedoch keine Diodenbrücke vorhanden sein, da alle Leitungen zum Anschließen solcher Motoren von Umspannwerken verlegt werden, in denen der Wechselstrom gleichgerichtet wird.

Die Umkehrung erfolgt durch Ändern der Polarität an der Feldwicklung oder am Anker. Es ist unmöglich, die Polarität sowohl dort als auch dort zu ändern, da sich die Drehrichtung der Welle nicht ändert, wie dies bei Universalkollektormotoren bei Betrieb mit Wechselstrom der Fall ist.

Um den Motor reibungslos zu starten, wird eine Einstellvorrichtung, beispielsweise ein Rheostat, in den Stromversorgungskreis der Ankerwicklung oder der Ankerwicklung und der Erregerwicklung (abhängig vom Anschlusskreis) eingeführt, aber die Wellendrehzahl wird ebenfalls auf die gleiche Weise gesteuert, aber anstelle eines Rheostaten werden häufig ein Satz konstanter Widerstände verwendet mit einem Satz von Schützen.

In modernen Anwendungen wird die Drehzahl mithilfe der Pulsweitenmodulation (PWM) und eines Halbleiterschlüssels geändert, was genau bei einem schnurlosen Elektrowerkzeug (z. B. einem Schraubendreher) der Fall ist. Die Effizienz dieser Methode ist viel höher.

Anwendungsbereich

Gleichstrombürstenmotoren werden sowohl im Alltag als auch in industriellen Geräten und Mechanismen überall eingesetzt. Betrachten wir kurz ihren Anwendungsbereich:

• In Autos werden 12-V- und 24-V-Kollektor-DCBs verwendet, um Wischerblätter (Scheibenwischer), in Fensterheber, zum Starten des Motors (ein Anlasser ist ein Gleichstrom-Kollektormotor mit Reihen- oder gemischter Erregung) und anderer Antriebe anzutreiben.
• In Hebemechanismen (Kräne, Aufzüge usw.) werden KDPT verwendet, die in einem Gleichstromnetz mit einer Spannung von 220 V oder einer anderen verfügbaren Spannung arbeiten.
• In Kinderspielzeug und funkgesteuerten Modellen mit geringem Stromverbrauch wird KDTT mit einem dreipoligen Rotor und Permanentmagneten am Stator verwendet.
• In einem manuellen Akku-Elektrowerkzeug - eine Vielzahl von Bohrern, Schleifern, Elektroschraubern usw.

Beachten Sie, dass in einem modernen teuren Elektrowerkzeug bürstenlose Motoren installiert sind, aber bürstenlose Motoren.

Vor- und Nachteile

Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile eines Gleichstromkollektormotors analysieren. Vorteile:

1. Das Verhältnis von Größe zu Leistung (Gewichts- und Größenindikatoren).
2. Einfache Einstellung der Kurven und Implementierung des Sanftanlaufs.
3. Startmoment.

Die Nachteile von KDPT sind wie folgt:

1. Abgenutzte Bürsten. Hoch belastete Motoren, die regelmäßig eingesetzt werden, erfordern eine regelmäßige Inspektion, einen Austausch der Bürste und die Wartung der Verteilerbaugruppe.
2. Der Kollektor nutzt sich durch Reibung der Bürsten ab.
3. Bürstenfunkenbildung ist möglich, was die Verwendung an explosionsgefährdeten Orten einschränkt (dann explosionsgeschützte Ausführung mit KDTT verwenden).
4. Aufgrund des ständigen Schaltens der Wicklungen führt dieser Gleichstrommotortyp zu Störungen und Verzerrungen im Versorgungskreis oder im Netz, was zu Fehlfunktionen und Problemen beim Betrieb anderer Schaltungselemente führt (insbesondere relevant für elektronische Schaltungen).
5. Bei Permanentmagnetmagneten werden die Magnetkräfte mit der Zeit schwächer (entmagnetisieren) und der Wirkungsgrad des Motors nimmt ab.

Wir haben also untersucht, was ein Gleichstromkollektormotor ist, wie er aufgebaut ist und wie sein Funktionsprinzip ist. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren unter dem Artikel!

Verwandte Materialien:

• Was ist die Anode und Kathode
• Wie der Magnetstarter funktioniert
• So senken Sie die Spannung
• Was ist ein Induktionsmotor?