¿Qué es un motor conmutador de CC y cómo funciona?
Los motores colectores son bastante comunes en la vida cotidiana y en la producción. Se utilizan para conducir varios mecanismos, herramientas eléctricas, en automóviles. Parte de la popularidad se debe al simple ajuste de la velocidad del rotor, pero existen algunas limitaciones para su uso y, por supuesto, desventajas. Veamos qué es un motor colector de corriente continua (KDTT), cuáles son las variedades de este tipo de motor eléctrico y dónde se usan.
Definición y dispositivo
En directorios y enciclopedias principales, tal definición:
“Un motor colector se llama motor eléctrico, en el que el sensor de posición del eje y el interruptor de los devanados son el mismo dispositivo: el colector. "Tales motores pueden funcionar solo con corriente continua o con corriente continua y alterna".
Un motor colector, como cualquier otro, consta de rotor y estator. En este caso, el rotor es un ancla. Recuerde que el ancla es la parte de la máquina eléctrica que consume la corriente principal y en la cual se induce la fuerza electromotriz.
¿Por qué es necesario y cómo se organiza el colector? El colector está ubicado en el eje (rotor) y es un conjunto de placas ubicadas longitudinalmente aisladas del eje y entre sí. Se llaman laminillas. Las curvas de las secciones de los devanados del inducido están conectadas a las láminas (puede ver el dispositivo de devanado de anclaje KDPT en el grupo de figuras a continuación), o más bien, el final de la sección anterior y el comienzo de la siguiente sección de devanado están conectadas a cada una de ellas.
La corriente se suministra a los devanados a través de los cepillos. Los cepillos forman un contacto deslizante y durante la rotación del eje están en contacto con una u otra lámina. Por lo tanto, los devanados de la armadura se cambian, para esto se necesita el colector.
El conjunto del cepillo consiste en un soporte con portaescobillas, y los cepillos de grafito o metalografía se instalan directamente en ellos. Para garantizar un buen contacto, los cepillos se presionan contra el colector mediante resortes.
Los imanes permanentes o electroimanes (bobinado de campo), que crean un campo magnético del estator, están instalados en el estator. En la literatura sobre máquinas eléctricas, los términos "sistema magnético" o "inductor" se usan con más frecuencia en lugar de la palabra "estator". La siguiente figura muestra el diseño del DPT en diferentes proyecciones. ¡Ahora veamos cómo funciona el motor del conmutador de CC!
Principio de operación
Cuando la corriente fluye a través del devanado del inducido, aparece un campo magnético, cuya dirección se puede determinar utilizando reglas de gimlet. El campo magnético constante del estator interactúa con el campo de la armadura, y comienza a girar debido al hecho de que los polos similares se repelen, atraídos por lo contrario. Lo que ilustra perfectamente la figura a continuación.
Cuando los cepillos cambian a otras láminas, la corriente comienza a fluir en la dirección opuesta (si consideramos el ejemplo anterior), los polos magnéticos cambian de lugar y el proceso se repite.
En las máquinas de colector modernas, no se utiliza un diseño de dos polos debido a la rotación desigual, en el momento de cambiar la dirección de la corriente, las fuerzas que actúan sobre la armadura serán mínimas. Y si enciende el motor, cuyo eje se detuvo en esta posición "de transición", es posible que no comience a girar en absoluto. Por lo tanto, el colector de un motor DC moderno tiene significativamente más postes y secciones de bobinados colocados en las ranuras del núcleo revestido, logrando así una óptima suavidad de movimiento y torque en el eje.
El principio del funcionamiento del motor colector en lenguaje simple para tontos se revela en el siguiente video, le recomendamos encarecidamente que lo lea.
Tipos de KDPT y esquemas de conexión de bobinados
Según el método de excitación, los motores de colector de CC son de dos tipos:
- Con imanes permanentes (motores de baja potencia con potencia de decenas y cientos de vatios).
- Con electroimanes (máquinas potentes, por ejemplo, en mecanismos de elevación y máquinas herramientas).
Distinga estos tipos de KDTT por el método de conexión de los devanados:
- Excitación secuencial (en la antigua literatura rusa y de antiguos electricistas se puede escuchar el nombre "Serie", de la serie Inglés). Aquí, el devanado de campo está conectado en serie con el devanado del inducido. Un par de arranque alto es la ventaja de tal esquema, y su desventaja es una caída en la velocidad de rotación con una carga creciente en el eje (característica mecánica suave), y el hecho de que el motor está pedaleando (aumento incontrolado de la velocidad con daños posteriores en los cojinetes de empuje y la armadura) si está en ralentí o con una carga del eje inferior al 20-30% de la nominal.
- Paralelo (también llamado "derivación"). En consecuencia, el devanado de campo está conectado en paralelo con el devanado del inducido. A bajas velocidades en el eje, el par es alto y estable en un rango relativamente amplio de revoluciones, y con un aumento en las revoluciones disminuye. La ventaja son las revoluciones estables sobre un amplio rango de carga en el eje (limitado por su potencia), y la desventaja es que cuando el circuito se rompe en el circuito de excitación, puede salir mal.
- Dependiente. Los devanados y anclas de campo funcionan con diferentes fuentes Esta solución le permite controlar con mayor precisión la velocidad del eje. Las características del trabajo son similares a DPT con excitación paralela.
- Mezclado. Parte del devanado de campo está conectado en paralelo, y parte en serie con la armadura. Combina las ventajas de los tipos seriales y paralelos.
El símbolo gráfico en el diagrama que ves a continuación.
En la literatura rusa extranjera y moderna, así como en los diagramas, se puede encontrar otra representación de UGO para KDT, como se mostró en la figura anterior en forma de círculo con dos cuadrados, donde el círculo representa el ancla y dos cuadrados representan los pinceles.
Diagrama de conexión y reversa
El diagrama de conexión de los devanados del estator y del rotor se determina durante la fabricación y, dependiendo de dónde se use un motor en particular, debe elegir la solución adecuada. En ciertos modos de funcionamiento (modo de frenado, por ejemplo), los circuitos de conmutación de bobinado pueden cambiar o introducir elementos adicionales.
Incluyen motores de colector de CC de baja potencia que utilizan: teclas semiconductoras (transistores), interruptores de palanca o botones, microcircuitos de controlador especializados o el uso de relés de baja potencia. Grandes máquinas potentes están conectadas a la red de CC a través de bipolar contactores.
A continuación, verá un circuito inverso para conectar un motor de CC a una red de 220V. En la práctica, el circuito será similar en producción, pero no habrá puente de diodos en él, ya que todas las líneas para conectar tales motores se colocan desde subestaciones de tracción, donde se rectifica la corriente alterna.
Lo contrario se lleva a cabo cambiando la polaridad en el devanado de campo o en la armadura. Es imposible cambiar la polaridad tanto allí como allí, ya que la dirección de rotación del eje no cambiará, como es el caso de los motores de colector universal cuando funcionan con corriente alterna.
Para arrancar el motor sin problemas, se introduce un dispositivo de ajuste, por ejemplo, un reóstato, en el circuito de suministro de energía del devanado del inducido o el devanado del inducido y el devanado de excitación (dependiendo del circuito de su conexión), pero la velocidad del eje también se controla de la misma manera, pero en lugar de un reóstato, a menudo usan un conjunto de resistencias constantes conectadas utilizando un conjunto de contactores.
En las aplicaciones modernas, la velocidad de rotación se cambia mediante la modulación de ancho de pulso (PWM) y una llave semiconductora, que es exactamente lo que se hace en una herramienta eléctrica inalámbrica (destornillador, por ejemplo). La eficiencia de este método es mucho mayor.
Ámbito de aplicación
Los motores de escobillas de CC se utilizan en todas partes, tanto en la vida cotidiana como en dispositivos y mecanismos industriales, consideremos brevemente su alcance:
- En los automóviles, los DCB de colector de 12V y 24V se utilizan para accionar las escobillas del limpiaparabrisas (limpiaparabrisas), en los elevadores de ventanas, para arrancar el motor (un motor de arranque de serie o de excitación mixta de arranque) y otros accionamientos.
- En los mecanismos de elevación (grúas, ascensores, etc.) se utilizan KDTT, que funcionan desde una red de CC con un voltaje de 220 V o cualquier otro voltaje disponible.
- En los juguetes para niños y los modelos controlados por radio de baja potencia, se utilizan KDPT con un rotor tripolar e imanes permanentes en un estator.
- En una herramienta eléctrica sin cable manual: una variedad de taladros, amoladoras, destornilladores eléctricos, etc.
Tenga en cuenta que en una herramienta eléctrica moderna y costosa, se instalan motores sin escobillas, pero motores sin escobillas.
Ventajas y desventajas
Analizaremos los pros y los contras de un motor de colector DC. Beneficios:
- La relación de tamaño a potencia (indicadores de peso y tamaño).
- Simplicidad de ajuste de giros e implementación de arranque suave.
- Par de arranque.
Las desventajas de KDPT son las siguientes:
- Cepillos gastados. Los motores altamente cargados que se usan regularmente requieren inspección regular, reemplazo de escobillas y mantenimiento del conjunto del múltiple.
- El colector se desgasta debido a la fricción del cepillo.
- Es posible que se produzcan chispas de pincel, lo que limita el uso en lugares peligrosos (luego use la ejecución a prueba de explosión KDTT).
- Debido a la conmutación constante de los devanados, este tipo de motor de CC introduce interferencia y distorsión en el circuito de alimentación o en la red eléctrica, lo que conduce a fallos de funcionamiento y problemas en el funcionamiento de otros elementos del circuito (especialmente relevante para circuitos electrónicos).
- Con imanes permanentes, las fuerzas magnéticas se debilitan (desmagnetizan) con el tiempo y la eficiencia del motor disminuye.
Así que examinamos qué es un motor de cepillo de CC, cómo está diseñado y cuál es su principio de funcionamiento. Si tiene preguntas, ¡hágalas en los comentarios debajo del artículo!
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