Коллекторный и бесколлекторный двигатели

В ассортименте продукции Greenworks есть инструменты с коллекторным (щёточным) и бесколлекторным (бесщёточным) двигателями. Но везде делается акцент только на бесколлекторном электродвигателе. Почему только на нём, и для чего тогда устройства с щёточным? Расскажем в данной статье преимущества и недостатки каждого электродвигателя и ответим на эти два вопроса.

Коллекторный двигатель

Начнём с того, что двигатель — это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механический и наоборот. Эффективность данного процесса зависит от внутренней конструкции двигателя, которая в свою очередь зависит от источника тока (постоянного или переменного).

Устройство коллекторного двигателя

Якорь. Стержнем всей конструкции является якорь, он же металлический вал. Вал является движущимся элементом, от которого зависит крутящий момент. На нём также располагается ротор.

Ротор. Связан с ведущим валом. Его внешняя конструкция напоминает барабан, который вращается внутри статора. Задача ротора получать или отдавать напряжение рабочему телу.

Подшипники. Они расположены на противоположных концах якоря для его сбалансированного вращения.

Щётки. Выполнены обычно из графита. Их задача предавать напряжение через коллектор в обмотки.

Коллектор (коммутатор). Он выполнен в виде соединенных между собой медных контактов. Во время процесса вращения он принимает на себя энергию с щёток и направляет её в обмотки.

Обмотки. Расположены на роторе и статоре разных полярностей. Их функция в генерировании собственного магнитного поля под воздействием разных полярностей, за счёт чего якорь приходит в действие.

Сердечник статора. Выполнен из металлических пластин. Может иметь катушку возбуждения с полярным напряжением обмотки ротора. Или — постоянные магниты. Данная конструкция зависит от источника напряжения. Является статичным элементом всего механизма.

Плюсы:

• Стоимость меньше, чем у бесколлекторных двигателей (БД).
• 
  Конструкция относительно проще конструкции БД.
• 
  В виду этого, техническое обслуживание проще.

Минусы:

На высоких оборотах увеличивается трение щёток. Отсюда вытекает:

• Быстрый износ щёток.
• 
  Снижение мощности инструмента.
• 
  Появление искр.
• 
  Задымление инструмента.
• 
  Выход из строя инструмента раньше его «жизненного цикла».

Если рассматривать бытовую сферу применения, то коллекторный двигатель является традиционным и бюджетным вариантом эксплуатации (и самым часто используемым).

Инструменты на данном типе двигателя преданно и верно справятся с любой повседневной задачей в пределах своих возможностей. Так как такие инструменты по стоимости значительно дешевле инструментов на бесколлекторном двигателе, их рассматривает категория потребителей, которая придерживается мнения: «ничто не вечно». Зачем переплачивать, если любой агрегат может выйти из строя? Мы же считаем, что при надлежащих условиях эксплуатации любой инструмент может прослужить верой и правдой довольно долгий срок. Но выбор за Вами.

Бесколлекторный двигатель

Если в коллекторном двигателе всё приходит в действие за счёт механики, то в бесщёточном — чистая электроника. Также позиции некоторых элементов в конструкции меняются местами. В коллекторном двигателе обмотки находились на роторе, а постоянные магниты — на статоре. У бесколлеторного — постоянные магниты переносятся на ротор, а катушки с обмоткой располагаются на статоре. Также ротор и статор могут менять свои позиции: есть модели двигателей с внешним ротором. Здесь отсутствуют щётки и коллектор, вместо них добавлен микропроцессор (контроллер) и кулер для охлаждения системы. Микропроцессор контролирует положение ротора, скорость вращения, равномерное распределение напряжения по катушкам обмотки.

Основные типы бесщёточного двигателя :

• Асинхронный — это двигатель, который преобразовывает электроэнергию переменного тока в механическую. Название происходит от разной скорости вращения магнитного поля и ротора. Частота вращения ротора меньше, чем у магнитного поля, создаваемого обмотками статора (Например, двигатель DigiPro, который используется в продукции Greenworks).
• Синхронный — это двигатель переменного тока, у которого частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля.

Тип двигателя с внешним ротором

Расположение ротора и статора в бесщёточном двигателе DigiPro

Плюсы:

• 
  Из-за отсутствия щёток меньше трения.
• 
  Меньше подвержены износу.
• 
  Отсутствие искр и возможного возгорания.
• 
  Упрощенная регулировка крутящего момента в больших пределах.
• 
  Экономия расходуемой энергии.
• 
  У инструментов с реверсом одинаковая мощность в обоих направлениях вращения.
• 
  Быстрый запуск с больших скоростей.
• 
  Могут разгоняться до предельных показателей.
• 
  Некоторые модели при сильной нагрузке оснащены системой защиты двигателя.

Минусы:

• 
  Значительно дороже в цене, чем коллекторные двигатели.
• 
  Техническое обслуживание более узкоспециализированное.

Несомненно бесколлекторные двигатели ориентированы на профессиональные работы с приличной нагрузкой. Несмотря на высокие показатели усовершенствованного типа двигателя, его единственный недостаток бьёт по кошельку. И перед тем, как приобретать инструмент на том или ином двигателе, прежде всего надо поставить перед собой вопрос: для каких целей он нужен. Уже исходя из ответа делать свой выбор.

Сколько людей — столько и мнений. Компания Greenworks старается делать качественную продукцию на разных типах двигателя, чтобы каждый мог подобрать себе инструмент по предпочтениям, функционалу и необходимой мощности под конкретные задачи, которые у каждого клиента свои. Именно поэтому, например, в разделе «Ручной инструмент» Вы можете наблюдать один тип агрегата на коллекторном и бесколлекторном двигателях. Какой лучше? Выбор за Вами!

Вернуться к списку

Выбор двигателя и привода. Подбор типа электродвигателя.

Эта страница создана с целью помочь в выборе двигателя посетителям, имеющим отдаленное представление о
видах и типах
электромоторов, об их применении. Надеемся, что наши рекомендации помогут сориентироваться в типах
представленных на
сайте электродвигателей и выбрать подходящий из предлагаемых.

Выбрать тип электродвигателя можно, ответив на несколько общих вопросов.

Требуется ли точное позиционирование?

• Если да, то следует выбрать шаговый
  двигатель или
  сервопривод.

  Требуется ли очень высокая точность?

  • Если крайне высокая точность или разрешающая способность необходимы, следует выбрать серводвигатель.
  • Если точности 0,09 град. будет достаточно, выбирайте привод на базе шагового двигателя.

  Требуется ли плавное движение, особенно на маленьких скоростях?

  • Да: стоит рассмотреть возможность использования сервопривода
  • Нет: можно выбрать шаговый двигатель.

  Критична ли цена устройства?

  • Ответ «да, цена очень важна»: в пользу выбора шагового
    двигателя.
  • Если нет: можно пожертвовать ценой в пользу выдающихся достоинств сервопривода.

• Нет, точное позиционирование не требуется или не очень важно, или есть
  возможность
  работать с датчиками (концевыми выключателями).

купить шаговый двигатель

купить блок управления шаговым двигателем

Нужно ли регулировать скорость?

• Ответ «да, нужно»: в пользу выбора асинхронного двигателя с
  регулируемой скоростью.
• Если нет: асинхронный двигатель DKM.

И еще несколько рекомендаций и примеров по выбору двигателя:

• Предполагается использовать электродвигатель для простого вращения, например для витрины, рекламных
  конструкций,
  вентиляторов, для перемешивания — выбор мотор-редуктора с
  коллекторным двигателем.
• То же самое, но есть требования к надежности и ресурсу:
  • Предпочтительно питание от сети 220В — стоит выбрать асинхронный мотор-редуктор.
  • Питание от источника постоянного тока — используйте бесколлекторный двигатель.
• Если нужен привод для реализации работы двигателя по заданной программе: переместить в определенную
  позицию,
  выполнить реверс, приостановить работу на заданное время, продолжить работу с измененной скоростью.
  Такие
  алгоритмы используются, например, в намоточном оборудовании, в протяжке лент, проволоки, фольги и
  подобных
  устройствах, в сварочных автоматах, в этикетировщиках, механизмах подачи и распределения — без сомнения,
  в этих
  случаях предпочтительнее выбрать шаговый двигатель.
• Привод нужен для работы станка с ЧПУ или координатного стола — также предпочтительнее использовать
  шаговый
  привод.
• Если Ваше устройство очень ответственно, предъявляет повышенные требования к точности, плавности и
  требует
  сложных алгоритмов работы — используйте сервопривод.

Асинхронные двигатели с редуктором используются, как правило, в устройствах, не требующих особой точности
перемещеня
(т. е. позиционирования) и удобны, когда требуется простое вращение с постоянной скоростью. Питание двигателя
220В
50Гц, поэтому они не требуют дополнительного источника питания и могут работать от сети 220В. В большинстве
случаев
при использовании асинхронного двигателя не требуются дополнительные дорогие системы управления.

Управление асинхронным двигателем. Вращение вала двигателя начинается сразу при подаче
питания.
Величина скорости определяется передаточным числом редуктора. Чуть более усложненный вариант — регулирование
скорости
с помощью частотного преобразователя, т.е. скорость вращения можно изменять.

Примеры применения асинхронного мотор-редуктора — вентиляторы в помещении, вращающиеся
витрины и
рекламные конструкции, в случае, если удобно подключать их к сети 220В, устройства для перемешивания,
конвейеры.

Из достоинств асинхронных мотор-редукторов можно отметить высокую надежность, длительный
срок службы
и простоту использования. Из недостатков можно отметить высокую стоимость частотных
преобразователей,
которые необходимы для регулирования скорости. Выбрать асинхронный двигатель

Мотор-редукторы постоянного тока, как и асинхронные, используются в устройствах, не требующих точности, но
предъявляющих требования к цене. Мотор-редукторы постоянного тока чрезвычайно просты в применении и не
требуют
специальных устройств управления. Эти двигатели подключаются к источнику питания 3В, 12В или 24В. Можно
использовать и
меньшее напряжение питания.

Управление коллекторным мотор-редуктором. Вращение двигателя начинается сразу при подаче
питания.
Максимальная скорость определяется скоростью самого электромотора и редуктора. «Подгонка» скорости
осуществляется
изменением напряжения питания (в меньшую сторону). Изменение направления вращения обеспечивается сменой
полярности
питания.

Примеры применения коллекторных двигателей с редуктором — вращение демонстрационных
витрин, привод
шпинделя в станках, перемешивающие устройства, если удобно использовать питание 12В или 24В (иногда 3В).

Основное достоинство коллекторного двигателя с редуктором — его простота и низкая
стоимость.
Недостаток — меньший срок службы: трущиеся и контактирующие детали коллектора (щетки)
двигателя
довольно быстро выходят из строя. Выбрать коллекторный мотор-редуктор

Шаговый двигатель называется шаговым, т. к. может выполнять поворот вала на определенный угол. Шаговые
двигатели
используются в случаях, когда требуется точное перемещение и позиционирование — можно задать величину
углового
перемещения с точностью до десятых (а иногда и сотых долей градуса). Кроме того, шаговые двигатели удобно
применять,
когда требуется реализовать сложный алгоритм движения. Шаговый двигатель обязательно требует блок управления
(драйвер). Питание зависит от используемого драйвера.

Управление шаговым приводом. В самом общем виде управление шаговым двигателем сводится к
задаче
отработать определенное число шагов в нужном направлении и с нужной скоростью. Если говорить о
неподготовленных
пользователях, под управлением обычно понимают не сам шаговый двигатель, а шаговый привод вместе с системой
управления. В этом случае на блок управления ШД подаются сигналы «сделать шаг» и «задать направление».
Сигналы
представляют собой импульсы 5В. Такие импульсы можно получить от компьютера, например от LPT-порта, от
специального
контроллера управления шаговыми приводами или задавать сигналы самостоятельно от источника питания или
генератора 5В.

Управление от компьютера распространено для управления станками с ЧПУ — для такой задачи существует
специальное
программное обеспечение. Управление от контроллера удобно, когда нужно реализовать какой-то определенный
алгоритм
движения, например в протяжных механизмах, этикетировщиках, автоматах.

Применение шаговых двигателей. Одно из самых распространенных применений шаговых
двигателей — станки
с ЧПУ и координатные столики — работа шаговых приводов осуществляется от ПК — современное программное
обеспечение
позволяет осуществлять работу шаговых приводов в соответсвии с чертежем. Шаговые двигатели распространены в
роботах,
конвейерах, системах подачи. Выбор шагового двигателя оправдан в этикетировочных машинах, устройствах
протяжки
проволоки или фольги и др. подобных устройствах. Кроме того, шаговые двигатели используются в аналитических
приборах и
эмуляторах стрелочных приборов.

Преимущества шаговых двигателей заключаются в возможности их применения в довольно сложных
и
ответственных устройствах, возможность точно задавать положение вала и угол перемещения. Скорость двигателя
полностью
контролируется от 0 до максимально возможной. Шаговые двигатели имеют большой ресурс и срок службы.
К
недостаткам можно отнести стоимость системы управления, некоторую дискретность перемещения,
высокую (до 80
град) температуру поверхности двигателя, а также значительную потерю момента на высоких скоростях. Выбрать шаговый двигатель

Бесколлекторный двигатель можно сравнить с «вывернутым наизнанку» коллекторным двигателем постоянного тока
—
ротор-магнит вращается внутри статора с обмотками. Если проще — в бесколлекторном двигателе нет трущихся
переключающихся контактов, как в коллекторном двигателе. Двигатель несколько сложнее в управлении, выше его
цена. Но и
надежность и срок службы такого двигателя существенно выше.

Управление бесколлекторным двигателем. Для работы бесколлекторного двигателя обязательно
требуется
специальный блок управления. Как и в случае с шаговым двигателем, для бесколлекторного двигателя
подразумевается
управление приводом. Управление скоростью осуществляется аналоговым сигналом от 0В (мин. скорость) до 5В
(максимальная
скорость). Направление вращение — сигналом 0/5В, подаваемым на блок.

Применение бесколлекторных двигателей. Эти двигатели используются при производстве моделей
(часто в
радиоуправляемых авиамоделях), в небольших поворотных устройствах, механизмах позиционирования, рекламных
конструкциях, дозирующих механихмах, в строительстве, при изготовлении смесей (краски, лаки, клей и т.п.).
Двигатели
устанавливаются в выставочных стендах, поворотных рекламных столиках и площадках, вентиляторах для
помещений,
дозаторах жидкости, затворных механизмах, сварочных аппаратах, устройства для смешивания.

Преимущества бесколлекторных двигателей, во-первых, в их ресурсе — они намного долговечнее
и
надежнее аналогичных коллекторных моторов. Во-вторых, к достоинствам можно отнести их высокий КПД.
В-третьих, по
сравнению с шаговыми двигателями, бесколлекторные работают несколько тише. Также нужно отметить более
высокую скорость
бесколлекторного двигателя примерно в 10 раз выше, чем у шагового. Из недостатков —
необходимость
использовать специальный блок управления. Выбрать бесколлекторный двигатель

Сервопривод — это, как правило, интеллектуальное устройство, включающее сервомотор и блок управления.
Серводвигатели
отличаются очень высокой надежностью. При работе в паре с блоком управления, сервопривод может
использоваться для
решения очень сложных и ответственных задач. Точность сервопривода зависит от установленного в нем датчика
обратной
связи и выбирается в соответствии с решаемой задачей. Сервопривод позволяет осуществлять очень плавное
движение даже
на низких, близких к 0, скоростях.

Управление серводвигателем осуществляется при помощи специального блока, который получает
сигналы от
датчика обратной связи, встроенного в сервомотор. Блок управления обычно имеет множество опций для работы от
ПК,
встроенные интерфейсы позволяют использовать его в промышленности. Многочисленные настройки и нюансы работы
обычно
загружаются в привод через ПК. Далее возможна автономная работа и управление без компьютера.

Сервоприводы применяются там, где требуется надежность и безотказность, например в сложных
медицинских аппаратах и оборонной промышленности. Сервомоторы могут использоваться в устройствах,
обслуживание которых
может быть затруднено. Выбор серводвигателя обоснован в случае, когда необходима долговечность. Точность
позиционирования и плавность перемещения делают возможным применение привода в высокоточных приборах,
станках и прочих
механизмах.

Преимуществ при выборе сервомотора масса: плавность и точность перемещений доступны даже
на низких
скоростях, разрешающая способность может выбираться пользователем в зависимости от решаемой задачи.
Надежность и
безотказность, а следовательно, возможность использовать его в ответственных, не терпящих отказа
устройствах.
Бесшумность и плавность работы делают сервоприводы иногда единственным возможным вариантом при выборе
двигателя.
Достоинства сервопривода таковы, что применять их можно было бы всегда, когда только возможно, если бы не
два
недостатка: цена комплекта (сервомотор + блок управления) и сложность настройки, которая иногда
делает
применение сервопривода необоснованным. Выбрать
серводвигатель

Каргу А.П.

Какой двигатель переменного или постоянного тока эффективнее?

25.05.2022

Содержание:

1. Типы электродвигателей
2. Степень защиты корпуса
3. Двигатели переменного тока
4. DC Motors
5. Разница между AC и DC Motor
6. . двигатель, рекуперация, трансмиссия
7. Регулирование скорости
8. Особенности электродвигателя

Жесткой классификации электродвигателей нет, но их можно различать по нескольким параметрам. Основными из них являются тип питания и наличие скользящего контакта. Эти позиции можно считать ключевыми, и в них проще ориентироваться. Вообще типов электродвигателей не так много — синхронные, асинхронные, постоянного тока, вентильные. Вот, пожалуй, и все. Другое дело, что в большинстве «категорий» достаточно вариантов, существенно меняющих свойства и характеристики. Но это придется решать применительно к каждой конструкции.

Электродвигатели являются неотъемлемым элементом конвейерного и автоматизированного оборудования: конвейеров, автоматизированных складов, штабелеров, упаковочных машин и другого складского оборудования.

Типы электродвигателей

Современные типы электродвигателей имеют широкую классификацию по различным конструкциям и функциональным особенностям. В первую очередь их принято делить по принципу возникновения крутящего момента на:

1. Гистерезисный электродвигатель — в процессе размагничивания ротора есть свойство физической системы, гистерезис, который собственно и создает крутящий момент. Электрооборудование этого типа очень редко находит применение в промышленной сфере.
2. Электромагнитный электродвигатель является наиболее распространенным типом, который используется почти во всех бытовых и промышленных целях.

В наладочной практике принято испытывать все большие и средние двигатели постоянного тока, синхронные и асинхронные двигатели с фазным ротором, а также двигатели приводов с тяжелым пуском (насосы, компрессоры) без механизмов. Запуск двигателя должен быть тщательно подготовлен и выполнен с максимальной осторожностью.

Подготовка к тестовому запуску. Перед подачей рабочего напряжения на машину проводят следующие подготовительные операции (некоторые из них повторяются).

• Будет осмотрена внутренняя часть машины, чтобы убедиться в отсутствии загрязнений внутри щеток, в целостности соединений обмотки и т. д.
• Проверить состояние подшипников и наличие в них масла.
• Проверьте заземление корпуса машины.
• Провернуть якорь двигателя (ротор) вручную с помощью лома или крана, чтобы проверить его свободный ход.
• Реле защиты от перегрузки по току временно настроены на максимальный рабочий ток, не превышающий 200 % номинального тока двигателя.
• При ступенчатом пуске реле ускорения заклинивают деревянными кольями в положениях, препятствующих установке пусковых резисторов.
• Изоляцию силовых цепей и цепей управления вместе с обмотками двигателя проверяют мегаомметром.
• В цепь якоря включен амперметр для контроля пусковых токов.

В современных системах автоматического повторного включения двигатели нередко подключаются к открытому ионному или тиристорному преобразователю с расчетом на ограничение тока. Во время пробного пуска разгон должен осуществляться за счет постепенного открытия выпрямителей. Аналогичный разгон двигателей осуществляется с управляемыми генераторами и магнитными усилителями (в системах Г-Д и МУ-Д).

При испытании двигателя на ходу наладчику следует соблюдать общие правила безопасности, а при первых пусках проявлять особую осторожность. Должна быть предусмотрена возможность отключения аварийного напряжения при выходе из строя цепей управления или приваривании контактов пусковых устройств. Для этого рекомендуется быстрое отключение прерывателя. В некоторых случаях необходимо предусмотреть электрическое или механическое торможение.

Необходимо принять меры по защите исполнителей и окружающего персонала: установить ограждения, повесить плакаты, использовать резиновый коврик, перчатки и т.п. В испытаниях должны участвовать представители электромонтажной организации и службы эксплуатации, а при запуске с механизм — тоже представитель механической установки.

Степень защиты корпуса

Аббревиатура IP используется для обозначения степени защиты корпуса электромашины от вредного воздействия окружающей среды. На корпусе привода указана следующая информация:

• Высокий уровень защиты от пыли — IP65, IP66.
• Защита — не ниже IP21, IP22.
• С защитой от влаги — IP55, IP5.
• С защитой от брызг и капель — IP23, IP24.
• Закрытое исполнение — IP44 — IP54.
• Герметичный — IP67, IP68.

Эта группа в свою очередь делится по характеру потребляемой мощности на :

1. Электродвигатель постоянного тока — питание от сети с постоянным напряжением. Этот тип устройства также может быть выполнен в разных вариантах: с отсутствием щеточно-коллекторного узла или с его наличием. Последний предусматривает градацию по виду возбуждения на двигатели с независимым возбуждением и с самовозбуждением, которые также могут различаться по характеру намотки и выполняться в таких формах: параллельно, последовательно, смешанно.
2. Двигатель переменного тока — питается от сети переменного тока.

Обычно эти агрегаты подбирают для своего оборудования сами производители, но все чаще случается так, что покупатели и владельцы машин могут выбрать электроагрегаты для нужд своего предприятия в зависимости, например, от конкретных условий отдельных его участков.

В некоторых случаях компании оснащают все свои склады и заводы электродвигателями одного типа, чтобы снизить затраты на техническое обслуживание за счет унификации процедур и запасных частей. Иногда электродвигатели выбирают из соображений дешевизны.

В настоящее время эти устройства часто используются в промышленности. Они чаще всего используются в качестве дополнения к приводам, входящим в состав различных станков. Кроме того, двигатели также используются в бытовых целях. Они входят в состав устройств, необходимых для ведения хозяйства. Это электробритвы, вентиляторы, холодильники и так далее.

Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока применяются почти во всех областях. Оборудование работает на основе эффекта, обнаруженного Фарадеем. Именно он открыл, что взаимодействие тока в проводнике и магните обеспечивает непрерывное вращение. Когда в однородном магнитном поле находится рамка, через которую пропускается ток, она взаимодействует с магнитными полюсами. Оно будет отталкиваться от одного полюса и притягиваться к другому. В результате конструкция перейдет из вертикального положения в горизонтальное.

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока используются с конца 19 века. С некоторыми модификациями они используются до сих пор и пользуются популярностью. Например, вибрацию в современном смартфоне обеспечивает двигатель постоянного тока, очень маленький и милливаттный, но все же. В большинстве игрушек тоже есть такие моторчики. Но это не значит, что они не используются в серьезной технике, они используются. Наиболее мощные из них используются в качестве тяговых двигателей на электровозах. Их мощность исчисляется сотнями киловатт (более 800) и питаются они от 1,5 кВ.

Электродвигатель будет полностью соответствовать характеристикам, указанным в техпаспорте, если он, прежде всего, правильно установлен и используется. Ниже приведены условия , обеспечивающие соответствие двигателя номиналу :

• колебания напряжения в сети электроснабжения, к которой подключен агрегат, не должны превышать 5 % от номинального значения;
• максимально допустимая температура воздуха, окружающего конструкцию, не должна превышать +350 С;
• во избежание перегрузки двигателя необходимо следить за показаниями амперметра, не допуская увеличения тока более чем на 5% от номинального значения;
• корпус устройства должен быть надежно заземлен и регулярно проверяться сопротивление заземления;
• корпус устройства должен быть надежно заземлен и регулярно проверяться на сопротивление заземления; — детали из коррозионно-активных материалов должны быть покрыты краской. Коррозия всегда начинается на поверхности металла и затем распространяется вниз, ухудшая механические свойства материала;
• Кабели, по которым подается напряжение питания, должны быть хорошо изолированы и защищены от случайного механического повреждения. Подключение должно выполняться непосредственно к клеммам двигателя в коробке.

Разница между двигателем переменного и постоянного тока

Двигатель переменного и постоянного тока: Бесспорно, бесколлекторные двигатели ориентированы на профессиональную работу с приличной нагрузкой. Несмотря на высокие характеристики усовершенствованного типа мотора, единственный его недостаток бьет по кошельку. И прежде чем купить инструмент на тот или иной мотор, в первую очередь следует задать себе вопрос: для каких целей он вам нужен. Уже на основе ответа сделать свой выбор двигателя постоянного тока против двигателя переменного тока.

Элементарные правила эксплуатации вашего электродвигателя

Правильная эксплуатация электродвигателя обеспечивает его надежную работу в течение всего установленного срока службы. Перед запуском агрегата всегда проверяйте:

• Чистоту и отсутствие лишних предметов на корпусе и поблизости;
• Состояние заземления;

Преимущества двигателя постоянного тока

Почему двигатели постоянного тока используются в большинстве бытовых и строительных машин? На это есть несколько причин.

1. Первое: они могут работать на высоких скоростях — до 10 000 об/мин. По сравнению с 3000 об/мин, которые развивают асинхронные двигатели их ближайших конкурентов, это очень неплохо.
2. Вторая причина их популярности в том, что ими легко управлять. Скорость напрямую зависит от приложенного напряжения и крутящего момента от тока якоря.

До появления полупроводников и создания преобразователей частоты это был единственный тип двигателя, который позволял легко и достаточно точно регулировать скорость. Третьей причиной их широкого применения является их несложная конструкция и относительно невысокая цена. В-четвертых, они могут иметь хороший крутящий момент даже на низких оборотах.

Все эти свойства определили широкую область применения коллекторных двигателей постоянного тока . Они есть на стиральных машинах, дрелях, миксерах и т. д. Везде, где требуются высокие обороты, возможность плавной регулировки, хороший крутящий момент.

Но наличие щеток, которые искрят и изнашиваются, вносит свои коррективы. Этот узел требует постоянного обслуживания, часто приходится менять щетки, чистить коллектор. Кроме того, является причиной еще двух неприятных вещей .

1. Во-первых, это шумная работа. Для строительной техники или промышленного оборудования это может быть не очень критично, но для домашнего хозяйства — существенный минус.
2. Вторая неприятность в том, что щетки перескакивают с одной пары на другую, поэтому ток потребления получается импульсным, что плохо влияет на параметры блока питания и создает радиопомехи. Это влияет на близлежащие радиоуправляемые устройства.

Это не только игрушки, но и всевозможные пульты дистанционного управления. Для сглаживания этих всплесков на входе ставятся конденсаторы, они сглаживают пульсации и убирают помехи.

Электродвигатель, рекуперация, трансмиссия

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию аккумуляторов в механическую энергию вращения. Электродвигатель состоит из неподвижного статора с большими электрическими обмотками, которые создают магнитный поток, воздействующий на магниты во вращающемся роторе. Электродвигатели работают и в обратном направлении: движущийся автомобиль без внешнего источника электроэнергии заряжает свои аккумуляторы. Этот метод называется рекуперативным торможением для электромобилей.

Передача крутящего момента от электродвигателя осуществляется через редуктор к трансмиссии. Трансмиссия электромобиля — это система, которая преобразует накопленную электрическую энергию в полезную механическую энергию. Большинство коммерческих электромобилей и даже трансмиссии автомобилей Формулы E имеют только одну трансмиссию, которая менее сложна и более эффективна, чем многоцелевая трансмиссия.

Поскольку кривые мощности бензиновых двигателей имеют ограничение от 1500 до 6000 об/мин, они зависят от эффективной работы сложной трансмиссии со сцеплением и многоступенчатой ​​коробкой передач. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, электродвигатели обычно работают на высоких оборотах. Разрыв в производительности усугубляется еще более высокой эффективностью электродвигателей. В сочетании с рекуперацией достигает 90%, в то время как существующие барьеры ограничивают КПД двигателей внутреннего сгорания значениями от 25% до 50%.

Регулирование скорости

Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости :

1. Регулирование изменением сопротивления реостата в цепь якоря.
2. Первый — регулирование скорости путем изменения потока возбуждения двигателя.

Чем больше информации о производительности этой машины вы сможете получить, тем больше информации вы сможете получить о производительности машины.

Особенности электродвигателя

Это либо отдельная единица оборудования, либо целая система механизмов, разработанная специально для удобства эксплуатации. В состав оборудования могут входить различные средства пуска и останова двигателя (они могут быть ручными или автоматическими), механизмы выбора нужного направления вращения, устройства регулирования скорости совершения вращательных движений и т. д. В систему обязательно входит устройство, обеспечивающее защиту от перегрузок и всевозможных неисправностей.

Каждый электродвигатель оснащен контроллером. Система может различаться по основным характеристикам и степени сложности в зависимости от круга решаемых задач.

В нашем интернет-каталоге можно найти как двигатели переменного, так и постоянного тока. Eltra Trade предлагает лучшие цены на двигатели Siemens, двигатели ABB, двигатели Lenze, двигатели Schneider и другие бренды.

Щеточный двигатель постоянного тока: конструкция и принцип действия

Коллекторные двигатели довольно распространены в быту и на производстве. Их используют для привода различных механизмов, электроинструментов, в автомобилях. Отчасти популярность обусловлена ​​простой регулировкой скорости вращения ротора, но есть некоторые ограничения их использования и, конечно же, недостатки. Давайте рассмотрим, что такое коллекторный двигатель постоянного тока (КДТТ), какие существуют разновидности этого типа электродвигателя и где они применяются.

• Определение и устройство
• Принцип работы
• Типы КДПТ и схемы соединения обмоток
• Схема подключения и реверс
• Область применения
• Преимущества и недостатки

Определение и устройство

В справочниках и энциклопедиях приводят такое определение:

«Коллекторным двигателем называется электродвигатель, у которого датчиком положения вала и переключателем обмоток является одно и то же устройство — коллектор. «Такие двигатели могут работать либо только на постоянном токе, либо на постоянном и переменном токе».

Коллекторный двигатель, как и любой другой, состоит из ротора и статора. В этом случае ротор является якорем. Напомним, что якорь – это часть электрической машины, потребляющая основной ток, и в которой индуцируется электродвижущая сила.

Зачем нужен и как устроен коллектор? Коллектор расположен на валу (роторе) и представляет собой набор продольно расположенных пластин, изолированных от вала и друг от друга. Их называют ламелями. Отводы секций обмоток якоря соединяются с ламелями (устройство якорной обмотки КДПТ можно увидеть на группе рисунков ниже), а точнее, конец предыдущей и начало следующей секции обмотки соединяются с каждый из них.

Ток подается на обмотки через щетки. Щетки образуют скользящий контакт и при вращении вала соприкасаются то с одной, то с другой пластиной. Таким образом коммутируются обмотки якоря, для этого и нужен коллектор.

Щеточный узел состоит из кронштейна со щеткодержателями, непосредственно в них устанавливаются графитовые или металлографитовые щетки. Для обеспечения хорошего контакта щетки прижаты к коллектору пружинами.

На статоре (обмотке возбуждения) устанавливаются постоянные магниты или электромагниты, которые создают статорное магнитное поле. В литературе по электрическим машинам вместо слова «статор» чаще употребляются термины «магнитная система» или «индуктор». На рисунке ниже показана конструкция ДПТ в разных проекциях. Теперь давайте посмотрим, как работает коллекторный двигатель постоянного тока!

Принцип действия

При протекании тока по обмотке якоря возникает магнитное поле, направление которого можно определить с помощью правил буравчика. Постоянное магнитное поле статора взаимодействует с полем якоря, и он начинает вращаться за счет того, что одноименные полюса отталкиваются, притягиваясь к разноименным. Что прекрасно иллюстрирует рисунок ниже.

При переключении щеток на другие ламели ток начинает течь в обратном направлении (если рассматривать приведенный выше пример), магнитные полюса меняются местами и процесс повторяется.

В современных коллекторных машинах двухполюсную конструкцию не применяют из-за неравномерности вращения, в момент переключения направления тока силы, действующие на якорь, будут минимальными. А если включить двигатель, вал которого остановился в этом «переходном» положении — он может вообще не начать вращаться. Поэтому коллектор современного двигателя постоянного тока имеет значительно больше полюсов и секций обмоток, укладываемых в пазы футерованного сердечника, чем достигается оптимальная плавность хода и крутящий момент на валу.

Принцип работы коллекторного двигателя простым языком для чайников раскрыт в следующем видео, настоятельно рекомендуем его прочитать.

Типы КДПТ и схемы соединения обмоток

По способу возбуждения коллекторные двигатели постоянного тока бывают двух типов:

1. С постоянными магнитами (маломощные двигатели мощностью десятки и сотни ватт).
2. С электромагнитами (мощные машины, например, на грузоподъемных механизмах и станках).

Различают такие виды КДТТ по способу соединения обмоток:

• Последовательное возбуждение (в старой русской литературе и от старых электриков можно услышать название «Последовательный», от англ. Serial). Здесь обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря. Преимуществом такой схемы является высокий пусковой момент, а недостатком — падение частоты вращения при увеличении нагрузки на вал (мягкая механическая характеристика), и то, что двигатель буксует (неконтролируемое увеличение оборотов с последующим выходом из строя к подпятникам и якорю) на холостом ходу или при нагрузке на вал менее 20-30% от номинальной.
• Параллельный (также называемый «шунт»). Соответственно, обмотка возбуждения подключается параллельно обмотке якоря. При малых скоростях на валу крутящий момент высок и стабилен в относительно широком диапазоне оборотов, а при увеличении оборотов снижается. Преимуществом являются стабильные обороты в широком диапазоне нагрузки на вал (ограниченной его мощностью), а недостатком — при обрыве цепи в цепи возбуждения она может выйти из строя.
• Зависимый. Обмотки возбуждения и якоря питаются от разных источников. Такое решение позволяет более точно контролировать скорость вращения вала. Особенности работы аналогичны ДПТ с параллельным возбуждением.
• Смешанный. Часть обмотки возбуждения включена параллельно, а часть последовательно с якорем. Объедините преимущества последовательного и параллельного типов.

Графический символ на схеме вы видите ниже.

В зарубежной и современной отечественной литературе, а также на схемах можно встретить и другое представление УГО для КДТ, как это было показано на предыдущем рисунке в виде круга с двумя квадратами, где круг обозначает якорь и два квадрата представляют кисти.

Схема соединения и реверс

Схема соединения обмоток статора и ротора определяется при изготовлении, и, в зависимости от того, где используется конкретный двигатель, нужно выбрать соответствующее решение. В некоторых режимах работы (например, в режиме торможения) схемы включения обмоток могут быть изменены или введены дополнительные элементы.

К ним относятся маломощные коллекторные двигатели постоянного тока с использованием: полупроводниковых ключей (транзисторов), тумблеров или кнопок, специализированных драйверных микросхем или с использованием маломощных реле. Большие мощные машины подключаются к сети постоянного тока через двухполюсные контакторы.

Ниже вы видите обратную схему подключения двигателя постоянного тока к сети 220В. На практике схема будет аналогична в производстве, но диодного моста в ней не будет, так как все линии подключения таких двигателей проложены от тяговых подстанций, где переменный ток выпрямляется.

Реверс осуществляется изменением полярности на обмотке возбуждения или на якоре. Нельзя менять полярность и там, и там, так как направление вращения вала не изменится, как это бывает у универсальных коллекторных двигателей при работе на переменном токе.

Для плавного пуска двигателя в цепь питания обмотки якоря или обмотки якоря и обмотки возбуждения (в зависимости от схемы их соединения) вводят регулировочное устройство, например реостат, но вал точно так же регулируют скорость, но вместо реостата часто используют набор постоянных резисторов, соединенных с помощью набора контакторов.

В современных приложениях изменение скорости вращения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и полупроводникового ключа, что и сделано в аккумуляторном электроинструменте (например, отвертке). Эффективность этого метода намного выше.

Область применения

Щёточные электродвигатели постоянного тока применяются повсеместно как в быту, так и в промышленных устройствах и механизмах, кратко рассмотрим область их применения: дворников), в стеклоподъемниках, для запуска двигателя (стартер представляет собой коллекторный двигатель постоянного или смешанного возбуждения) и других приводов.

В грузоподъемных механизмах (кранах, подъемниках и др. ) применяются КДПТ, которые работают от сети постоянного тока напряжением 220В или любым другим доступным напряжением.

Обратите внимание, что в современном дорогом электроинструменте устанавливаются бесколлекторные двигатели, но бесколлекторные.

Преимущества и недостатки

Проанализируем плюсы и минусы коллекторного двигателя постоянного тока. Преимущества:

1. Отношение габаритов к мощности (весовые и габаритные показатели).
2. Простота регулировки оборотов и реализация плавного пуска.
3. Пусковой момент.

К недостаткам КДПТ относятся:

1. Износ щеток. Высоконагруженные двигатели, которые регулярно эксплуатируются, требуют регулярного осмотра, замены щеток и обслуживания коллектора в сборе.
2. Коллектор изнашивается из-за трения щеток.
3. Возможно искрение щеток, что ограничивает использование во взрывоопасных местах (тогда используйте КДТТ во взрывозащищенном исполнении).
4. Из-за постоянного переключения обмоток этот тип двигателя постоянного тока вносит помехи и искажения в цепь питания или сеть, что приводит к сбоям в работе и проблемам в работе других элементов схемы (особенно актуально для электронных схем).
5. В магнитах с постоянными магнитами магнитные силы со временем ослабевают (размагничиваются), и КПД двигателя снижается.

Итак, мы рассмотрели, что такое щеточный двигатель постоянного тока, как он устроен и каков его принцип работы. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Сопутствующие материалы:

• Что такое анод и катод
• Как работает магнитный пускатель
• Как понизить напряжение
• Что такое асинхронный двигатель

Опубликовано:
05.