56. Назначение коллектора в машине постоянного тока.

Проводники
обмотки якоря, по которым проходит ток,
нахо­дясь в магнитном поле, созданном
полюсами, испытывают силу, под действием
которой они выталкиваются из магнитного
поля. Для того чтобы якорь двигателя
вращался в какую-либо опреде­ленную
сторону, необходимо, чтобы направление
тока в провод­нике изменялось на
обратное, как только проводник выйдет
из зоны действия одного полюса, пересечет
нейтральную линию и войдет в зону
действия соседне­го, разноименного
полюса. Для изменения направления тока
в проводниках обмотки якоря дви­гателя
в момент, когда провод­ники проходят
нейтральную ли­нию, служит коллектор.

Назначение
коллектора пояс­няется на рис. 316.
Проводник, свернутый витком, помещен в
магнитное поле. Концы витка припаяны к
коллекторным пла­стинам а и б, к которым
прижаты щетки, причем к левой щетке
подключен плюс сети, к правой — минус
сети.

В
положе­нии I ток
сети попадает на коллекторную пластину
а, от нее протекает по верхнему
проводнику 1 витка, имея направление
«от нас», возвращается по нижнему
проводнику 2 витка, проте­кая «к нам»
(заднее соединение рамки на схеме не
показано), посту­пает на коллекторную
пластину б и отсюда через щетку уходит
в сеть. Применяя правило «левой руки»,
находим, что виток будет стремиться
повернуться в сторону, противоположную
вращению стрелки часов.

В
положении II сторона
витка I расположилась
под другим по­люсом, и направление
тока в проводнике изменилось. То же
самое случилось со стороной 2 витка.
Сейчас под положительной щеткой оказалась
коллекторная пластина б, под отрицательной
щеткой — пластина а. Применяя правило
«левой руки», убеждаемся, что направление
вращения витка остается прежним, т. е.
против вра­щения стрелки часов.

Следовательно,
как только проводник в своем движении
пере­секает нейтральную линию,
коллекторная пластина, соединенная с
этим проводником, выходит из соприкосновения
со щеткой, имею­щей одну полярность,
и подходит под щетку, обладающую другой
полярностью

Все
рабочие характеристики двигателя
постоянного тока, как и генератора,
зависят от способа включения цепи
возбуждения по отношению к цепи якоря.
Соединение этих цепей может быть
параллельным, последовательным, смешанным
и, наконец, они могут быть независимы
друг от друга.

Двигатели
с параллельным возбуждением.

 

                                    
       

Здесь
обмотка возбуждения и обмотка якоря
соединены параллельно. Обмотка возбуждения
имеет большее количество витков, чем
обмотка якоря, поэтому ток обмотки
возбуждения в большинстве случаев
составляет несколько процентов от тока
якоря. В цепь обмотки возбуждения может
включаться регулировочный реостат. В
цепь якоря включается пусковой реостат
ПР.

Двигатель
с независимым возбуждением.

 

Если
обмотку возбуждения подключить к другому
источнику постоянного напряжения, то
получим двигатель с независимым
возбуждением. Такими же свойствами
обладают электродвигатели с постоянным
магнитом.

Скоростная
характеристика двигателей с независимым
и параллельным возбуждением – это
зависимость  n = f ( Iя ) при U = const и Iе =
const, где

n
— скорость

Iя
— ток якоря

Iе
— ток возбуждения.

Рис.8.5.4.
Скоростная характеристика.

Изменение
скорости вращения может происходить
за счёт изменения нагрузки и магнитного
потока. Увеличение тока нагрузки
незначительно изменяет внутреннее
падение напряжения из-за малого
сопротивления цепи якоря и поэтому лишь
незначительно уменьшает скорость
вращения двигателя. Что же касается
магнитного потока, то вследствие реакции
якоря при увеличении тока нагрузки он
несколько уменьшается, что приводит к
незначительному увеличению скорости
двигателя. Таким образом, скорость
вращения двигателя с параллельным
возбуждением изменяется очень мало.
Скорость вращения двигателя определяется
формулой:

n
= (U – IяRя) / c∙Φ, где

c
– коэффициент, зависящий от устройства
машины.

Скорость
вращения двигателя с независимым
возбуждением можно регулировать либо
изменением сопротивления в цепи якоря,
либо изменением магнитного потока.
Следует отметить, что чрезмерное
уменьшение тока возбуждения и, особенно,
случайный обрыв этой цепи очень опасны
для двигателей с параллельным и
независимым возбуждением, т. к. ток в
якоре может возрасти до недопустимо
больших значений. При небольшой нагрузке
(или на холостом ходу) скорость может
настолько возрасти, что станет опасной
для целостности двигателя.

Двигатель
с последовательным возбуждением.

У
такого двигателя ток якоря является
одновременно и током возбуждения, т.к.
обмотка возбуждения включена
последовательно с якорем. По этой причине
магнитный поток двигателя изменяется
с изменением нагрузки. Скорость двигателя
:

 n
=[ U – Iя (Rя + Rв)] / c∙Φ, где

Rя
– сопротивление якоря

Rв
– сопротивление обмотки возбуждения.

Скоростная
характеристика двигателя посл.
возбуждения.

На
этом графике представлена скоростная
характеристика двигателя последовательного
возбуждения.

Из
этой характеристики видно, что скорость
двигателя сильно зависит от нагрузки.
При увеличении нагрузки увеличивается
падение на сопротивлении обмоток при
одновременном увеличении магнитного
потока, что приводит к значительному
уменьшению скорости вращения. Поэтому
такие двигатели не следует пускать
вхолостую или с малой нагрузкой. Двигатели
с последовательным возбуждением
применяют в тех случаях, когда необходим
большой пусковой момент или способность
выдерживать кратковременные перегрузки.
Они используются в качестве тяговых
двигателей в трамваях, троллейбусах,
метро и электровозах, а также на подъёмных
кранах и для пуска двигателей внутреннего
сгорания (стартеры).

Двигатель
со смешанным возбуждением.

На
каждом полюсе такого двигателя имеются
две обмотки – параллельная и
последовательная. Их можно включить
так, чтобы магнитные потоки складывались
(согласное включение) или вычитались
(встречное включение). Формулы для
скорости вращения и вращающего момента
для такого двигателя:

 

n
= (U – Iя ∙ Rя )  / c∙( Φпарал. +/- Φпосл.)

 

М
= c ∙ Iя ∙ (Φпарал. +/- Φпосл.)

Каково назначение коллектора в двигателе постоянного тока

Содержание

1. Для чего в машинах постоянного тока используется коллектор?
2. Коллекторный электродвигатель постоянного тока
3. Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока
4. Типы коллекторных электродвигателей
5. Коллекторный двигатель с постоянными магнитами
6. Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения
7. Двигатели независимого и параллельного возбуждения
8. Двигатель последовательного возбуждения
9. Двигатель смешанного возбуждения
10. Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока
11. Основные параметры электродвигателя постоянного тока
12. Постоянная момента
13. Коллекторный двигатель постоянного и переменного тока
14. Что такое коллекторный двигатель?
15. Виды КД
16. КД универсального типа
17. Особенности и область применения универсальных КД
18. КД с индуктором на постоянных магнитах
19. Независимые и параллельные катушки возбуждения
20. Последовательная катушка возбуждения
21. Смешанные катушки возбуждения
22. Двигатели коллекторные постоянного тока – строение и принцип действия приборов
23. Основные понятия
24. Как устроен двигатель постоянного тока
25. Электромагнитная индукция
26. Принцип работы двигателя постоянного тока
27. Разновидности двигателей постоянного тока
28. Способы возбуждения двигателей постоянного тока
29. Независимое возбуждение
30. Параллельное возбуждение
31. Последовательное возбуждение
32. Смешанное возбуждение
33. Немного об универсальности
34. Видео

Коллектор — это система медных пластин, изолированных друг от друга и от вала якоря. К пластинам припаяны отводы от обмотки якоря. Для соединения коллектора с зажимами машины и внешней цепью служат скользящие контакты (щетки).

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Для рассмотрения работы коллектора обратимся к рис. 2, на котором рамка с проводниками А и В показана в разрезе. Для большей наглядности проводник А показан толстым кружком, а проводник В двумя тонкими кружками.

Щетки замкнуты на внешнее сопротивление тогда э. д. с., индуктируемая в проводниках, будет вызывать в замкнутой цепи электрический ток. Поэтому при рассмотрении работы коллектора можно говорить не об индуктированной э. д. с., а об индуктированном электрическом токе.

Рис. 1. Коллектор электрической машины

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Рис. 4. Коллектор двигателя постоянного тока

Представление о характере изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки, снабженной коллектором, дает кривая рис. 5. Из кривой видно, что наибольших значений ток достигает в точках, соответствующих 90° и 270°, т. е. когда проводники пересекают силовые линии непосредственно под полюсами. В точках 0° (360°) и 180° ток во внешней цепи равен нулю, так как проводники, проходя нейтральную линию, силовых линий не пересекают.

Рис. 5. Кривая изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки после выпрямления коллектором

Из кривой нетрудно заключить, что хотя направление тока во внешней цепи и остается неизменным, но величина его все время меняется в пределах от нуля до максимума.

Электрический ток, постоянный по направлению, но переменный по величине, носит название пульсирующего тока. Для практических целей пульсирующий ток очень неудобен. Поэтому в генераторах стремятся сгладить пульсации и сделать ток более ровным.

Источник

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

Типы коллекторных электродвигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения U_ОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (I_в = I_а), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (I_а &lt I_ном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф

I_а), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:

,

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током I_а и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом I_а практически не увеличивается. График зависимости M=f(I_a) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

Основные параметры электродвигателя постоянного тока

Постоянная момента

Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

,

Источник

Коллекторный двигатель постоянного и переменного тока

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т. д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

Основные недостатки:

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и U_K должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

Минусы:

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

Источник

Двигатели коллекторные постоянного тока – строение и принцип действия приборов

Сегодня уже невозможно представить, что бы мы делали без электрических двигателей. Они применяются буквально везде – в зубных щетках, принтерах, детских игрушках, в автомобилях в банкоматах и многом, многом другом. Двигатели коллекторные постоянного тока очень надежны.

Их конструкция практически не изменилась за последние сто лет. Сегодня мы расскажем вам все, что знаем об этих устройствах, так облегчающих жизнь современному человеку.

Основные понятия

Давайте вкратце пробежимся по строению двигателя, чтобы дальнейший материал был проще для усвоения.

Как устроен двигатель постоянного тока

На схеме выше вы можете рассмотреть основные части любого коллекторного двигателя постоянного тока. Его строение более чем классическое, и разница в двигателях достигается за счет их мощности и настроек.

Итак, давайте по порядку:

Интересно знать! Обмотку якоря от абразивной пыли защищает броня из шнура. Абразивная пыль внутри двигателя постоянно образуется из-за трения друг о друга металлических деталей в подшипнике.

Интересно знать! Обратите внимание, за исключением того, что ток на обмотку статора подается через неподвижные соединения на клеммы, и сама деталь является неподвижной, его строение точно такое же, как и у ротора, что и определяет свойства электрических двигателей.

Электромагнитная индукция

Разобрав строение двигателя переменного тока с коллектором, давайте немного поговорим о законах физики, благодаря которым, сей агрегат может работать.

Интересно знать! Падение происходит за счет того, что в таком положении проводники уже не пересекают магнитное поле, а скользят по его линиям.

Итак, это была вводная информация, которая позволит вам лучше понять то, о чем мы будем говорить во второй части статьи.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Уникальным свойством коллекторных машин является обратимость этих устройств. Что под эти понимается?

Интересно знать! Если нагрузка на вал будет настолько сильной, что во время работы заставит вращаться его в обратном направлении, двигатель перейдет в режим генератора.

Разновидности двигателей постоянного тока

Все двигатели постоянного тока можно разделить по их мощности и назначению:

Способы возбуждения двигателей постоянного тока

Существует четыре способа возбуждения двигателя постоянного тока.

Независимое возбуждение

Не трудно догадаться, что при такой схеме якорь двигателя питается от основного источника постоянного тока – от сети, генератора или выпрямителя, а обмотка возбуждения подключена к дополнительному источнику.

Интересно знать! Чисто теоретически, работа в таком режиме не может заставить постоянно увеличиваться скорость вращения ротора. Она прекратит нарастать, когда противо-ЭДС достигнет значения напряжения питания.

Параллельное возбуждение

В этой схеме обе обмотки питаются от одного источника. В цепи также включены два реостата – регулировочный и пусковой.

Последовательное возбуждение

Обмотка возбуждения имеет последовательное с якорем подключение.

Интересно знать! Минимально допустимая нагрузка для двигателей с последовательным возбуждением составляет 20-25% от номинального значения. Чтобы не допустить включение двигателя без нагрузки, его присоединяют с приводом через жесткую глухую муфту или зубчатую передачу. Ременные передачи и фрикционные муфты использовать нельзя, так как может случиться обрыв, а последствия вам уже известны.

Что интересно, несмотря на такой недостаток, эти двигатели очень распространены, особенно там, где имеется изменение нагрузки и тяжелые условия пуска, например, в электровозах, электрокарах, тепловозах и прочем.

И объяснить это очень просто – при мягкой характеристике возрастание нагрузки не приводит к сильному росту тока и потребляемой энергии, а значит, с перегрузками данные агрегаты справляются лучше. Также не забываем про высокий пусковой момент, чего лишены рассматриваемые ранее варианты двигателей.

Смешанное возбуждение

Магнитный поток внутри такого двигателя создается благодаря совместному взаимодействию двух обмоток возбуждения. Одна из них подключена независимо или параллельно, а вторая последовательно.

Интересно знать! В режиме холостого хода частота вращения зависит от магнитного потока обмотки, подключенной параллельно.

При замедлении скорости вращения они становятся малоэффективными, их сложно охладить.

Немного об универсальности

Давайте немного поговорим про универсальные коллекторные двигатели. Суть этих агрегатов заключается в том, что они могут работать как от постоянного, так и от переменного токов.

На этом закончим наш обзор. Как видите, коллектор электродвигателя постоянного тока это небольшая, простая, но очень важная деталь, отличающая такие моторы от вариантов, работающих на переменном токе. Видео, которое мы подобрали, поможет еще лучше усвоить материал.

Источник

Видео

Электродвигатель постоянного тока. Принцип работы.

Коллекторные двигатели.

Конструкция тягового электродвигателя НБ 418К6. Реакция якоря.

Впускной и выпускной коллектор — что это? Просто о сложном.

Замена коллектора на якоре.

Как устроены впускные коллекторы? (3D анимация) — Motorservice Group

Искрят щетки на коллекторе! Не спеши менять ротор! Можно починить!!! Циркулярная пила Старт СПЦ-2200

Ремонт моторчика печки, замена коллектора

Чем отличаются коллекторный и бесколлекторный мотор?

Электроника, часть 6. Коллекторные и бесколлекторные двигатели.

Ротор и коллектор электродвигателя / Обмотка якоря / Коллектор якоря Электродвигателя

Большинство бытовых швейных машин, даже некоторые промышленные, используют электродвигатели со щетками, их еще называют коллекторными электродвигателями. Электродвигатели также используются во всех ручных электроинструментах (дрели, шлифовальные машины, фрезерные станки, ручные пилы, лобзики и т. д.). У коллекторных электродвигателей чаще всего проблемы и отказы возникают на роторе, реже на статоре. Самая чувствительная часть, так сказать, это… 

коллектор ротора. Сам коллектор имеет цилиндрическую форму и множество различных размеров, в основном это зависит от мощности двигателя, его предполагаемой скорости, нагрузки и т. д. На коллектор опираются так называемые щетки, они сделаны из графита, который является отличным проводником, не очень жесткий и хорошо переносит температуру, которая создается на коллекторе. Коллектор и щетки подвержены износу, эта проблема связана с качеством электродвигателя, а также коллектора, долговечностью использования машины (аппарата или электроинструмента). Коллектор состоит из большего или меньшего…

количество медных пластин (ламелей), которые отделены друг от друга изоляционным материалом. Основным признаком того, что с коллектором что-то не так, является появление крупных искр с разлетом искр по краю коллектора, при появлении которых необходимо остановить машину и прекратить дальнейшие работы. Работа в таких условиях может навсегда и необратимо разрушить ротор и, таким образом, избавить вас от ненужного обслуживания и ремонта, которые хорошо знают специалисты по обслуживанию. Наша сегодняшняя тема — осмотр коллектора, замена щеток и окончательная его регулировка.

Ротор на ручном инструменте обычно установлен на двух роликовых подшипниках, тогда как на двигателях бытовых швейных машин подшипники обычно скользящего типа, то есть сами втулки, вал ротора также являются частью подшипников скольжения. Наш сегодняшний пример — электродвигатель швейной машины Pfaff 1222, в процессе одна реставрация, поэтому воспользовался случаем сделать несколько, надеюсь, интересных фото. Двигатель работает, но одна дополнительная чистка коллектора ему не помешает.

Итак имеем ситуацию, когда двигатель сильно греется, искры на коллекторе, необходимо собрать двигатель из прибора или станка, разобрать двигатель настолько, чтобы можно было полностью собрать ротор. Щетки необходимо осмотреть в первую очередь, как правило, если двигатель работает плохо, а кончики щеток неровные и не такие гладкие, как в обычных ситуациях. Обычно они изношены (укорочены) и нуждаются в замене на новые. Теперь берем ротор и чистим хлопчатобумажной тканью в комплекте, возможно хорошо пропылесосьте сжатым воздухом. Осмотр хорошо делать под лупой, если она у вас есть, расстояние между рейками должно быть одинаковым, появление большего расстояния между…

отдельные ламели — плохой признак и обычно такому ротору ничем не помочь. Если поверхность коллектора частично повреждена, ее необходимо выровнять. Швейные машины имеют сравнительно небольшие двигатели и обработку коллектора можно производить на обычной дрели, которая закрепляется на специальном держателе (см. рисунок), можно и без него, но это намного сложнее. При заданном диаметре коллектор был лишь частично засален и загрязнен, особых вмятин не было. Старые щетки могут изнашивать лопасти коллектора и, устанавливая новые, их прилегание будет некачественным, из-за чего коллектор необходимо выровнять. Для этого нам понадобятся: маленький тонкий напильник, защитная креп-лента и мелкая наждачная бумага.

Мы защищаем обмотки вокруг коллектора и концы крепированной лентой, чтобы они не были повреждены. На более длинных роторах требуется фиксация с обеих сторон, в данном случае это более короткий ротор и в этом нет необходимости. Включите дрель, но уменьшите ее скорость до минимума с помощью регулятора на переключателе, запустите дрель и тонким напильником слегка снимите поверхность коллектора, перемещение напильника такое же, как и у стоящих предметов, сильно не нажимайте без надобности. Поверхность вскоре начнет выравниваться. Глубина съема коллектора достаточно вариабельна, обычно достаточно около 0,1 мм, а на более крупных моторах (электростартер 12/24В) можно снять до 0,5 мм и даже больше.

В основном на двигателях швейных машин обычно до 0,15 мм. Как только заметим, что вся поверхность чистая, останавливаемся с напильником и берем мелкую наждачку, скажем тонкости нет. 500, может какая-то меньшая крупность, повторить пару раз. Окончательную полировку можно сделать куском более прочного войлока или мягкой кожи, так же зачищаем концы вала ротора, но с добавлением немного масла. В случае очистки штифтов целью является не истончение, а только восстановление эмали подшипника.

После всего собрать мотор, так как подшипники скользящего типа, не забыть про втулки и добавить немного специальной подшипниковой смазки во втулки скольжения, наконец вернуть щетки и запустить мотор (машину). Вначале возможно искрообразование, но кратковременно, в том случае, если даже после данного вмешательства коллектор сильно искрит и создает высокую температуру, ротор подлежит ремонту (намотке). Есть также небольшие устройства, которые могут проверить правильность работы ротора, некоторые электрики их делают, ничего особенного, но вполне эффективное.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Опасность поражения электрическим током !! Поскольку это устройства, которые обычно находятся под напряжением 110-220 В, не обходите это, если вы не уверены на 100% в своих знаниях. !!

Так как на наш сайт заходят мастера всех профилей, спрошу электромехаников: Нет ли ошибки в вышеприведенном посте, надо ли ее исправить? ☺

Что такое контактные кольца и почему они используются в некоторых двигателях?

Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основы / Что такое токосъемные кольца и почему они используются в некоторых двигателях?

21 августа 2018 г. Даниэль Коллинз Оставить комментарий

Токосъемные кольца — также называемые вращающимися электрическими соединениями, электрическими вертлюгами и коллекторными кольцами — это устройства, которые могут передавать мощность, электрические сигналы или данные между стационарным компонентом и вращающийся компонент. Конструкция токосъемного кольца будет зависеть от его применения — например, для передачи данных требуется токосъемное кольцо с более широкой полосой пропускания и лучшим подавлением электромагнитных помех (электромагнитных помех), чем то, которое передает энергию, — но основными компонентами являются вращающееся кольцо и неподвижные щетки. .

Полный узел контактных колец включает торцевые крышки, подшипники и другие конструктивные элементы. Но основными компонентами контактного кольца являются кольцо и щетки.
Изображение предоставлено: Moog Inc.

Если вращение одного компонента включает фиксированное число оборотов, можно использовать катушки с достаточной длиной кабеля и скоростью вращения, чтобы обеспечить требуемое количество оборотов, хотя управление кабелем в этом настройка может быть довольно сложной. Но если один компонент вращается непрерывно, использование кабелей для передачи сигналов между вращающимся и неподвижным компонентами во многих случаях нецелесообразно или ненадежно.

Токосъемные кольца в двигателях переменного тока

Изображение предоставлено Brighthubengineering.com

В версии асинхронного двигателя переменного тока, называемой двигателем с фазным ротором, контактные кольца используются не для передачи мощности, а для введения сопротивления в ротор обмотки. В двигателе с фазным ротором используются три контактных кольца, обычно изготовленных из меди или медного сплава, которые крепятся к валу двигателя (но изолированы от него). Каждое контактное кольцо соединено с одной из трех фаз обмоток ротора. Щетки контактных колец, изготовленные из графита, соединены с резистивным устройством, например реостатом. Поскольку токосъемные кольца вращаются вместе с ротором, щетки поддерживают постоянный контакт с кольцами и передают сопротивление обмоткам ротора.

Контактные кольца на асинхронном двигателе с фазным ротором. Как только двигатель достигает рабочей скорости, щетки поднимаются с помощью пружин, а токосъемные кольца замыкаются накоротко через скользящую контактную планку.
Изображение предоставлено Википедией

Добавление сопротивления к обмоткам ротора делает ток ротора более синфазным с током статора. (Напомним, что двигатели с фазным ротором представляют собой тип асинхронного двигателя, в котором электрические поля ротора и статора вращаются с разной скоростью). В результате создается более высокий крутящий момент при относительно низком токе. Однако токосъемные кольца используются только при пуске из-за их более низкой эффективности и падения крутящего момента на полной скорости вращения. Когда двигатель достигает своей рабочей скорости, токосъемные кольца замыкаются, а щетки теряют контакт, поэтому двигатель работает как стандартный асинхронный двигатель переменного тока (также известный как «беличья клетка»).

Контактные кольца в двигателе с фазным ротором образуют вторичную внешнюю цепь. Ввод сопротивления в эту цепь позволяет двигателю развивать очень высокий крутящий момент при запуске, что необходимо для перемещения грузов с большой инерцией.

---

Контактное кольцо или коллектор?

Возможно, вы заметили, что конструкция и функция токосъемного кольца очень похожи на коллектор. Хотя между ними есть сходство, между контактными кольцами и коммутаторами есть важные различия. Физически контактное кольцо представляет собой непрерывное кольцо, тогда как коммутатор сегментирован. Функционально контактные кольца обеспечивают непрерывную передачу энергии, сигналов или данных. В частности, в двигателях переменного тока они передают сопротивление обмоткам ротора.

Коммутаторы, с другой стороны, используются в двигателях постоянного тока для изменения полярности тока в обмотках якоря. Концы каждой катушки якоря соединены с коллекторными стержнями, расположенными друг от друга на 180 градусов. При вращении якоря щетки подают ток на противоположные сегменты коммутатора и, следовательно, на противоположные катушки якоря.

---

Токосъемные кольца используются практически во всех приложениях, которые включают вращающееся основание или платформу, от промышленного оборудования, такого как индексные столы, намотчики и автоматические сварочные аппараты, до ветряных турбин, медицинских аппаратов визуализации (КТ, МРТ) и даже в парке развлечений.