Универсальный коллекторный двигатель | это… Что такое Универсальный коллекторный двигатель?
Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока
Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.
Содержание
|
Особенности конструкции
Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети.
Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.
Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.
Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.
Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.
Достоинства и недостатки
Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.
Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:
- Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
- Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
- Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.
Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:
- Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
- Меньший максимальный момент (может быть недостатком).
Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:
- Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
- Компактность (даже с учётом редуктора).
- Больший пусковой момент.
- Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
- Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.
Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:
- Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
- Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
- Относительно малая надёжность (срок службы)
- Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
- Высокий уровень шума
- Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)
Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.
Сравнение с асинхронным двигателем
Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:
- УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
- Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.
Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.
Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).
Аналоги без коллекторного узла
Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).
Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).
Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.
Применение
Ручной электроинструмент:
- Шуруповёрт
- Электродрель
- Электроперфоратор
- Электрический лобзик
- Электрический рубанок
- Электрическая дисковая пила
Бытовая техника:
- Пылесос
- Швейная машина
- Кофемолка
- Миксер
- Кухонный комбайн
- Мясорубка
- Блендер
- Стиральная машина
- Фен
См. также
- Вентильный электродвигатель
- Электродвигатель
Ссылки
Универсальный коллекторный двигатель | это… Что такое Универсальный коллекторный двигатель?
Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока
Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе.
Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.
Содержание
|
Особенности конструкции
Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.
Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.
Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.
Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.
Достоинства и недостатки
Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.
Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:
- Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
- Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
- Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.
Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:
- Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
- Меньший максимальный момент (может быть недостатком).
Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:
- Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
- Компактность (даже с учётом редуктора).
- Больший пусковой момент.
- Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
- Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.
Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:
- Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
- Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
- Относительно малая надёжность (срок службы)
- Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
- Высокий уровень шума
- Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)
Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.
Сравнение с асинхронным двигателем
Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:
- УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
- Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.
Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.
Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).
Аналоги без коллекторного узла
Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).
Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).
Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.
Применение
Ручной электроинструмент:
- Шуруповёрт
- Электродрель
- Электроперфоратор
- Электрический лобзик
- Электрический рубанок
- Электрическая дисковая пила
Бытовая техника:
- Пылесос
- Швейная машина
- Кофемолка
- Миксер
- Кухонный комбайн
- Мясорубка
- Блендер
- Стиральная машина
- Фен
См. также
- Вентильный электродвигатель
- Электродвигатель
Ссылки
Универсальные коллекторные двигатели | Domel
Могут работать в разных положениях. Вал и монтажное положение также могут быть адаптированы к потребностям заказчика.
| Входная мощность P1 | от 500 Вт до 2000 кВт |
| Выходная мощность P2 | от 300 Вт до 1350 кВт |
| Напряжение | до 240 В |
| Эффективность | до 72% |
| Скорость | от 5 000 мин-1 до 17 000 мин-1 |
| Срок службы | от 100 до 650 часов |
Как НИОКР достигли цели разработки самых эффективных компонентов в мире?
Посетите наш блог
- Индивидуальная конструкция вала
- Высокая мощность
- Надежность
- Высокая эффективность
Бытовое оборудование
- Соковыжималки
- Планетарный миксер
- Смесители
- Кухонные роботы
Садовое оборудование и электроинструменты
- Бензопилы
- Ножницы для живой изгороди
- Воздуходувки
- Газонокосилки
- Секаторы
- Шейкеры для оливок
- Резцы по бетону
- Циркулярные пилы
- Резаки по металлу
- Мульчеры
- Угловые шлифовальные машины
- Снегоочистители
Зарегистрируйтесь, чтобы загрузить лист технических данных.
Ваша регистрация бесплатна.
Полное имя
Компания
Адрес электронной почты *
Я согласен с тем, что вы используете мои данные для целей делового общения.
Узнайте больше о политике конфиденциальности.
Ваши данные будут храниться в файле cookie, поэтому вам не нужно заполнять форму для каждой загрузки.
КАТАЛОГ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА, УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КОММУТАТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Ищете другую группу продуктов?
Назад к ассортименту
Мы работаем с мировыми гигантами
От кухонных блендеров до громких имен в автомобильной промышленности
Перейти к информации о компании
Мы помогли центрам обработки данных снизить потребление энергии. Как мы это сделали?
Посетите наш блог
Получайте Domel Today и обновления блога прямо на свой почтовый ящик.
НАСТРОЙКИ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ
Сайт использует файлы cookie. Основные файлы cookie необходимы для функционирования этого веб-сайта, а дополнительные файлы cookie позволяют нам обеспечить лучший пользовательский интерфейс и доступ к соответствующему контенту. Узнайте больше о файлах cookie.
Необходимые файлы cookie
Основные файлы cookie необходимы для правильного функционирования этого веб-сайта. Они устанавливаются автоматически, когда вы взаимодействуете с этим сайтом.
Аналитические файлы cookie
Аналитические файлы cookie предназначены для сбора информации об использовании этого веб-сайта с целью повышения его производительности и удобства пользователей.
Маркетинговые файлы cookie
Маркетинговые файлы cookie используются для сбора информации о посещаемых вами веб-сайтах, чтобы предоставить доступ к ограниченной информации и соответствующему контенту.
ВЫБРАТЬ ВСЕ И ЗАКРЫТЬ
Сохранить и закрыть
Как универсальный двигатель может работать от источника постоянного или переменного тока?
Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основы / Как универсальный двигатель может работать от постоянного или переменного тока?
Даниэль Коллинз Оставить комментарий
Универсальный двигатель представляет собой двигатель с последовательным возбуждением, что означает, что обмотки возбуждения и якоря соединены последовательно, и механически коммутируется щетками и коммутатором. Хотя его конструкция очень похожа на двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, универсальный двигатель включает в себя несколько модификаций, которые позволяют ему правильно работать как на постоянном токе, так и на постоянном токе.0175 или Блок питания переменного тока.
Для правильной работы от сети переменного тока универсальный двигатель включает компенсационную обмотку, последовательно соединенную с якорем и обмоткой возбуждения.
Изображение предоставлено: Circuitglobe.com
Когда двигатель работает от переменного напряжения, переменный поток вызывает реактивное напряжение, которое ограничивает ток до гораздо более низкого уровня, чем при постоянном напряжении. Для ограничения влияния этой реакции якоря в универсальном двигателе используется компенсационная обмотка, которая устанавливается в пазы статора, 90 градусов электрическая от основной обмотки возбуждения и соединенная последовательно с якорем и обмоткой возбуждения.
(Такая схема называется «кондуктивно компенсированной».) Ток, протекающий в каждой катушке компенсационной обмотки, имеет направление, противоположное току в соответствующей якорной петле рядом с ней. Намотка одинаковых катушек в противоположных направлениях создает эффект компенсации, который уменьшает индуктивность и, следовательно, реактивное сопротивление.
Источник переменного тока также вызывает более значительные вихревые токи, чем при работе двигателя от источника постоянного тока. Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, в универсальных двигателях используются ламинированные сердечники (а не сплошные железные), что увеличивает их сопротивление и снижает вихревые токи.
Реакция якоря – интерференция потока основного поля, вызванная потоком якоря. Это искажение и ослабление потока основного поля меняет положение магнитно-нейтральной плоскости, которая является осью, вдоль которой должны располагаться щетки.
Реакция якоря изменяет положение магнитной нейтральной плоскости, которая является осью, вдоль которой должны быть установлены щетки.
Изображение предоставлено: Precision Microdrives Limited
Благодаря последовательному соединению якоря и обмотки возбуждения универсальный двигатель может работать как от источника постоянного, так и переменного тока. Последовательное соединение означает, что обе обмотки питаются от одного и того же источника, поэтому, если источник напряжения меняет полярность, как это происходит при питании переменным током, оба якоря и токи возбуждения также меняют полярность и направление крутящего момента не меняется. (Направление вращения меняется на обратное путем изменения направления тока в цепи возбуждения.)
Для уменьшения индуктивности в якоре ток, протекающий в каждой катушке компенсационной обмотки, имеет направление, противоположное току в соответствующем якорном контуре вблизи нее .
Изображение предоставлено Festo Didactic
Одним из основных преимуществ универсального двигателя является его способность развивать (теоретически) неограниченную скорость до 20 000 об/мин в реальных приложениях.
Кривая скорость-момент представляет собой прямую линию между крутящим моментом при остановке (нулевая скорость) и скоростью холостого хода (нулевой крутящий момент), что означает, что по мере увеличения нагрузки (крутящего момента) скорость уменьшается. Фактически, как и в случае двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой, работа универсального двигателя без нагрузки (нулевой крутящий момент) может привести к состоянию разгона, когда скорость увеличивается до тех пор, пока двигатель не начнет разрушаться. Обратной стороной этого явления является то, что универсальные двигатели создают очень хороший пусковой крутящий момент (высокий крутящий момент на низких скоростях).
Универсальный двигатель может развивать чрезвычайно высокую скорость при нулевом крутящем моменте, но скорость быстро падает при увеличении крутящего момента.
Изображение предоставлено: Groschopp, Inc.
Эта способность работать на очень высоких скоростях означает, что универсальные двигатели хороши для приложений, в которых используются быстро вращающиеся компоненты, такие как вентиляторы, фены и пылесосы.