Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Silniki kolektorów są dość powszechne w życiu codziennym i produkcji. Służą do napędu różnych mechanizmów, elektronarzędzi, samochodów. Częścią popularności jest prosta regulacja prędkości wirnika, ale istnieją pewne ograniczenia ich użycia i oczywiście wady. Przyjrzyjmy się silnikowi kolektora prądu stałego (KDPT), jakie są typy tego typu silników elektrycznych i gdzie są one używane.

Definicja i urządzenie

W podręcznikach i encyklopediach podaj taką definicję:

„Kolektor to silnik elektryczny, w którym czujnik położenia wału i przełącznik uzwojenia są tym samym urządzeniem - kolektorem. Takie silniki mogą działać zarówno na prąd stały, jak i na prąd stały i przemienny. ”

Silnik kolektora, jak każdy inny, składa się z wirnika i stojana. W tym przypadku wirnik jest kotwicą. Przypomnijmy, że kotwica jest częścią maszyny elektrycznej, która zużywa główny prąd i w której indukowana jest siła elektromotoryczna.

Co jest potrzebne i jak kolekcjoner? Kolektor znajduje się na wale (wirniku) i jest zbiorem wzdłużnie umieszczonych płyt, odizolowanych od wału i od siebie. Nazywa się je blaszkami. Gałęzie uzwojeń twornika są połączone z płytkami (można zobaczyć urządzenie do zwijania kotwicy KDPT w grupie obrazków poniżej), ale raczej koniec poprzedniego i początek następnej sekcji uzwojenia są połączone z każdym z nich.

Prąd do uzwojeń jest podawany przez szczotki. Pędzle tworzą ślizgowy kontakt i podczas obrotu wału w kontakcie z jedną lub inną płytką. W ten sposób uzwojenia twornika są przełączane i do tego potrzebny jest kolektor.

Zespół szczotki składa się ze wspornika z uchwytami szczotek, a szczotki grafitowe lub grafitowe z metalu są instalowane bezpośrednio w nich. Aby zapewnić dobry kontakt, szczotki są dociskane do kolektora za pomocą sprężyn.

Stałe magnesy lub elektromagnesy (uzwojenie wzbudzenia) są zainstalowane na stojanie, które tworzą pole magnetyczne stojana. W literaturze dotyczącej samochodów elektrycznych zamiast słowa „stojan” często używane są terminy „system magnetyczny” lub „cewka indukcyjna”. Poniższy rysunek przedstawia konstrukcję DPT w różnych rzutach. Zobaczmy teraz, jak działa silnik kolektora prądu stałego!

Zasada działania

Gdy prąd płynie przez uzwojenie twornika, powstaje pole magnetyczne, którego kierunek można określić za pomocą reguły świderka. Statyczne pole magnetyczne stojana oddziałuje z polem twornika i zaczyna się obracać, ponieważ bieguny o tej samej nazwie odpychają się nawzajem, przyciągając je do niepodobnych. Który doskonale ilustruje poniższy rysunek.

Gdy szczotki przesuwają się na inne blaszki, prąd zaczyna płynąć w przeciwnym kierunku (jeśli weźmiemy pod uwagę powyższy przykład), bieguny magnetyczne zmieniają miejsca i proces się powtarza.

W nowoczesnych maszynach kolektorowych nie stosuje się struktury dwubiegunowej z powodu nierównomiernego obrotu, w momencie zmiany kierunku prądu siły działające na twornik będą minimalne. A jeśli włączysz silnik, którego wał zatrzymał się w tej „przejściowej” pozycji - może w ogóle nie zacząć się obracać. Dlatego na kolektorze nowoczesnego silnika prądu stałego jest znacznie więcej biegunów i odcinków uzwojeń ułożonych w szczelinach laminowanego rdzenia, dzięki czemu uzyskuje się optymalną płynność ruchu i momentu obrotowego na wale.

Zasada działania silnika zbierającego w prostym języku dla czajników została ujawniona w poniższym filmie, zdecydowanie zalecamy przeczytanie go.

Rodzaje TAC i schematy połączeń uzwojeń

Zgodnie z metodą wzbudzenia silniki kolektorów prądu stałego wyróżniają się na dwa typy:

  1. Z magnesami stałymi (silniki o małej mocy dziesiątki i setki watów).
  2. Z elektromagnesami (wydajne maszyny, na przykład na mechanizmach podnoszących i obrabiarkach).

Istnieją takie typy QDCT metodą łączenia uzwojeń:

  • Sekwencyjne pobudzenie (w starej rosyjskiej literaturze i od dawnych elektryków słychać nazwę „Serial” z angielskiego. Serial). Tutaj uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z uzwojeniem twornika. Zaletą takiego schematu jest wysoki moment rozruchowy, a jego wadą jest spadek prędkości obrotowej wraz ze wzrostem obciążenia wału (miękka charakterystyka mechaniczna) oraz fakt, że silnik jest poza kontrolą (niekontrolowany wzrost obrotów z późniejszym uszkodzeniem łożysk nośnych i kotwicy), jeśli pracuje na biegu jałowym lub z obciążeniem na wale w mniej niż 20-30% nominalnej.
  • Równoległy (zwany również „bocznikiem”). W związku z tym uzwojenie wzbudzenia jest połączone równolegle z uzwojeniem twornika. Przy niskich obrotach wał ma wysoki moment obrotowy i jest stabilny w stosunkowo szerokim zakresie obrotów, a maleje wraz ze wzrostem obrotów. Zaletą są stabilne obroty w szerokim zakresie obciążeń na wale (ograniczone jego mocą) i wada - jeśli pęknie w obwodzie wzbudzenia, może dojść do zerwania.
  • Zależny. Uzwojenia wzbudzające i kotwice zasilane są z różnych źródeł. To rozwiązanie pozwala na dokładniejszą regulację prędkości wału. Funkcje pracy podobne do DPT z równoległym wzbudzeniem.
  • Mieszane. Część uzwojenia wzbudzenia jest połączona równolegle, a część szeregowo z kotwicą. Połącz zalety typów sekwencyjnych i równoległych.

Symbol na schemacie, który widzisz poniżej.

W zagranicznej i współczesnej literaturze rosyjskiej, a także na diagramach, można znaleźć inną prezentację UGO dla KDPT, jak pokazano na poprzedniej figurze w postaci okręgu z dwoma kwadratami, gdzie okrąg oznacza kotwicę, a dwa kwadraty są pędzlami.

Okablowanie i odwrócenie

Schemat połączenia uzwojenia stojana i wirnika jest określany w momencie produkcji, a w zależności od tego, gdzie dany silnik jest używany, należy wybrać odpowiednie rozwiązanie. W niektórych trybach pracy (na przykład w trybie hamowania) obwód rozruchowy uzwojenia może zmienić lub wprowadzić dodatkowe elementy.

Obejmują silniki DC o niskim poborze mocy z wykorzystaniem: przełączników półprzewodnikowych (tranzystorów), przełączników lub przycisków przełączających, wyspecjalizowanych układów scalonych sterowników lub przekaźników małej mocy. Duże, potężne maszyny są podłączone do sieci prądu stałego za pomocą styczników bipolarnych.

Poniżej znajduje się odwrotny schemat podłączenia silnika prądu stałego do sieci 220V. W praktyce schemat produkcji będzie podobny, ale nie będzie w nim mostka diodowego, ponieważ wszystkie linie do łączenia takich silników są układane z podstacji trakcyjnych, gdzie prąd przemienny jest prostowany.

Odwrotność jest wykonywana przez zmianę polaryzacji na uzwojeniu wzbudzenia lub na kotwicy. Zmień polaryzację i tam, a tam jest to niemożliwe, ponieważ kierunek obrotów wału nie zmieni się, jak to ma miejsce w przypadku uniwersalnych silników kolektorowych podczas pracy na prądzie przemiennym.

Dla płynnego rozruchu silnika, urządzenie regulujące, takie jak reostat, jest wprowadzane do obwodu mocy uzwojenia twornika lub uzwojenia twornika i uzwojenia wzbudzenia (w zależności od obwodu ich połączenia), ale częstotliwość obrotu wału jest również regulowana w ten sam sposób, ale zamiast tego za pomocą zestawu styczników.

W nowoczesnych zastosowaniach częstotliwość zwojów jest zmieniana za pomocą modulacji szerokości impulsu (PWM) i klucza półprzewodnikowego, co jest dokładnie tym, co robi się za pomocą elektronarzędzia zasilanego z akumulatora (na przykład śrubokręta). Efektywność tej metody jest znacznie wyższa.

Zakres zastosowania

Silniki kolektorów prądu stałego są stosowane wszędzie, zarówno w życiu codziennym, jak iw urządzeniach i mechanizmach przemysłowych, krótko rozważmy ich zakres zastosowania:

  • W samochodach części kolektorowe 12V i 24V służą do napędzania piór wycieraczek (wycieraczek), w podnośnikach okien, do uruchamiania silnika (rozrusznik jest silnikiem prądu stałego kolektora wzbudzenia sekwencyjnego lub mieszanego) i napędami innego przeznaczenia.
  • W mechanizmach podnoszących (dźwigi, windy itp.) Stosuje się КДПТ, które działają z sieci prądu stałego o napięciu 220V lub innym dostępnym napięciu.
  • W zabawkach dziecięcych i modelach sterowanych radiowo o małej mocy stosuje się KDPT z trójbiegunowym wirnikiem i magnesami trwałymi na stojanie.
  • W ręcznych elektronarzędziach akumulatorowych - różne wiertarki, szlifierki, wkrętaki elektryczne itp.

Zauważ, że w nowoczesnych drogich elektronarzędziach nie instaluj kolektora i silników bezszczotkowych.

Mocne i słabe strony

Przyjrzyjmy się zaletom i wadom silnika prądu stałego kolektora. Korzyści:

  1. Stosunek wielkości do mocy (masa i wymiary).
  2. Prostota regulacji obrotów i realizacja płynnego rozruchu.
  3. Moment początkowy.

Wady KDPT są następujące:

  1. Zużyte szczotki. Regularnie używane silniki o dużym obciążeniu wymagają regularnych przeglądów, wymiany szczotek i konserwacji zespołu kolektora.
  2. Kolektor zużywa się z powodu tarcia szczotek.
  3. Możliwe jest iskrzenie szczotek, co ogranicza użycie w niebezpiecznych miejscach (wtedy używają one przeciwwybuchowego KDPT).
  4. Ze względu na ciągłe przełączanie uzwojeń, ten typ silników prądu stałego wprowadza szum i zniekształcenia do obwodów zasilania lub sieci energetycznej, co prowadzi do awarii i problemów w działaniu innych elementów obwodu (szczególnie ważne dla obwodów elektronicznych).
  5. W DC stałe magnesy osłabiają siły magnetyczne wraz z upływem czasu (rozmagnesowanie) i spada sprawność silnika.

Przyjrzeliśmy się zatem silnikowi kolektora prądu stałego, jego działaniu i zasadzie działania. Jeśli masz jakieś pytania, zapytaj je w komentarzach pod artykułem!

Materiały na ten temat:

  • Czym jest anoda i katoda
  • Jak działa rozrusznik magnetyczny
  • Jak zmniejszyć napięcie sieciowe
  • Czym jest silnik asynchroniczny

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Baza wiedzy