Устройство и принцип на действие на електродвигател с постоянен ток

Съдържание:

Как работи колекторен двигател
Докато четките се движат по барабана, се появява искра
Варисторите често се използват за гасене на искри
Свалящи се бузи по тялото
Искри на революции, провал
Как работи DC мотор

Трябва да се знае, че не всеки електродвигател може еднозначно да се нарече постояннотоков. Сега говорим за типа колектор. На него се основава устройството и принципът на работа на електродвигателя с постоянен ток. Въпросът е, че статорът се състои от набор от намотки, всяка от които работи само върху ограничена част от дъгата на хода на вала. В противен случай би било трудно да се реализира самата концепция. С други думи, невъзможно е.

Как работи колекторен двигател

Колекторът е точно този тип двигател, който се използва навсякъде в ежедневието. Около 90% от домашните приложения попадат в този сегмент. Това са двигатели на перални машини, прахосмукачки, електрически инструменти. Изключение, очевидно, са само хладилници, вентилатори, вентилатори и някои абсорбатори. Това се дължи на изискванията за мълчание. Който е чувал как се движи малка кола на акумулатор разбира за какво иде реч. През нощта се чува много добре всеки писък и колекторен двигател би го предизвикал. Опитайте да включите българина за една-две секунди в шест часа сутринта - веднага ще разберете за какво говорим.

Според законодателството нивото на звуковото налягане не трябва да надвишава 30 dB през нощта. В противен случай технологията ще попречи на спокойния сън. Шумът се причинява от триенето на четките върху колектора, освен това роторът на двигателя е сравнително тежък и най-малката несъответствие се дава в лагерите. Винаги има луфт и колкото по-масивна е движещата се част, толкова по-забележим е акустичният ефект. Колекторните двигатели имат много недостатъци, но могат да работятот постоянен ток. И за да се намалят размерите, броят на намотките се намалява. Необходими са минимум три полюса за недвусмислено определяне на посоката на въртене и те никога не работят всички наведнъж. (Вижте също: Устройство и принцип на работа на електродвигател с променлив ток)

DC двигател

Колекторен двигател от домакински уреди обикновено има голям брой полюси на ротора. По-долу е дадена опростена диаграма за постоянен ток. Тук колекторният двигател работи в подобен режим, но магнитите на статора са повече и всички са електрически. В допълнение, захранването се захранва от променливо напрежение от 220 V. И стигнахме до най-важната тайна! Няма значение дали да захранвате колекторния двигател с променлив или постоянен ток. Това е от гледна точка на лаик. Но има някои функции:

При захранване с постоянен ток ефективността се увеличава. Следователно общата подадена мощност трябва да бъде пропорционално намалена поради по-голямата ефективност на нейното използване. За тези цели намотката на статора обикновено няма два, а три извода. И при подаване на постоянен ток се използват само част от завоите. Докато променливият ток протича през цялата бобина на статора.

При постоянни полета ефектът от повторното намагнитване изчезва. Това драстично намалява нагряването на електротехническата стомана на магнитните проводници на DC двигателя. Което се изразява в по-ниски изисквания към изработката на носещата основа на ротора и статора. По-специално е възможно да не се разделят магнитните проводници на плочи с лакова изолация. Както и да е, повечето постояннотокови колекторни двигатели са подходящи за работа с променлив ток едновременно. Ето защо всички магнитопроводи са направени от електротехническа стомана и по никакъв друг начин.

Косвен плюс е малко по-висока стабилност на оборотите. За регулиране скоростта на въртене на прав токизползва се промяна на амплитудата на напрежението и част от синусоидата по протежение на електропровода се прекъсва на променливия ток с помощта на тиристорен ключ. Това е последната опция, която се използва в пералните машини.

Реверсирането се извършва на променлив ток чрез превключване на намотките. Например чрез промяна на посоката им на включване един спрямо друг. Такива процедури в една и съща пералня се извършват от специални релета. В двигателите с постоянен ток полюсът на статора често се заменя с железен (неодимов) магнит. Следователно е достатъчно да промените полярността на захранването, за да получите обрат. Тази операция може да се извърши и с помощта на реле или контактор. Ако всички намотки се захранват с електричество, тогава се използва комутация за промяна на посоката на въртене на вала.

В колекторния двигател на домакинските уреди статорът е свързан, като правило, последователно с ротора. За предаване на енергия към вала се използва пантограф под формата на барабан, разделен на секции. Като електроди служат графитни четки с натискни пружини. На корпуса изходите на статора и ротора са разграничени, за да се осигури възможност за реверсивна функция. В допълнение, сред контактите може да има спомагателни: три изхода на сензора на Хол (или два за тахометъра), края на термичния предпазител и др.

Докато валът се върти, четките постепенно преминават към следващата секция и полюсът на ротора се измества. В същото време статорът остава на предишното си място. Обърнете внимание, че полярността се променя, когато мрежовата честота се удвои (50 Hz), но естеството на взаимодействието остава същото. Подобни полюси отблъскват, а за разлика от полюсите се привличат. Благодарение на специалното разпределение на намотката и комутацията с колектора се осигурява желаната посока на въртене. Това показва независимостта на такъв двигател от вида на захранващото напрежение (DC или AC). някоивижте по-долу характеристиките на колекторното оборудване, които са специфични само за този тип устройство.

Докато четките се движат по барабана, се появява искра

Този паразитен ефект често се използва като предимство, а недостатъците под формата на препятствия служат за оценка на скоростта на въртене на вала. Когато натоварването на вала се увеличи, оборотите намаляват. Поради това количеството на паразитния обратен ЕМП намалява, което води до намаляване на нивото на искрене. Специална верига следи този фактор и, ако е необходимо, леко увеличава захранващото напрежение. Благодарение на това скоростта на въртене се възстановява. Подобни схеми могат да бъдат намерени например в кухненските процесори, докато в пералните машини се използват специални сензори (тахометър) за управление на въртенето.

Принцип на действие

Варисторите често се използват за гасене на искри

Веднага след като стойността на EMF се увеличи до неприемлив размер, съпротивлението на защитата намалява десетки хиляди пъти и излишният ток се свързва на късо към корпуса. Варисторите обикновено се използват по двойки. Те комбинират двете четки директно през корпуса на колекторния двигател. Ето защо прахосмукачките често нямат заземителна клема на щепсела, но в същото време успешно са снабдени с варисторна защита. Искрата се затваря през стоманения корпус и поради големия си размер и маса не се нагрява. Както и да е, фатално опасно е да хванете едната ръка върху колекторен двигател с такива шедьоври, а с другата да хванете заземени метални конструкции (пожарни стълби; водопроводни, канализационни и газопроводи; гръмоотводни шини; оплетка на антенни кабели и др.). ).

Свалящи се бузи по тялото

Тялото на електроинструмента обикновено има подвижни бузи, чрез които четките могат да се сменят за няколко минути. Това ни спестява необходимостта да разглобяваме устройството заподдръжка. Признак за износване на четката е силно искрене. Това се отнася за случая, когато оборудването вече е износено. Щото и новите четки искри много като се търкат. Често може да се наблюдава спад в мощността при износване. В този случай свредлото не върти свредлото или барабанът на пералнята спира на номиналното тегло на зареденото пране. Не винаги е възможно да получите оригинални четки и трябва да знаете, че тези компоненти могат да бъдат заточени до необходимите размери с всеки шлифовъчен инструмент. (Вижте също: Устройство и принцип на работа на генератор за променлив ток)

Завъртя електрическия мотор

Искри на революции, провал

Може да се наблюдава искрене и дори загуба на въртене, когато барабанът е замърсен. В този случай роторът се отстранява и почиства с всеки подходящ агент (например алкохол).

Вече казахме, че устройството на електрически двигател с постоянен ток по принцип не се различава от моделите за работа при променливо напрежение. Следователно всичко по-горе се отнася напълно за всякакъв вид оборудване.

Как работи DC мотор

Най-простият двигател има само две секции под пантографа. Това е, в което еволюира колекторният барабан. Всяка контактна ламела (плоча на вала) прави половин оборот. Едната четка има положителен потенциал, а другата има отрицателен потенциал, съответно посоката на магнитното поле на полюсите се променя. Само две от тях (от структурата, описана по-горе) са активни във всеки момент от времето. Що се отнася до статора, той може да бъде както под формата на постоянен електрически, така и като конвенционален метален магнит. Последният се използва например в същите детски коли.

И сега за това как работи електрически мотор с постоянен ток. Да предположим, че в началния момент намотките са подредени кактокакто е показано на фигурата. В нашия пример вече няма два полюса, както обсъдихме по-горе, а три. Това е минималното число за стабилно стартиране на електродвигател с постоянен ток в желаната посока. Намотките са свързани по звездната схема, тоест всяка двойка има една обща точка. Следователно напрегнатостта на полето е такава, че има два отрицателни полюса и един положителен. Постоянен магнит, както е показано на фигурата.

Опростен чертеж за постоянен ток

На всяка трета от завъртането полето се преразпределя така, че полюсите се изместват в съответствие с промяната на захранващото напрежение на ламелите. В резултат на втория график виждаме, че номерата на намотките са се изместили, а картината в пространството е останала същата. Това е ключът към стабилността: единият полюс се привлича от постоянен магнит, а другият се отблъсква. Ако трябва да получите реверс, тогава полярността на връзката на батерията (акумулаторите) се променя. Резултатът е два положителни полюса и един отрицателен. И валът ще се движи обратно на часовниковата стрелка.

Вярваме, че принципът на работа на електродвигателя с постоянен ток вече е пределно ясен. В допълнение, двигателите с клапани са широко разпространени днес. Мнозина вероятно са мислили как да накарат полетата да се редуват на статора, а роторът да бъде постоянен магнит. Точно това е клапанният двигател в първото приближение. В този случай постоянният ток се подава към необходимите намотки на статора чрез превключвани ключове, например тиристори. В резултат на това се създава необходимото разпределение на полето.

Предимствата на такава схема в намаляване на броя на движещите се части, които обикновено са причина за необходимостта от поддръжка или ремонт. Самото устройство за управление на тиристора обаче може да бъде доста сложно. Въпреки че е позволено да се организира превключване заизползвайки същите ламели. В същото време цялата тази конструкция може да служи като груб сензор за позицията на вала (плюс или минус разстоянието между контактните площадки по оста на вала). Не мислете, че клапанните двигатели са нещо ново. Те се използват широко, но в специфични отрасли. Където трябва точно да издържате на честотата на въртене. В ежедневието е доста трудно да се намерят клапанни двигатели. Известно сходство може да се види, например, в пералня. Сега говорим за помпи за източване на вода (магнитен ротор, само токът в този случай е променлив).

Техническите характеристики на електродвигателите с постоянен ток са по-добри, отколкото при захранване с променлив ток. Поради тази причина този клас устройства са широко използвани. Но още по-често електродвигателите с постоянен ток се използват, когато се захранват от различни видове батерии. Когато няма избор. А предимствата на такава схема на захранване позволяват на батериите да издържат по-дълго.

Трябва да се отбележи, че намотките на статора и ротора могат да бъдат свързани както последователно, така и паралелно. Последният се използва, когато валът е натоварен в първоначалното състояние. В този случай има рязко увеличение на оборотите, което може да доведе до негативни последици, ако роторът върви твърде лесно. Но ние вече споменахме такива тънкости в темата за проектиране на двигатели със собствените си ръце.

Следваща