Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
В домакинските електрически съоръжения, където се използват електрически двигатели, обикновено се монтират електрически двигатели с механична комутация. Този тип двигател се нарича колектор (по-долу CD). Предлагаме да се разгледат различни видове такива устройства, техния принцип на работа и конструктивни особености. Ще разкажем за предимствата и недостатъците на всяка от тях, да дадем примери за приложното поле.
Какво е колекторен двигател?
С такава дефиниция се има предвид електрическа машина, която преобразува електрическата енергия в механична и обратно. Конструкцията на устройството предполага наличието на поне една намотка, свързана към колектора (виж фиг. 1).
В CD, този конструктивен елемент се използва за превключване на намотките и като сензор, позволяващи да се определи положението на котвата (ротора).
Видове KD
Класифицирайте тези устройства, произведени по вид енергия, в зависимост от това има две групи KD:
- Постоянен ток Такива машини имат висок пусков въртящ момент, плавен контрол на скоростта и относително прост дизайн.
- Universal. Може да работи както от постоянен, така и от променлив източник на електрическа енергия. Различават се в компактни размери, ниска цена и лекота на управление.
Първият, са разделени на два подвида, в зависимост от организацията на индуктор, тя може да бъде на постоянни магнити или специални бобини за възбуждане. Те служат за създаване на магнитния поток, необходим за образуването на въртящ момент. CD, който използва бобината за възбуждане, се различават по видовете намотки, те могат да бъдат:
- независим;
- паралелно;
- последователна;
- смесена.
След като се справят с вида, помислете за всеки от тях.
Универсален тип CD
Фигурата по-долу показва появата на електрическа машина от този тип и основните му конструктивни елементи. Това изпълнение е типично за почти всички компактдискове.
Легенда:
- А е механичен превключвател, той също се нарича колектор, неговите функции са описани по-горе.
- B - четки, които се използват за фиксиране на четки (обикновено от графит), през които напрежението се влива в намотките на котвата.
- C - Ядро на статора (набрано от плочи, материалът за който е електрическа стомана).
- D - статорни намотки, този възел принадлежи на системата за възбуждане (индуктор).
- Е - котви за валове.
В устройства от този тип възбуждането може да бъде последователно и паралелно, но тъй като последната опция не е произведена сега, няма да я разглеждаме. По отношение на CD с универсална серийна възбуда, типичната схема на такива електрически машини е представена по-долу.
Universal CD може да работи от променливо напрежение поради факта, че при промяна на полярността, токът в намотките на полето и арматурата също променят посоката. В резултат въртящият момент не променя посоката си.
Характеристики и обхват на универсалното CD
Основните недостатъци на това устройство се проявяват, когато е свързан към източници на променливо напрежение, което се отразява в следното:
- намалена ефективност;
- повишено искрообразуване в блока с четка-колектор и в резултат на това бързото му износване.
По-рано CD-тата бяха широко използвани в много домакински уреди (инструменти, перални машини, прахосмукачки и др.). В момента производителите почти са спрели да използват този тип двигатели, като предпочитат електрическите машини без колектор.
Сега ще разгледаме колекторните електрически машини, работещи от източници на постоянно напрежение.
CD с индуктор с постоянен магнит
Структурно, такива електрически машини се различават от универсалните по това, че вместо възбудителни бобини се използват постоянни магнити.
Този тип КД е най-разпространен в сравнение с други електрически машини от този тип. Това се дължи на ниската цена, дължаща се на простотата на конструкцията, простия контрол на скоростта на въртене (в зависимост от напрежението) и промяната в посоката му (достатъчно е да промените полярността). Мощността на двигателя зависи пряко от силата на полето, създавана от постоянните магнити, което въвежда някои ограничения.
Основният обхват на приложение - нискомощни задвижвания за различно оборудване, често използвани в детските играчки.
Предимствата включват следните качества:
- висок момент на сила дори при ниски скорости;
- динамично управление;
- ниска цена.
Основните недостатъци са:
- ниска мощност;
- загуба на магнити от техните свойства от прегряване или с течение на времето.
За да се елиминира един от основните недостатъци на тези устройства (стареене на магнити) в системата на възбуждане, се използват специални намотки, обръщаме се към разглеждането на такива компактдискове.
Независими и паралелни бобини за възбуждане
Първите са получили това име поради факта, че намотките на индуктора и арматурата не са свързани помежду си и се захранват отделно (виж А на фиг. 6).
Особеността на тази връзка е, че захранването U и U K трябва да бъде различно, в противен случай ще има момент на сила. Ако е невъзможно да се подредят такива условия, тогава арматурната намотка и индукторът се свързват паралелно (виж Б на фиг. 6). И двата вида компактдискове имат едни и същи характеристики, открихме, че е възможно да ги комбинираме в един раздел.
Моментът на сила на такива електрически машини е висок при ниска скорост и намалява с увеличаването му. Характерно е, че токовете на котвата и намотката са независими, а общият ток е сумата от токовете, преминаващи през тези намотки. В резултат на това, когато токът на възбуждащата бобина спадне до 0, CD-то най-вероятно ще се провали.
Обхватът на такива устройства - електроцентрали с мощност 3 kW.
Положителни черти:
- липсата на постоянни магнити премахва проблема с тяхната повреда с течение на времето;
- висок въртящ момент при ниска скорост;
- просто и динамично управление.
минуси:
- цената е по-висока от тази на устройствата с постоянни магнити;
- недопустимостта на тока пада под праговата стойност на бобината за възбуждане, тъй като това ще доведе до счупване.
Последователна намотка
Схемата на такъв компактдиск е показана на фигурата по-долу.
Тъй като намотките са свързани последователно, токът в тях ще бъде равен. В резултат на това, когато токът в намотката на статора стане по-малък от номиналния (това се случва с малък товар), силата на магнитния поток намалява. Съответно, когато натоварването се увеличава, мощността на потока се увеличава пропорционално, до пълното насищане на магнитната система, след което тази зависимост се нарушава. Това означава, че по-нататъшното нарастване на тока в намотката на арматурната намотка не увеличава магнитния поток.
Горната характеристика се проявява във факта, че компактдискът от този тип не може да работи при товар, по-малък от номинално натоварване от една четвърт. Това може да доведе до факта, че роторът на електрическата машина ще увеличи драстично скоростта на въртене, т.е. двигателят ще премине в „разстояние“. Съответно, тази характеристика въвежда ограничения върху обхвата на приложение, например в механизми с ремъчно задвижване. Това се дължи на факта, че когато се счупи, електрическата машина започва да работи в неактивен режим.
Тази характеристика не се отнася за устройства, чиято мощност е по-малка от 200 W, а за тях са допустими спадане на натоварването до режим на празен ход.
Предимствата на компактдиск със серийна намотка са същите като тези на предишния модел, с изключение на простотата и динамичното управление. Що се отнася до минусите, те трябва да включват:
- висока цена в сравнение с аналози на постоянни магнити;
- нисък въртящ момент при високи скорости;
- тъй като статорните и възбуждащите намотки са свързани последователно, възникват проблеми с регулиране на скоростта;
- работата без товар води до повреда на компактдиска.
Смесени бобини за възбуждане
Както може да се види от схемата, показана на фигурата по-долу, индуктор на CD от този тип има две серпентини, свързани последователно и паралелно на роторната намотка.
Като правило, една от намотките има по-голяма сила на намагнитване, така че тя се счита за основна, съответно, втората - допълнителна (спомагателна). Допуска се брояч и координирано включване на намотките, в зависимост от това интензитетът на магнитния поток съответства на разликата или сумата на магнитните сили на всяка намотка.
Когато е разрешено, характеристиките на компактдиска се доближават до съответните индикатори на електрически машини с последователно или паралелно възбуждане (в зависимост от това коя от намотките е основната). Това означава, че такова включване е уместно, ако е необходимо да се получи резултат под формата на постоянна честота на оборотите или тяхното увеличаване с увеличаване на натоварването.
Последователното включване води до това, че характеристиките на CD ще съответстват на средната стойност на електрическите машини с паралелни и серийни бобини за възбуждане.
Единственият недостатък на този дизайн е най-високата цена в сравнение с други видове CD. Цената се оправдава със следните положителни качества:
- магнитите не остаряват, при липса на такива;
- ниска вероятност за неуспех по време на анормална работа;
- висок въртящ момент при ниска скорост;
- просто и динамично управление.