Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

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:

  1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
  2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

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:

  • независимыми;
  • параллельными;
  • последовательными;
  • смешанными.

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:

  • а – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
  • в – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
  • с – сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
  • d – обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
  • е – вал якоря.

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:

  • снижение КПД;
  • повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

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:

  • высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
  • динамичность управления;
  • низкая стоимость.

Основные недостатки:

  • малая мощность;
  • потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

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 UK 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:

  • отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Минусы:

  • стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
  • недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

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:

  • высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
  • низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
  • поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
  • работа без нагрузки приводит к поломке КД.

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:

  • не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
  • малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Регулировка коллекторного двигателя 220в

Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя 220в бывает двух типов — стандартная и модифицированная. Все зависит непосредственно от регулятора, который вы используете.

  • Коллекторные электродвигатели
  • Регуляторы оборотов
  • Стандартные схемы
  • Модифицированная схема
  • Простой самодельный регулятор
  • Зачем они нужны

    Множество бытовых приборов и электроинструментов не обходятся без коллекторного электродвигателя. Такая популярность подобного электродвигателя обусловлена универсальностью.

    Для коллекторного электродвигателя может использование питание от тока постоянного или переменного напряжения. Дополнительным преимуществом является эффективный пусковой момент.

    При этом работа от постоянного или переменного тока электродвигателя сопровождается высокой частотой оборотом, что подходит далеко не всем пользователям.

    Чтобы обеспечить более плавный пуск и иметь возможность настраивать частоту вращения, используется регулятор оборотов. Простой регулятор вполне можно изготовить своими руками.

    Но прежде чем будет обсуждаться схема, сначала нужно разобраться в коллекторных двигателях.

    Коллекторные электродвигатели

    Конструкция любого коллекторного двигателя включает несколько основных элементов:

    Работа стандартного коллекторного электродвигателя основана на следующих принципах.

    1. Осуществляется подача тока от источника напряжения 220в. Именно 220 Вольт является стандартным напряжением бытовой сети. Для большинства приборов с электромоторами более 220 Вольт не требуется. Причем подача тока идет на ротор и статор, которые соединяются один с другим.
    2. В результате подачи тока от источника 220в образуется поле — магнитное.
    3. Под воздействием магнитного напряжения начинается вращение ротора.
    4. Щетки осуществляют передачу напряжения непосредственно на ротор устройства. Причем щетки обычно изготавливают на основе графита.
    5. Когда направление тока в роторе или статоре меняется, вал вращается в обратную сторону.

    Кроме стандартных коллекторных электродвигателей, существуют другие агрегаты:

    • Электромотор последовательного возбуждения. Их устойчивость к перегрузкам более внушительная. Часто встречаются в бытовых электроприборах;
    • Устройства параллельного возбуждения. У них сопротивление не отличается большими показателями, количество витков существенно больше, чем у аналогов;
    • Однофазный электромотор. Его очень легко изготовить своими руками, мощность на приличном уровне, а вот коэффициент полезного действия оставляет желать лучшего.

    Регуляторы оборотов

    Теперь возвращаемся к теме регулятора оборотов. Все доступные сегодня схемы можно разделить на две большие категории:

    • Стандартная схема регулятора оборотов;
    • Модифицированные устройства контроля оборотов.

    Разберемся в особенностях схем подробнее.

    Стандартные схемы

    Стандартная схема регулятора коллекторного электромотора имеет несколько особенностей:

    • Изготовить динистор не составит труда. Это важное преимущество устройства;
    • Регулятор отличается высокой степенью надежности, что положительно сказывается в течение его периода эксплуатации;
    • Позволяет комфортно для пользователя менять обороты двигателя;
    • Большинство моделей основаны на тиристорном регуляторе.

    Если вас интересует принцип работы, то такая схема выглядит довольно просто.

    1. Заряд тока от источника 220 Вольт идет к конденсатору.
    2. Далее идет напряжение пробоя динистора через переменный резистор.
    3. После этого происходит непосредственно сам пробой.
    4. Симистор открывается. Этот элемент несет ответственность за нагрузку.
    5. Чем выше окажется напряжение, чем чаще будет происходить открытие симистора.
    6. За счет подобного принципа работы происходит регулировка оборотов электродвигателя.
    7. Наибольшая доля подобных схем регулировки электродвигателя приходится на импортные бытовые пылесосы.
    8. Но при использовании стандартной схемы регулятора оборотов важно понимать, что он обратной связью не обладает. И если с нагрузкой произойдут изменения, обороты электродвигателя придется настраивать.

    Модифицированная схема

    Прогресс не стоит на месте. Несмотря на удовлетворительные характеристики стандартной схемы регулятора оборотов двигателя, усовершенствования никому еще не навредили.

    Наиболее часто применяемыми схемами являются две:

    • Реостатная. Из названия становится очевидно, что здесь основой выступает реостатная схема. Такие регуляторы высокоэффективные при смене количества оборотов электродвигателя. Высокие показатели эффективности объясняются использованием силовых транзисторов, отбирающих часть напряжения. Так меньшее количество тока из источника 220 Вольт поступает на двигатель, ему не приходится работать с большой нагрузкой. При этом схема имеет определенный недостаток — большое количество выделяемого тепла. Чтобы регулятор работал длительное время, для электроинструмента потребуется активное постоянное охлаждение;
    • Интегральная. Для работы интегрального устройства регулирования используется интегральный таймер, который отвечает за нагрузку на электродвигатель. Здесь могут быть задействованы всевозможные транзисторы. Это обусловлено наличием микросхемы в конструкции с большими параметрами выходного тока. При нагрузке менее 0,1 Ампер, все напряжение идет непосредственно на микросхему, обходя транзисторы. Чтобы регулятор работал эффективно, на затворе требуется наличие напряжения в 12 Вольт. Из этого вытекает, что электрическая цепь и напряжение питания обязаны отвечать данному диапазону.

    Простой самодельный регулятор

    Если вы не хотите покупать готовый регулятор оборотов для двигателя, его вполне можно попробовать изготовить своими руками для контроля мощности устройства.

    Регулирование оборотов коллекторного двигателя переменного тока – Станки, сварка, металлообработка

    Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

    В первую очередь, наверное, стоит упомянуть, что для трехфазных асинхронных электродвигателей и однофазных коллекторных, применяются принципиально отличные системы регулировки оборотов. К примеру, для асинхронных агрегатов, тиристорные схемы управления, наиболее распространённые в коллекторных, неприменимы.

    Разновидности коллекторных электродвигателей и области их применения

    По принципу работы их можно разделить на пять основных видов, каждый из которых, можно купить без всяких проблем.

    По типу питания:

    • постоянного тока;
    • переменного тока.

    По разновидности принципа возбуждения:

    • параллельного возбуждения;
    • последовательного возбуждения;
    • смешанного возбуждения.

    Стоит заметить, что в двигателях переменного тока используются только последовательное и параллельное возбуждение. Конструктивно такие электродвигатели состоят из четырёх основных компонентов:

    • статора;
    • ротора;
    • коллектора;
    • токопроводящих щёток.

    Электрический ток, проходя через коммутированные обмотки статора и ротора, вызывает возникновение электромагнитного поля, которое, в свою очередь, приводит в движение ротор. Щётки применяются для передачи тока на обмотки ротора. Их изготавливают из мягкого токопроводящего материала. В большинстве случаев это графит или смеси графита с медью.

    Если изменить направление течения тока в статоре или роторе, произойдёт реверсирование двигателя. Обычно это делают с обмотками ротора, что позволяет избежать перемагничивания сердечников. В случае изменения тока в обеих катушках – направление вращения двигателя останется прежним.

    Наибольшее распространение получили коллекторные электродвигатели переменного тока. Причин такой популярности несколько. К ним можно отнести относительную простоту их изготовления и управления. Также важна их способность работать от переменного и от постоянного тока.

    При подключении к источнику питания переменного тока, изменение электромагнитного поля будет происходить одновременно в обеих обмотках двигателя (статоре и роторе), что не приведёт к изменению направления вращения двигателя. Для реверсирования таких моторов делают, переполюсовку обмотки ротора.

    Хотя их КПД несколько ниже, чем у собратьев, они широко применяются в массе бытовых приборов: мясорубках, вентиляторах, электроинструменте. Кроме того, стоит упомянуть об отдельном русле их применения. Речь идёт о малогабаритных двигателях для легкомоторных моделей.

    Среди моделистов они заслужили всеобщее признание из-за малого потребления электроэнергии, что очень важно по причине ограниченного заряда аккумулятора, и многофункциональности систем их управления.

    Такой факт резко снижает вес и габариты изделий. Данные системы редко изготавливают вручную, но это с лихвой перекрывается изобилием всевозможных конструкций и модификаций, заводских устройств.

    Хотя, дешёвым это удовольствие не назовёшь.

    По тем же причинам коллекторные электродвигатели пользуются успехом и у многих «кулибиных».

    Сегодня довольно популярны коллекторные электродвигатели 220в от стиральных машин-автоматов. Однако, не все торопятся использовать их в своих самодельных конструкциях.

    И дело не в том, что люди не знают, как подключать такие двигатели, а скорее сомневаются в их поведении под нагрузкой и возможности регулировки оборотов.

    Если такая возможность есть, то как это отразиться на их мощности? И ещё много других, связанных с дальнейшим применением, и носящим сугубо практичный характер, вопросов.

    Разновидностей коллекторных электродвигателей всех трёх систем возбуждения имеется множество. Равно, как и разнообразных схем управления их оборотов. Существует немало регуляторов фабричного изготовления.

    А на просторах интернета можно найти большое количество различных самодельных схем.

    В конечном итоге, вам придётся выбирать оптимальный вариант для каждого конкретного случая отдельно, исходя из собственных навыков, финансовых возможностей и параметров имеющегося двигателя.

    Все нюансы в одной статье описать невозможно. Поэтому попробуем разобраться с этим вопросом на примере вышеупомянутого типа двигателей, исходя из их относительной простоты и широкой распространённости.

    Что касается вопроса мощности, то стандартный электродвигатель от стиральной машины, при штатном количестве оборотов (в среднем около 12000), вам вряд ли удастся остановить или заметно снизить скорость вращения.

    Способов управления оборотами коллекторных электродвигателей существует масса. Для этого можно применять:

    • ЛАТРы;
    • заводские платы регулировки оборотов от бытовой техники (миксеры или пылесосы);
    • кнопки от электроинструментов;
    • бытовые регуляторы освещения.

    Одним словом — любые устройства, регулирующие напряжение. Однако, у такой системы есть весьма ощутимый изъян. При снижении оборотов, за счёт понижения напряжения питания, резко падает и выдаваемая мощность двигателя.

    Так, уже при 600 оборотах в минуту вы без особого труда сможете рукой остановить вал мотора. Этот нюанс может не мешать работе, к примеру, при изготовлении регулятора оборотов вентилятора 220в или маломощных насосов.

    Но при изготовлении самодельных станков, такая схема абсолютно не применима.

    В таких случаях можно применить тахогенератор. В упомянутых электродвигателях, он установлен изначально на заводе. Его функция – сообщать количество оборотов якоря двигателя и передавать их на плату управления, которая уже будет устанавливать их на необходимом уровне, с помощью силовых симисторов.

    Отдельно стоит упомянуть малогабаритные коллекторные двигатели, применяемые в моделизме.

    Их огромное разнообразие, включая габариты, вес, максимальные обороты и энергопотребление, порождают соответствующее количество систем их управления.

    В этом случае, количество функций, возлагаемых на регулятор оборотов, значительно возрастает, а их комбинации могут значительно отличаться, в зависимости от типа модели, на которой будут использоваться.

    На модельных двигателях, как и на бытовых, и промышленных, применяются несколько вариантов систем управления.

    Реостатные регуляторы оборотов коллекторных двигателей

    Самый простой вариант — включение пассивной нагрузки последовательно электродвигателю. Такие системы обычно состоят из реостата (переменного резистора) и сервопривода, механически регулирующего сопротивление.

    При подключении нагрузки, излишек электроэнергии превращается в тепло. Но такие регуляторы применяются лишь на дешёвых моделях, в которых стоят моторы малой мощности, зато очень важна цена.

    Из-за неоправданных тепловых потерь, ресурс аккумуляторной батареи модели заметно снижается. Не улучшают положение и потери на движущихся контактах реостата. А ведь долговечность аккумулятора является одним из основных критериев выбора систем управления оборотами мотора.

    Отдельная неприятность — нежелательный перегрев всей конструкции, что не лучшим образом влияет на её долговечность и как следствие, необходимость принудительного отвода тепла. На серьёзные модели такие механически системы управления двигателем давно не устанавливают.

    Полупроводниковые регуляторы оборотов коллекторных двигателей

    Здоровой альтернативой вышеупомянутым устройствам, служат полупроводниковые системы. В них питание на двигатель подаётся импульсами, а управление частотой вращения достигается за счёт изменения их длительности. Это позволяет значительно снизить потребление драгоценной энергии аккумулятора. И вот на этом варианте, пожалуй, стоит остановиться подробней.

    В связи с ростом популярности моделизма, а вследствие, и спроса на всевозможную автоматику для моделей, количество предложений на рынке резко выросло. Сейчас, совсем нетрудно приобрести регуляторы оборотов, фактически, под любой двигатель. Кроме того, возможно купить варианты с расширенным функционалом — надёжным вентилятором и другими приспособлениями.

    1. Реверс

    В некоторых случаях на модели необходим задний ход. Поэтому многие регуляторы имеют возможность «переполюсовки» электродвигателя. Иногда реверс осуществляется не на полную мощность, ведь крайне редко есть необходимость такого режима на полных оборотах.

    2.Тормоз

    Нередко, на моделях возникает необходимость не только в быстром наборе оборотов двигателя, но и в его остановке. Такие системы часто применяют в автомоделизме. Торможение осуществляется за счёт закорачивания обмотки двигателя регулятором. Иногда делают «мягкий» тормоз. В таком случае закорачивание происходит импульсами, что позволяет плавно снижать обороты.

    3.ВЕС-система

    Устанавливается в моделях с низковольтным питанием. Её встраивают в цепь вторичного питания, что позволяет запитывать платы радиоуправления и сервопривод с одной батареи, вместо установки добавочной. Хоть эта функция не имеет отношения к управлению двигателем, может избавить вас от лишней головной боли.

    4.Опторозвязка

    Применяется в регуляторах, рассчитанных на повышение напряжение. В таких системах, с помощью гальванической развязки, разделяют силовые цепи и питание радиоприёмника. Делается это с целью обезопасить очень чувствительное радиооборудование от мощных импульсных наводок из силовых цепей регулятора и электродвигателя, и таким образом, увеличить стабильность их работы, что очень важно.

    Какие же выводы?

    Конечно, это далеко не все разновидности регуляторов оборотов для вышеупомянутого типа двигателей. Да и самих двигателей тоже очень много. В каждом конкретном случае будет применяться отдельно подобранный комплект с ответствующими характеристиками, которые способны уменьшать энергозатраты.

    Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы – Электрик

    Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

    Пылесос, кофемолка, дрель, перфоратор, триммер — далеко не полный перечень оборудования, в котором используется преобразование электрической энергии в механическую для работы бытовых устройств.

    Они содержат сложные технические узлы, требуют умелого обращения, периодического осмотра, правильного обслуживания. При небрежной работе возникают различные поломки.

    Материал статьи представляет советы домашнему мастеру, работающему с электрическими инструментами или планирующему самостоятельный ремонт электродвигателя с щеточным механизмом и коллектором. Текст наглядно дополняется схемами, картинками и видеороликом.

    Предоставленная информация собрана с целью привлечь внимание пользователей к правилам эксплуатации бытовых приборов с коллекторным двигателем. Она поможет осознанно фиксировать возникающие дефекты работающей схемы, оперативно устранять их.

    Компоновка и принцип работы

    Подвижная часть коллекторного двигателя, как и любого другого, механически сбалансирована и закреплена в подшипниках вращения, вмонтированных в неподвижную станину.

    Стационарный статор и вращающийся ротор имеют собственные обмотки из изолированного провода. По ним протекает электрический ток, создающий магнитные поля со своими полюсами: северным N и южным S.

    При взаимодействии этих двух электромагнитных полей создается вращение ротора.

    Поскольку к обеим обмоткам необходимо постоянно подводить напряжение, а ротор вращается, то для него смонтировано специальное устройство: коллектор с щеточным механизмом.

    Электрическая схема

    Для практических работ удобно пользоваться двумя видами ее представления:

    1. упрощенным;
    2. более подробным.

    Упрощенное отображение

    Способ позволяет очень просто представить подключение всех обмоток двигателя к схеме электрической сети.

    Выключатель разрывает оба потенциала фазы и нуля или один из них. Через щетки с коллектором создается цепь тока по обмоткам ротора.

    Принципиальная схема

    В зависимости от конструктивных особенностей обмотки статора и ротора могут иметь дополнительные отводы для питания различных устройств управления и автоматики коллекторного двигателя или обходиться без них.

    Термозащита исключает перегревание изоляции обмоток двигателя. Она снимает напряжение питания при срабатывании датчика, останавливая вращение ротора и исполнительного механизма.

    Тахогенератор позволяет судить о скорости вращения ротора. У отдельных двигателей его заменяют датчиком Холла. Для передачи сигналов к этим устройствам тоже используются контакты коллекторных пластин.

    Проблемные места конструкции

    Чаще всего неисправности могут возникнуть в:

    • подшипниках:
    • щеточном коллекторном узле;
    • слое изоляции обмоток и проводов.

    Подшипники

    Их расположение выполняется по краям ротора с таким условием, чтобы максимально передавать осевую нагрузку крутящего момента.

    У обычного бытового инструмента они могут повреждаться по двум основным причинам:

    1. от неправильного приложения нагрузки:
    2. в результате загрязнения.

    Направления приложенных усилий

    Подшипники бытового электроинструмента, как правило, не предназначены для восприятия боковых нагрузок. От частого их приложения, например, когда при работе дрелью нагружают не конец сверла, а прорезают щелевые отверстия его боком, на подшипниковый механизм передаются биения вала, создающие дополнительные люфты шариков в обоймах.

    Работа в загрязненной среде

    Коллекторный двигатель имеет воздушную систему охлаждения. Крыльчатка, надетая на ротор, забирает воздух через специальные щели в кожухе двигателя и прогоняет его по всему корпусу для отвода излишнего тепла от нагревающихся обмоток. Теплые потоки выбрасываются через специальные отверстия.

    Если в помещении создана пыльная среда, то она будет засасываться внутрь корпуса и проникнет на подшипники и коллекторно-щеточный механизм. Возникнет абразивное воздействие на соприкасающихся при вращении частях, их преждевременный износ, а также нарушение электрической проводимости на контактах щеток.

    Использование коллекторного двигателя не по назначению, например, сбор потока строительной пыли бытовым пылесосом вместо строительного, наиболее частая причина его поломки.

    Конструктивные особенности

    При работе двигателя происходит постоянное трение щеток о контактные пластины коллектора, что требует периодического осмотра.

    На рабочих поверхностях медных площадок появляется незначительный слой угольной пыли, как показано на фотографии. Это связано с расходом материала и износом щеток.

    Этот процесс идет всегда при работе коллекторного двигателя. Даже при нормальном скольжении щетки создается незначительный разрыв цепи электрического тока. А это всегда связано с искрообразованием из-за возникновения переходных процессов и появлением микроскопических дуг. К тому же обмотки обладают высоким индуктивным сопротивлением.

    Поэтому полностью исправный щеточный механизм при номинальной работе искрит, что не заметно взглядом, но ощущают чувствительные электронные приборы: телевизоры, компьютеры и другая техника. В схему их питания всегда устанавливают помехоподавляющие фильтры. Примером служит приведенная на сайте электрическая схема микроволновой печи с выделенным фрагментом зеленого цвета.

    Износ материала щеток

    Прижимаемая к коллекторной пластине токоведущая часть выполнена из угля. Ее объём изнашивается, а длина уменьшается. При этом ослабляется усилие нажима, создаваемое расправляемой пружиной.

    Этот процесс может учитывается или не приниматься во внимание в разных конструкциях коллекторных двигателей.

    Раритетные образцы

    • На старом двигателе выпуска 1960 года, приведенном в качестве примера, сжатие пружины осуществляется усилием завинчивания диэлектрической крышки.
    • Процесс установки щетки показан ниже.

    Двигатель пылесоса

    Описанная в статье об изготовлении самодельного триммера конструкция щеточного механизма имеет винт фиксации корпуса щетки.

    Его установка показана на очередной фотографии. Обратите внимание, что сама щетка неоднократно стачивалась в процессе длительной работы и заменялась выточенным из угольного электрода батарейки по форме предыдущей.

    При самостоятельном изготовлении щеток обращайте внимание на плотность ее входа в гнездо и перпендикулярное положение к оси вала. Если она будет меньшего размера, то при работе возникнет перекос. Он приведет к излишнему искрению и снижению ресурса двигателя.

    Поэтому желательно использовать заводские щетки от производителя. Существуют и другие технические решения этого вопроса.

    Как проверить степень износа щетки

    Основной метод связан с визуальным осмотром. В интернете можно встретить советы, рекомендующие прижать при работе двигателя щетку отверткой и оценить изменение оборотов ротора.

    Это опасная операция, выполнять которую может только обученный и опытный персонал потому, что:

    • необходимо пользоваться защитными средствами: работа выполняется под напряжением;
    • существует вероятность создания короткого замыкания, ибо проверять придется обе щетки по очереди или одновременно и использовать отвертки с изолированными стержнями и наконечниками.

    Если внешний осмотр показал, что длина щетки сильно уменьшена или рабочая поверхность имеет сколы, то ее необходимо просто заменить.

    Загрязненный коллектор

    Образование излишнего слоя угольной пыли с хорошими токопроводящими свойствами на пластинах может стать причиной их замыкания. Необходимо ее удалять не только с внешней поверхности, но и из промежутков между ними.

    Графитовую пыль можно стереть слегка смоченной в спирте или бензине мягкой ветошью или убрать тонкой деревянной палочкой.

    Когда коллекторные пластины потеряли первоначальную форму и стали с выемками, то их восстанавливают наждачной шкуркой с самым мелким зерном на токарных станках. Это сложная операция, требующая специального оборудования, но она способна продлить ресурс коллекторного двигателя.

    Межвитковые замыкания в обмотках

    Их образование на статоре или роторе резко снижает индуктивное сопротивление, ведет к появлению дополнительных искр между различными секциями коллектора и щеток. Возникает дополнительный перегрев.

    Обмотка ротора

    Поврежденную секцию в отдельных случаях можно наблюдать визуально по изменению цвета. Для выполнения электрических замеров потребуется точный омметр. Технологию проверки демонстрирует видео владельца altevaa TV “Проверка якоря коллекторного двигателя”.

    Ремонт поврежденной обмотки ротора — операция сложная. Иногда проще купить новый.

    Обмотка статора

    Неисправность можно выявить замером активной составляющей электрического сопротивления по мостовой схеме у каждой полуобмотки. Но это тоже довольно сложно.

    Пробой диэлектрического слоя изоляции

    Кратко коснемся причин образования дефектов и защитных устройств, которыми необходимо пользоваться.

    Как возникают неисправности

    Медные провода жил всех обмоток покрыты слоем лака, который может повреждаться от:

    • неосторожно приложенных механических нагрузок;
    • при повышенной температуре.

    От этих же факторов возникают дефекты изоляции питающих проводов с полихлорвиниловым покрытием.

    В результате этих воздействий появляются следующие неисправности электрической схемы:

    • межвитковое замыкание, создающее дополнительный путь для протекания тока утечек, который значительно снижает рабочие характеристики двигателя;
    • короткое замыкание, способное выжечь провода.

    Термореле

    Встроенная во многие коллекторные двигатели функция защиты от перегрева работает автоматически. Когда оборудование отключается от его частой работы, то необходимо искать причину завышения температуры. К сожалению, часть пользователей старается заблокировать термореле. Это приводит к поломке с трудно восстанавливаемым ремонтом.

    Автоматический выключатель

    Ликвидация короткого замыкания и перегруза внутри электрической схемы двигателя возложена на бытовой автомат, питающий силовую розетку. Он устанавливается в квартирном щитке и по своим техническим характеристикам должен соответствовать рабочему и аварийному режиму коллекторного двигателя.

    Без защиты налаженным автоматическим выключателем пользоваться инструментом с коллекторным двигателем опасно для жизни.

    УЗО

    Устройство защитного отключения предназначено для защиты работающего персонала от воздействия токов утечек, проникающих на открытые металлические или случайно контактирующие токопроводящие части корпуса.

    УЗО предотвращает стекание потенциала фазы через тело человека на землю. Оно тоже устанавливается в квартирном щитке.

    Для закрепления материала рекомендуем посмотреть ролик владельца slavnatik “Почему искрит болгарка”.

    Напоминаем, что сейчас вам удобно задать вопросы в х и поделиться статьей с друзьями в соц сетях.

    Источник:

    Схема электродвигателя – способы подключения и запуска двигателя. Обзор типовых конфигураций и принципа работы

    Работа внушительной части приборов, используемых в быту и на производстве, обеспечивается электродвигателями с различными спецификациями. Изучив технические характеристики, схемы соединения к электропитанию и подключения фаз двигателей, их можно использовать вторично в самодельных станках, насосных и вентиляционных системах.

    Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

    Регулятор оборотов коллекторных электрических двигателей: виды, типы, схемы двигателя и правила применения

    В первую очередь, наверное, стоит упомянуть, что для трехфазных асинхронных электродвигателей и однофазных коллекторных, применяются принципиально отличные системы регулировки оборотов. К примеру, для асинхронных агрегатов, тиристорные схемы управления, наиболее распространённые в коллекторных, неприменимы.

    Поделиться:
    Нет комментариев

      Добавить комментарий

      Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.