Домой Оборудование Как работает коллекторный двигатель со щеточным механизмом в бытовой технике

Как работает коллекторный двигатель со щеточным механизмом в бытовой технике

200
0

Минусы коллекторных моторов

Сами по себе коллекторные моторы неплохо справляются со своей работой, но это лишь до того момента пока не возникает необходимость получить от них на выходе максимально высокие обороты. Все дело в тех самых щетках, о которых упоминалось выше. Так как они всегда находятся в плотном контакте с коллектором, то в результате высоких оборотов в месте их соприкосновения возникает трение, которое в дальнейшем вызовет скорый износ обоих и в последствии приведёт к потере эффективной мощности эл. двигателя. Это самый весомый минус таких моторов, который сводит на нет все его положительные качества.

Плюсы и минусы эксплуатации

Для сравнения квалифицированные специалисты использовали следующие параметры: оба агрегата подключили к домашней электросети с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Мощность мотора устройств полностью идентична. Итоговая разность в механических параметрах может выступать как огромный плюс, так и как минус (всё зависит только от того, какие требования предъявляет пользователь к приводу).

33a807a02ecfe2752a1eee85526a27ec.jpg

Коллекторный двигатель обладает следующими преимуществами над агрегатом постоянного тока:

  1. Меньший показатель пускового тока, что особенно важно для той техники, которая используется потребителями в быту.
  2. Агрегат можно включать напрямую в сеть, полностью отсутствует необходимость в установке вспомогательных приспособлений. А вот агрегат с постоянным током нуждается в непрерывном выпрямлении.
  3. Быстроходность и полное отсутствие зависимости от сетевой частоты.
  4. Если есть управляющая схема, то устройство коллектора получается более простым — тиристор и реостат. Когда электронная деталь выходит из строя, то сам агрегат остаётся в рабочем состоянии (но будет эксплуатироваться на полную мощность).

Не стоит забывать о недостатках, которые должны быть тщательно изучены каждым потребителем ещё до покупки агрегата. Только в этом случае можно быть уверенным в соответствии устройства всем предъявленным требованиям.

Коллекторный электродвигатель обладает следующими минусами:

  1. Общий процент КПД существенно снижен, так как присутствует индуктивность и потери на перемагничивание статора.
  2. Существенно уменьшен максимальный крутящийся момент.
  3. Относительно небольшая надёжность и непродолжительный эксплуатационный срок.

Любые изменения в настройках возможны только в том случае, если в агрегате предусмотрено наличие регулятора оборотов. Разное количество подаваемой электроэнергии может менять этот показатель всего на 10%. В то время как качественный регулятор оборотов позволяет уменьшить их количество в несколько раз. Сделать такое приспособление можно самостоятельно или купить в специализированном магазине. Но нужно проверить, сможет ли оно работать в коллекторе с определённой мощностью и количеством оборотов. Если же регулятор будет слабым, то он просто сломается.

Плюсы бесколлекторных моторов

Почти нет изнашиваемых деталей. Почему «почти», потому что вал ротора устанавливается на подшипники, которые в свою очередь имеют свойство изнашиваться, но ресурс у них крайне велик, да и взаимозаменяемость их очень проста. Такие моторы очень надежны и эффективны. Устанавливается датчик контроля положения ротора. На коллекторных моторах работа щеток всегда сопровождается искрением, что впоследствии вызывает помехи в работе радиоаппаратуры. Так вот у бесколлектоных, как вы уже поняли, эти проблемы исключены. Нет трения, нет перегрева, что так же является существенным преимуществом. По сравнению с коллекторными моторами не требуют дополнительного обслуживания в процессе эксплуатации.

Неисправности регуляторов скорости вращения

В электродрелях и шуруповертах скорость вращения регулируется устройством, представляющим единый узел с кнопкой управления. В нее иногда встраивается устройство реверса. Поэтому все неисправности, связанные с резкими изменениями скорости при регулировке и проблемами с реверсом, решаются заменой этого узла. Но основная его неисправность – отсутствие контакта, в результате которой инструмент не вращается. Проверить исправность кнопки включения можно мультиметром в режиме измерения напряжения. Для аккумуляторного инструмента измеряется постоянное напряжение после кнопки, с питанием от сети – переменное.

1375199fedfabd9fa5a58bce29568bd9.jpeg

Регулятор скорости вращения

Поскольку для проверки инструмент придется разобрать, заранее предотвратите случайное включение инструмента. Исправность его может восстановиться, и вы получите травму. Для исключения такого варианта снимите с выключателя выходные клеммы с проводами (те, на которых предполагается провести измерения).

e6c32ef21a5da503bad16b4afefb9050.jpg

Пример схемы регулятора скорости вращения

Для миксеров и им подобной техники, имеющей механическое переключение ответвлений обмоток статора, лучше воспользоваться мультиметром в режиме измерения сопротивлений. Проверьте исправность переключателя и целостность коммутируемых им обмоток.

Управление работой двигателя

На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.

6ee4b2d4f20629f7f7fb7439b8a5fcd4.jpg

В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:

  • электронная схема подает сигнал на затвор симистора;
  • затвор открывается, по обмоткам статора течет ток, придавая вращение якорю М двигателя;
  • тахогенератор преобразует в электрические сигналы мгновенные величины частоты вращения, в результате формируется обратная связь с импульсами управления;
  • в результате ротор вращается равномерно при любых нагрузках;
  • реверс электродвигателя осуществляется с помощью реле R1 и R

25ab56f27d32ca3fe1f080190d2a6584.jpg

Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.

Ссылки, примечания

Двигатели
Двигатели внутреннего сгорания (кроме турбинных)
Возвратно-поступательные
Количество тактов
  • Двухтактный двигатель
    • двигатель Ленуара
  • Четырёхтактный двигатель
  • Пятитактный двигатель
    • роторный
  • Шеститактный двигатель
Расположениецилиндров
  • Рядный двигатель
    • U-образный двигатель
  • Оппозитный двигатель
  • Н-образный двигатель
  • V-образный двигатель
  • VR-образный двигатель
  • W-образный двигатель
  • Звездообразный двигатель
    • вращающийся
  • X-образный двигатель
Типы поршней
  • Свободно-поршневые
  • Двигатель со встречным движением поршней
    • дельтообразный
  • Аксиальные
Способвоспламенения
  • Дизельные
  • Компрессионные карбюраторные
  • Калильно-компрессионный
  • Калильные карбюраторные
  • Батарейное зажигание
  • Магнето
  • Дуговые и искровые свечи
Роторные
  • Двигатель Ванкеля
  • Орбитальный двигатель
    • двигатель Сарича
  • Роторно-лопастной двигатель Вигриянова
Комбинированные
  • Гибридные
  • Двигатель Хессельмана
Воздушно-реактивные
Основные типы
Бескомпрессорные
  • Прямоточные
  • Пульсирующие
Турбореактивные
  • Турбовентиляторные (двухконтурные)
  • Турбовинтовые
  • Турбовинтовентиляторные
  • Турбовальные
Модификациии гибридные системы
  • Мотокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель
  • Гиперзвуковые прямоточные
См. также: Газотурбинные двигатели
Ракетные двигатели
  • Выбрасывающий
  • Стартовый
  • Разгонный
  • Маршевый
  • Маневровый
Химические
Жидкостные
  • Закрытого цикла
  • Открытого цикла
  • С фазовым переходом
  • Двигатель Вальтера
Другие
  • Твердотопливные
  • Топливно-гибридные
Ядерные
  • Термоядерные
  • Газофазно-ядерные
  • Твёрдофазно-ядерные
  • Солевые
Электрические
  • Плазменные
    • электромагнитный ускоритель VASIMR
  • Ионные
  • Электротермические
  • Электростатические
Другие
  • Клиновоздушный
  • Двигатель Бассарда
Двигатели внешнего сгорания
  • Паровая машина
  • Двигатель Стирлинга
  • Пневматический двигатель
Турбины и механизмы с турбинами в составе
По виду рабочего тела
Газовые
  • Газотурбинная установка
  • Газотурбинная электростанция
  • Газотурбинные двигатели
Паровые
  • Парогазовая установка
  • Конденсационная турбина
Гидравлические турбины
  • Пропеллерная турбина
  • Гидротрансформатор
По конструктивным особенностям
  • Осевая (аксиальная) турбина
  • Центробежная турбина
    • радиальная
    • диагональная
  • Радиально-осевая турбина (турбина Френсиса)
  • Поворотно-лопастная турбина (турбина Каплана)
  • Ковшовая турбина (турбина Пелтона)
  • Турбина Турго
  • Ротор Дарье
  • Турбина Уэльса
  • Турбина Тесла
  • Сегнерово колесо
Электродвигатели
  • Постоянного тока
  • Переменного тока
  • Многофазные
  • Трёхфазные
  • Двухфазные
  • Однофазные
  • Универсальные
Асинхронные
  • Конденсаторный двигатель
Синхронные
  • Бесколлекторные (Вентильный двигатель)
  • Коллекторные
  • Вентильные реактивные
  • Шаговые
Другие
  • Линейные
  • Гистерезисные
  • Униполярные
  • Ультразвуковые
  • Мендосинский мотор
Биологические двигатели
Моторные белки
  • Актин
  • Динеин
  • Кинезин
  • Миозин
  • Тропомиозин
  • Тропонин
  • Флагеллин
См. также
Вечный двигатель
Мотор-редуктор

Эта страница в последний раз была отредактирована 4 октября 2018 в 19:33.

Проверка коллекторного электродвигателя мультиметром

Допустим, визуальный осмотр не дал результатов – на первый взгляд все узлы целы, обрывы не обнаружены, запах горелого отсутствует. В этом случае проведите проверку прибора и его элементов с помощью специального прибора – мультиметра. Процесс состоит из нескольких этапов:

  • Установите на приборе режим измерения сопротивления до 200 Ом.
  • Прозвоните попарные выводы обмоток статора на ламели. Значения сопротивления должны быть одинаковыми.
  • Проверьте корпус якоря и ламели. В идеале значение сопротивления стремится к бесконечности.
  • Прозвоните выводы обмоток. Если сопротивление отсутствует в одном или нескольких контурах, двигатель неисправен.
  • Проверьте цепь между корпусом статора и выводами обмотки. При наличии пробоя на корпусе эксплуатация агрегата невозможна.
  • Прозвоните ротор, расположив щупы тестера на коллекторе на максимальном удалении друг от друга. Когда мультиметр покажет значение, слегка проверните ротор до момента соединения щупов со следующей обмоткой. Таким образом проверьте все обмотки. Если значение сопротивления в каждом контуре одинаково или отличается очень незначительно, узел исправен.

Не стоит сразу нести в починку или выбрасывать «забарахливший» прибор, как это предпочитают делать многие. Вы сэкономите средства, если будете знать, как восстановить коллектор электродвигателя самостоятельно. Процесс не слишком сложен и занимает не так уж много времени, а механизм сможет прослужить еще долго.

Другие сравнения

При сопоставлении коллекторных и асинхронных двигателей одинаковой мощности, вне зависимости от номинальной частоты последних, получается разная характеристика. Далее это будет описано подробнее. Универсальный коллекторный электродвигатель реализует «мягкую» характеристику. В данном случае момент прямо пропорционален нагрузке на валу, при этом обороты обратно пропорциональны ей. Номинальный момент обычно меньше максимального в 3-5 раз. Ограничение оборотов холостого хода характеризуется исключительно потерями в двигателе, при этом при включении мощного агрегата без нагрузки он может разрушиться.

Характеристикой асинхронного двигателя является «вентиляторная», то есть агрегат поддерживает частоту вращения, приближенную к номинальной, увеличивая момент максимально резко при незначительном снижении оборотов. Если речь идет о значительном изменении этого показателя, то момент двигателя не только не растет, но и падает до нулевой отметки, что приводит к полной остановке. Обороты холостого хода немного превышают номинальные, при этом остаются постоянными. Характеристикой однофазного асинхронного двигателя является дополнительный набор проблем, сопряженных с запуском, так как он не развивает пускового момента в нормальных условиях. Магнитное поле однофазного статора, пульсирующее во времени, распадается на два поля с противоположными фазами, из-за чего пуск без всевозможных ухищрений становится невозможным:

— емкость, создающая искусственную фазу;

— расщепленный паз;

— активное сопротивление, формирующее искусственную фазу.

Теоретически поле, вращающееся в противофазе, снижает максимальный КПД однофазного асинхронного агрегата до 50-60% из-за потерь в перенасыщенной магнитной системе и обмотках, нагружаемых токами противополя. Получается, что на одном валу находятся две электрические машины, при этом одна работает в двигательном режиме, а вторая – режиме противовключения. Получается, что электродвигатели однофазные коллекторные не знают конкурентов в соответствующих сетях. Чем и заслужили столь высокую популярность.

Механические характеристики электродвигателя обеспечивает ему определенную сферу использования. Малые обороты, ограниченные частотой сети переменного тока, делают асинхронные агрегаты аналогичной мощности большими по весу и размеру в сравнении с универсальными коллекторными. Однако при включении в цепь питания инвертора с высокой частотой можно добиться соизмеримых размеров и веса. Остается жесткость механической характеристики электродвигателя, к которой добавляются потери на токопреобразование, а также увеличение частоты, повышаются магнитные и индуктивные потери.

13cedd9ed3594c33f54996d54ea3b214.jpg

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем

— при изменении нагрузки обороты будут нестабильными;

— щеточно-коллекторный узел делает устройство не слишком надежным (необходимость применения максимально жестких щеток значительно снижает ресурс);

— коммутация переменного тока вызывает сильное искрение на коллекторе, при этом образуются радиопомехи;

— высокий уровень шума при работе;

— коллектор характеризуется большим числом деталей, что делает двигатель довольно массивным.

Современный коллекторный электродвигатель характеризуется ресурсом, сопоставимым с возможностями механических передач и рабочих органов.

Неисправности якоря и подшипников

Витковое замыкание или нарушение изоляции обмотки якоря приводит к искрению щеток. При серьезных повреждениях возникает эффект «кругового огня», когда искры «замыкаются», переходя с одной щетки на другую.

Искрение будет и при выходе из строя подшипников, поэтому сначала проверяются они. Если подшипники целы, то измеряют сопротивление изоляции якоря мегаомметром на 500 В. Если изоляция в норме, измеряют сопротивление обмоток якоря.

Между двумя соседними ламелями исправного якоря сопротивление одинаковое. При витковом замыкании в одной обмотке на одной паре ламелей будет меньшее сопротивление. При обрыве обмотки сопротивление многократно вырастет, так как прибор покажет суммарное сопротивление всех остальных обмоток.

Ни мультиметром, ни тестером нельзя определить витковое замыкание в якоре. Сопротивление одной обмотки – единицы Ом, а отсутствие одного витка прибор не заметит. Для проверки якорей в мастерских по ремонту двигателей пользуются способом косвенных измерений. К обмоткам подключают небольшое напряжение от регулируемого источника через амперметр. Величина напряжения выставляется на первой обмотке такой, чтобы амперметр показывал целое число ампер, это облегчает проверку. Не изменяя выходного напряжения, переключают щупы от устройства на соседнюю пару ламелей, и далее – пока не пройдут по всем. Резкое увеличение показаний амперметра свидетельствует о витковом замыкании, а уменьшение – об обрыве.

Неисправный якорь перематывают. Но стоимость работ соизмерима со стоимостью нового электроприбора.

Оцените качество статьи

Нам важно ваше мнение: .

Разновидности

Коллекторный электродвигатель постоянного тока обычно включает в свой состав такие элементы, как:

— трехполюсной ротор на подшипниках скольжения;

— двухполюсной статор на постоянных магнитах;

— в качестве щеток коллекторного узла.

Этот набор характерен для самых маломощных решений, используемых обычно в детских игрушках, где не требуется большая мощность. В состав более мощных двигателей включается еще несколько конструктивных элементов:

— четыре графитовые щетки в виде коллекторного узла;

— ротор с несколькими полюсами на подшипниках качения;

— статор из постоянных магнитов с четырьмя полюсами.

Чаще всего устройство электродвигателя такого типа используется в современных автомобилях для реализации привода вентилятора системы охлаждения и вентиляции, насосов омывателей, дворников и прочих элементов. Существую и более сложные агрегаты.

Мощность электродвигателя в несколько сотен ватт предполагает использование в составе четырехполюсного статора, выполненного из электромагнитов. Для подключения его обмоток может использоваться один из нескольких способов:

— Последовательно с ротором. В данном случае получается большой максимальный момент, однако из-за больших оборотов холостого хода велик риск повреждения двигателя.

— Параллельно с ротором. В данном случае обороты остаются стабильными в условиях изменяющейся нагрузки, однако максимальный момент заметно меньше.

— Смешанное возбуждение, когда часть обмотки подключается последовательно, а часть параллельно. В данном случае совмещены достоинства предыдущих вариантов. Используется этот тип для стартеров автомобилей.

— Независимое возбуждение, при котором используется отдельный источник питания. В данном случае получаются характеристики, соответствующие параллельному подключению. Используется этот вариант довольно редко.

Коллекторный электродвигатель обладает определенными достоинствами: их просто изготавливать, ремонтировать, эксплуатировать, а их ресурс работы достаточно велик. В качестве недостатков обычно выделяется следующий: эффективные конструкции подобных устройств обычно являются быстроходными и низкомоментными, поэтому большинство приводов требует установки редукторов. Это утверждение вполне обосновано, так как электрическая машина, ориентированная на низкую скорость, характеризуется заниженным КПД, а также связанными с этим проблемами охлаждения. Последние таковы, что для них сложно найти изящное решение.

Шероховатость поверхности коллектора

Одна из самых распространённых причин прекращения нормального функционирования коллектора. Возникает из-за различных царапин, нагара или накопления оксидного слоя на поверхности коллекторных пластин. Царапины появляются от воздействия различных частиц, которые попадают между щётками и пластинами коллектора. Нагар – появляется от искрения, а окись – результат влияния повышенной влажности в помещении, где эксплуатируется устройство.

От шероховатости поверхности можно легко избавиться, отшлифовав её с помощью мелкой стеклянной бумаги.

В результате продолжительного использования электродвигателя при расположенных друг напротив друга щетках, на коллекторе возникают желобки, что приводит к волнистости его поверхности. Этот дефект убирают, проточив коллектор на токарном станке. Рекомендуется размещать щетки в шахматном порядке: это поможет предотвратить появление желобков.

Разновидности модельного ряда

Коллекторный мотор — это вращающаяся электрическая машина переменного тока, которая легко преобразует постоянный ток в механическую энергию. Минимум одна обмотка, которая участвует в этом процессе соединена с главным коллектором.

ff4249537ea330887953b56be7e5f87c.jpg

Практически каждая модель состоит из таких элементов:

  1. Качественный статор двухполюсного типа на постоянных магнитах.
  2. Профессиональный трёхполюсной ротор на специфических подшипниках с эффектом скольжения.
  3. Медные пластины, которые используются в качестве щёток для коллекторного мотора.

Стоит отметить, что этот набор является минимальным, из-за чего часто встречается в бюджетных моделях. Это касается и детских игрушек, где не нужна большая рабочая мощность.

В комплектацию более качественных изделий обычно добавляют ещё несколько элементов:

  • Многополюсной ротор на специальных подшипниках качения.
  • Четыре щётки из графита, которые представлены в виде коллекторного агрегата.
  • Статор с четырьмя полюсами, который состоит из постоянных магнитов.

Такие агрегаты принято использовать в современных автомобилях для обустройства высококачественного привода для вентилятора системы охлаждения и вентиляции, дворников и насосов омывателей лобового стекла. Конечно, в продаже можно встретить и более сложные агрегаты, которые отличаются не только эксплуатационными характеристиками и сферой применения, но и ценой.

Если мощность электродвигателя находится в пределах нескольких сотен ватт, то в его комплектацию обязательно входит четырехполюсной статор, который изготовлен из специальных магнитов. А вот качественное подключение обмотки может быть выполнено по одному из следующих способов:

  • Параллельно. В условиях колеблющейся нагрузки все обороты остаются стабильными, но вот максимальный момент немного снижен.
  • Последовательно с ротором. Этот вариант отличается тем, что максимальный момент приобретает довольно внушительные показатели, но присутствует большой риск поломки мотора, так как агрегат эксплуатируется пользователем на больших оборотах.
  • Независимое возбуждение от отдельного источника питания. Для этой ситуации используются те же самые характеристики, которые свойственны параллельному типу подключения. Стоит отметить, что этот вариант применяется специалистами крайне редко.
  • Смешанный тип возбуждения, когда определённая часть имеющейся обмотки подключается последовательно, а вторая часть — параллельно. В этой конфигурации удачно совмещены все преимущества предыдущих вариантов. Такой тип подключения идеально подходит для автомобильных стартеров.

Но известные производители предусмотрели наличие универсальных коллекторных двигателей. Ключевая их особенность состоит в том, что они отлично работают как на постоянном, так и на переменном токе. Их активно эксплуатируют в бытовой технике, электроинструментах, а также в составах железнодорожного транспорта.

Такая популярность обусловлена тем, что они имеют достаточно небольшой вес и размер. Помимо этого, их цена более чем доступна и каждый пользователь может самостоятельно установить необходимое для работы количество оборотов. За счёт этого коллектор электродвигателя относится к категории устройств переменного тока, он показывает отличные результаты и с нестабильными источниками энергии.

Трехфазные коллекторные двигатели

e7eedf8b2c2f4a4f6791ebea3a05d1cf.jpg

Существующие асинхронные машины, имеющие в своей конструкции коллектор и работающие от трехфазной электрической сети, функционируют при условии существования магнитного поля, которое вращается с частотой, различной от частоты вращения самого поля. Для выполнения процесса возбуждения применяется обмотка возбуждения с качествами шунтового двигателя с обмотками соединенными параллельно, питающее напряжение для двигателя поставляется от ротора самой машины.

В конструкции машины присутствует роторная обмотка, выполняющая основную функцию, она подключена к сети переменного напряжения посредством щеточного механизма при использовании токосъемных контактных колец. Статорная обмотка соединяется всеми фазами с коллектором машины, она расположена в роторных пазах вместе с основной обмоткой. Для каждой конкретной фазы в статоре машины соответствуют определенные щетки, они имеют возможность сдвигаться и раздвигаться за счет использования подвижных траверс. Установка щеток на одни и те же пластины коллектора, делает двигатель способным выполнять работу в режиме асинхронного двигателя. Отличие его от настоящего действительного асинхронного двигателя заключается в том, что роторная обмотка используется в виде первичной обмотки, а статорная – выполняет функцию вторичной.

Раздвижение щеток в механизме создает ЭДС с частотой ЭДС статорной цепи, равной частоте скольжения. ЭДС в щетках является добавочной и вызывает во вторичной цепи двигателя, то есть в его статоре – ток, создающий и определяющий момент вращения машины. Увеличение скольжения также достигается за счет раздвижения щеток. Это диктует создание рабочего режима, зависящего от тока необходимого, при получении величины момента аналогичного моменту торможения машины. Большое раздвижение щеток увеличивает добавочную ЭДС и снижает число оборотов вала отличных от значения синхронной скорости.

Регулировка скорости происходит за счет введения отсутствующий мощности в коллекторную цепь, в этом случае происходит сдвиг по фазе относительно тока во вторичке и дополнительной ЭДС на угол более 90о. Мощность, которая берется от статора, приходит обратно в электрическую сеть посредством использования трансформаторной связи между обмотками. За счет этого эффекта достигается экономия регулирования количества оборотов вала машины при добавлении во вторичную цепь ЭДС.

Раздвигая щетки, осуществляется процесс регулировки скорости, при которой работает машина относительной синхронной частоты вращения, увеличивая ее или уменьшая.

Кроме вышеперечисленных преимуществ, двигатель дает возможность регулировать cosφ. Это достигается посредством смещения щеток соответствующих своим фазам, происходит изменение ЭДС по фазе. Повышение качества cosφ при значении скорости менее синхронной, происходит смещение щеток в сторону противоположную направлению движения ротора.

Использование двигателей этого типа, работающих от трехфазной сети, характерно для предприятий легкой, текстильной промышленности, для специальных прядильных станков. Также используется в приводе ротационных машин в полиграфии, в металлургической промышленности для операции по резке металлов.

Из-за плохих коммутационных условий, трехфазные машины не выполняют на значение мощности превышающей 250 кВт, так как с повышением мощности происходит увеличение магнитного потока, что затрудняет получение трансформаторной ЭДС. Добавочная ЭДС, которая находится во вторичной цепи и используется в качестве экономичного регулятора количества оборотов вала повышения и cosφ, получается за счет введения асинхронной машины каскадным способом наряду с двигателями коллекторного типа, что происходит чрезвычайно редко.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Упрощенная схема подключения

Типовая схема подключения коллекторного электродвигателя переменного тока может предусматривать до десяти выведенных контактов на контактной планке. Ток от фазы L протекает до одной из щеток, затем передается на коллектор и обмотку якоря, после чего проходит вторую щетку и перемычку на обмотки статора и выходит на нейтраль N. Такой способ подключения не предусматривает реверс двигателя вследствие того, что последовательное подсоединение обмоток ведет к одновременной замене полюсов магнитных полей и в результате момент всегда имеет одно направление.

40310c1c7758dcca66c274d0070b4c2c.jpg

Направление вращения в этом случае можно изменить, только поменяв местами выхода обмоток на контактной планке. Включение двигателя «напрямую» выполняется только с подсоединенными выводами статора и ротора (через щеточно-коллекторный механизм). Вывод половины обмотки используется для включения второй скорости. Следует помнить, что при таком подключении мотор работает на полную мощность с момента включения, поэтому эксплуатировать его можно не более 15 секунд.

Наши читатели рекомендуют!

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Особенности конструкции и принцип действия

f419b08f5ed47f04e078eefb9055aea1.jpg По сути, коллекторный двигатель переменного тока представляет собой достаточно специфичное устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и, в силу этого, обладающее схожими характеристиками. Отличие этих двигателей состоит в том, что корпус статора мотора переменного тока для снижения потерь на вихревые токи выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Обмотки возбуждения машины переменного тока подключаются последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220в.

Могут быть как одно-, так и трехфазными; благодаря способности работать от постоянного и переменного тока называются ещё универсальными. Кроме статора и ротора конструкция включает щеточно-коллекторный механизм и тахогенератор. Вращение ротора в коллекторном электродвигателе возникает в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин трапецеидального сечения и является одним из узлов ротора, последовательно соединенного с обмотками статора.

В целом принцип работы коллекторного мотора переменного тока можно наглядно продемонстрировать с помощью известного со школы опыта с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если через рамку протекает ток, она начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления движения тока в ней.

Последовательное подсоединение обмоток возбуждения дает большой максимальный момент, но появляются большие обороты холостого хода, способные привести к преждевременному выходу механизма из строя.

Принцип действия

Устройство электродвигателя коллекторного демонстрирует, как прибор преобразует электрическую энергию в механическую и в обратном направлении. Это говорит о его возможности использования в качестве генератора. Стоит более подробно рассмотреть коллекторный электродвигатель, схема которого продемонстрирует его возможности.

Законы физики ясно говорят о том, что при пропускании электрического тока сквозь проводник, находящийся в магнитном поле, появляется воздействие на него определенной силы. При этом работает правило правой руки, оказывающее непосредственное влияние на мощность электродвигателя. Коллекторный электродвигатель работает именно по такому основному принципу.

12962a1ed8683b12c1a4ffa0995d47e5.jpg

Физика учит нас тому, что основой создания нужных вещей служат маленькие правила. Это и послужило базой для создания рамки, вращающейся в магнитном поле, что и позволило создать коллекторный электродвигатель. Схема показывает, что в магнитное поле помещена пара проводников, ток которых направлен в противоположные стороны, а значит, и силы тоже. Их сумма и дает необходимый крутящий момент. Устройство электродвигателя намного сложнее, так как в него добавлен целый комплекс необходимых элементов, в частности, коллектор, обеспечивающий одинаковое направление тока над полюсами. Неравномерность хода была устранена за счет размещения еще нескольких катушек на якоре, при этом постоянные магниты были заменены на катушки, что позволило уйти от необходимости использования постоянного тока. Это позволило придать крутящему моменту единое направление.

Что называют коллекторным двигателем

Коллекторным двигателем называется электрическая машина, датчик положения ротора и переключатель тока в которой — это одно и то же устройство, называемое щеточно-коллекторным узлом. Про последний можно рассказать дополнительно. Он обеспечивает электрическое соединение цепей в неподвижной части машины с цепями ротора. Конструктивно он состоит из щеток (под ними понимаются скользящие контакты, которые расположены вокруг вращающейся части двигателя) и коллектора (то, что находится на движимом элементе механизма).

f415ac53d385f68fb7768b47aa92ee59.jpg

К общим достоинствам можно отнести то, что коллекторный двигатель прост в изготовлении и эксплуатации, имеет значительный ресурс использования и легко может быть отремонтирован. К общим недостаткам причисляют то, что они имеют малую массу и большой коэффициент полезного действия. В большинстве случаев это только плюс, но не сейчас. Так, соединение низкой массы и быстроходности (которая достигает сотен и тысяч оборотов в минуту) приводит к тому, что для нормальной работы почти всегда требуются редукторы. А при перестройке на низкую скорость машина имеет пониженный КПД, и возникают проблемы с охлаждением. Пока изящного решения этой проблемы найти не удалось.

Ремонт электродвигателей своими руками

Как и любое иное устройство, этот агрегат может выйти из строя по любой причине. Если электродвигатель, фото которого вы можете увидеть в нашем обзоре, не может набрать нужное число оборотов, либо при его пуске не крутится вал, требуется проверить, не сгорели ли его предохранители, нет ли обрывов в электрической цепи якоря, не перегружено ли само устройство. Очень часто перегрузка приводит к потреблению силы тока ненормального значения. Для устранения этой неисправности требуется тщательно осмотреть механическую передачу и тормоз, а потом устранить причины перегрузок.

ecfa20eff7291d436d09798e341eb304.jpg

Устройство электродвигателя таково, что при запуске он потребляет определенную силу тока. Если она больше номинального значения, требуется проверить согласованность подключения параллельной и последовательной обмоток относительно друг друга, а также по отношению к реостату. Когда проводится ремонт электродвигателей своими руками, чаще всего допускаются вполне конкретные ошибки. В частности, шунтовая обмотка может быть последовательно подключена с электрическим сопротивлением реостата, либо соединена с одним полюсом электрической сети.

Проверка согласованности подключения рабочей обмотки возбуждения производится посредством подключения одного из концов шунтовой обмотки с якорным концом, а второго — с электрическим проводником, идущим от дуги реостата. Обычно поперечное сечение этого электрического проводника немного меньше остальных, поэтому его можно обнаружить без мегаомметра. После включения силового рубильника и сдвига ползунка реостата в среднее положение на свободные концы подается питание. Посредством контрольной лампы производится последовательная проверка всех проводящих концов. При касании с одним из них лампа должна загораться, а с другим – нет. Так тестируется весь электродвигатель. Цена проводимой работы будет зависеть от вида поломки агрегата.

Если при работе устройства наблюдается количество оборотов, которое меньше номинального, то в качестве основных причин этого обычно служат такие: малое сетевое напряжение, перегрузка устройства, большой возбуждающий ток. Если отмечается неработоспособность обратного характера, требуется проверить электроцепь возбуждения, устранить все выявленные дефекты, после чего можно установить нормальную величину тока возбуждения. В некоторых случаях может потребоваться перемотка электродвигателей.

617e2761acc628703b044ea6f467d2cc.jpg

Когда причина неработоспособности агрегата заключается в ошибочном сопряжении параллельной и последовательной обмотки возбуждения, требуется восстановить правильный порядок соединения. При невозможности устранения подобной неполадки простым путем может потребоваться перемотка электродвигателей. Требуется проверить и величину напряжения в электрической сети, так как при повышении ее номинального показателя обороты прибора могут увеличиваться.

Схема подключения электродвигателя 380 на 220 вольт с конденсатором

Есть еще один вариант подключения электродвигателя мощность в 380 Вольт, который приходит в движение без нагрузки. Для этого также необходим конденсатор в рабочем состоянии.

Один конец подключается к нулю, а второй — к выходу треугольника с порядковым номером три. Чтобы изменить направление вращения электромотора, стоит подключить его к фазе, а не к нулю.

bea401a10da281412beec86c776f3512.jpg

Схема подключения электродвигателя 220 вольт через конденсаторы

В случае когда мощность двигателя более 1,5 Киловатта или он при старте работает сразу с нагрузкой, вместе с рабочим конденсатором необходимо параллельно установить и пусковой. Он служит увеличению пускового момента и включается всего на несколько секунд во время старта. Для удобства он подключается с кнопкой, а все устройство — от электропитания через тумблер или кнопку с двумя позициями, которая имеет два фиксированных положения. Для того чтобы запустить такой электромотор, необходимо все подключить через кнопку (тумблер) и держать кнопку старта, пока он не запустится. Когда запустился – просто отпускаем кнопку и пружина размыкает контакты, отключая стартер

d13ea984a552522153fb2afa0ea4a31a.jpg

Специфика заключается в том, что асинхронные двигатели изначально предназначаются для подключения к сети с тремя фазами в 380 В или 220 В.

Важно! Для того чтобы подключить однофазный электромотор в однофазную сеть, необходимо ознакомиться с данными мотора на бирке и знать следующее:

Р = 1,73 * 220 В * 2,0 * 0,67 = 510 (Вт) расчет для 220 В

Р = 1,73 * 380 * 1,16 * 0,67 =510,9 (Вт) расчет для 380 В

По формуле становится понятно, что электрическая мощность превосходит механическую. Это необходимый запас для компенсации потерь мощности при старте — создании вращающегося момента магнитного поля.

Существуют два типа обмотки — звездой и треугольником. По информации на бирке мотора можно определить какая система в нем использована.

Немного о коллекторных электродвигателях

  • Обычное для домашнего хозяйства напряжение — это 220в. От 220в питается большая часть бытовой техники, потому она проектируется именно под эти особенности;
  • Подавляющее большинство коллекторных электродвигателей, которые присутствуют дома — это не асинхронный, а синхронный агрегат;
  • В отличие от асинхронного движка, синхронные устройства имеют неподвижную обмотку статора и обмотку на валу, то есть якорь. На них через щеточно графитное устройство или коллектор подается напряжение 220в.

Такие электродвигатели можно встретить в следующих устройствах:

  • Стиральные машины;
  • Электрические инструменты;
  • Детские игрушки;
  • Пылесосы и пр.

Конструкция

Главной деталью считается коллектор. На фото показано, что деталь трудно перепутать. Коллектор легко просматривается через любую щель. Это барабан медного цвета, состоящий из множества отделённых друг от друга канавками ламелей. Структура коллектора сложна, каждую катушку нужно включить в двух направлениях для увеличения мощности. Этого не сделал однажды Якоби, и результат получился посредственным.

Обмотка якоря (движущейся части двигателя) состоит из множества катушек, образующих полюса. Конструкция симметрична для минимизации люфта, биений, снижения уровня вибраций. Это повышает срок эксплуатации изделия.

Коллектор, укреплённый на валу, становится распределителем электрической энергии, механическим коммутатором. Сегодня альтернативой этому варианту признаны вентильные двигатели с электронным управлением. За счёт своеобразной конструкции коллектор сильно искрит: при разрыве поверхностей щётки и ламели образуется быстро гаснущая дуга. Это становится причиной шума. По уровню постороннего звука коллекторные двигатели превосходят в разы прочие приспособления.

c919ad44e610e7a2cc226ecc058f1aef.jpg

Щётки постепенно изнашиваются. Они состоят из контакта-шайбы под резьбовое соединение; толстого, характерного вида многожильного медного провода и графитового тела. По этим признакам узнаётся коллекторный двигатель, если задняя его часть закрыта кожухом, как показано на фото. Не нужно искать графитовое тело, достаточно посмотреть, куда идёт кабель. Конструкция держателей различается, но щётка легко снимается и заменяется на новую. Для обеспечения надёжного контакта служит прижимная пружина. Она присутствует во всех конструкциях, графитовое тело в процессе эксплуатации стачивается.

Несложно проиллюстрировать на болгарке (угло-шлифовальной машине). Для доступа имеются специальные крышки, позволяющие заменить щётку, не вскрывая корпуса. Чем обеспечиваются высокие эксплуатационные качества. Часто объем работ по резке и зачистке металлов на болгарку ложится большой, в пылу работы разбирать корпус не станет лучшим решением. Если присутствуют крышки, показанные на фото, достаточно снять их и заменить деталь. Резьбовое соединение здесь отсутствует, щётка прижимается к коллектору непосредственно крышкой.

Шлицевой отвёрткой нужно провернуть заглушку и извлечь старую щётку. Контактная площадка легко выбрасывается наружу, подталкиваемая пружиной. При невозможности достать идентичную щётку, допускается графитовое тело подточить. Форма контакта роли не играет, при необходимости припаивается нужной формы шайба, площадка и пр.

Из сказанного следует, что коллекторный двигатель в высшей степени ремонтопригодный. Отношение свысока к конструкциям постоянного тока неправильная политика. Эффективность переменного тока (крутящий момент, КПД) ниже. Причина — скорость вращения вала не всегда совпадает с частотой сети. Сложно предсказать результат векторного сложения полей всех полюсов.

Как центровать ротор в дрели перед шлифовкой

Центровка ротора в патроне дрели производится для обеспечения минимального биения радиальной поверхности коллектора относительно вала ротора.

Сначала проверьте биение губок патрона. Закрепите дрель в тисках, установите в патрон сверло самого большого диметра.

Вращая дрель, подведите к вращающейся боковой поверхности сверла карандаш, опирая его на простой упор. При минимальном биении карандаш будет очерчивать на поверхности сверла сплошную линию. Если биение значительное, поменяйте патрон в дрели или подберите дрель с меньшим биением патрона.

Теперь вместо сверла зажмите вал ротора и таким же способом определите места биения ротора или коллектора.

Работа силовой установки

Для того, что бы понять, как работает коллекторный двигатель, вспомним электромагнитную индукцию. Поместим на оси вращения проводник, с циркулирующим током внутри него, между магнитами, северный и южный полюс. Проводник вращается в направление движения тока, это принцип работы коллекторного двигателя. Питание проходит через щетки на конец проводника. Пол оборота, и происходит переключение тока, способствующее непрерывному вращению в заданном направлении. Коллекторный двигатель оборудован несколькими проводниками, поэтому окружность коллектора, делится на контакты.

От статора ток проходит к обмоткам ротора посредством последовательного соединения, щёток и коллектора. Коллекторные двигатели применяют в изделиях, где важна скорость вращения. Моторы не тяжёлые, с относительно небольшими габаритными размерами.

Принцип работы коллекторного двигателя.

ba528d0db2ae6a6fb972fbd53f5eb1d7.jpg

Важно! Коллекторный двигатель, способен работать в обратном порядке, преобразовывать механическую энергию в электрическую энергию. В этом случае, роль установки – генератор

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.

Биение коллектора

Эта проблема может возникнуть при нарушении работы подшипников в электродвигателе либо при неравномерной высоте медных пластин коллектора.

Для устранения этой проблемы следует отремонтировать или заменить дефектный подшипник либо проточить коллектор, если суть проблемы в высоте пластин. Если дело в неправильно выполненной центровке якоря электродвигателя, то это можно исправить с помощью специального станка.

Следует использовать профильные мастерские, которые производят ремонт электродвигателей. чтобы полностью исключить ошибки и получить надежные гарантии.

57acc3223758357adc87fd0864c41091.jpg 0 Ротор асинхронного двигателя: устройство короткозамкнутого и фазного ротора Внушительная мощность асинхронного электродвигателя, трансформирующего электричество в […]

0946d5161eb81322f369451b73dd0679.png 0 Ремонт генератора автомобиля своими руками Что ломается Автомобильный генератор служит долго. Обычно проблемы с ним возникают у […]

3affa9a5c408355c065b67a43e07f61c.jpg 0 Статор асинхронного двигателя Асинхронным (индукционным) называется электродвигатель, у которого скорость вращения […]

1242e6faf9f2511018aac35df28f6740.jpg

Чтобы в процессе эксплуатации жилища не возникало проблем с использованием и обслуживанием электросети, нужно знать, что такое фаза. ноль и земля в электропроводке квартиры.

Александр, чем конкретно данную статью дополнить? Постараюсь учесть Ваше пожелание!

Неисправности щеточного аппарата

Щетки – слабое место коллекторного электродвигателя. В процессе работы они стираются, а графитовая пыль оседает на коллекторе и окружающих предметах. Пружины, которыми осуществляется прижим, либо объединены в один узел со щеткой и ее контактным поводком, либо входят в состав держателя. По мере стирания щеток пружины растягиваются и прижимают их слабее, контакт ухудшается. Этому еще способствует угольная пыль, попадающая в направляющие пазы. Возникают ситуации, когда пыль блокирует щетку, а силы пружины не достаточно, чтобы протолкнуть ее через это препятствие. Щетка «подвисает», и двигатель останавливается. При небольшом сотрясении контакт возобновляется, и двигатель работает снова.

Стертые щетки нужно заменить на новые. Желательно купить те, которые предназначены для данного устройства, но такое не всегда возможно. Поэтому приобретаются щетки большего размера и подгоняются под нужный. Для этого используется мелкая наждачная бумага, расстеленная на ровной поверхности. Щетка плотно прижимается к ней и стирается до нужного размера, желательно — поточнее.

73ea0f9a4d4850aab2b124029a9d4e17.jpgСтарые и новые щетки

После замены щетки притирают к коллектору, подкладывая под них наждачную бумагу и прокручивая туда-сюда коллектор вместе с ней. В результате рабочая поверхность щетки должна полностью повторять форму коллектора. Но для большинства бытовых приборов и электроинструмента такая операция не потребуется, притирка произойдет сама на начальном этапе эксплуатации.

Принцип работы бесколлекторного мотора

Здесь все наоборот, у моторов бесколлекторного типа отсутствуют как щетки так и коллектор. Магниты в них располагаются строго вокруг вала и выполняют функцию ротора. Обмотки, которые имеют уже несколько магнитных полюсов, размещаются вокруг него. На роторе бесколлектоных моторов устанавливается так называемый сенсор (датчик) который будет контролировать его положение и передавать эту информацию процессору который работает в купе с регулятором скорости вращения (обмен данными о положении ротора происходит более 100 раз в секунду). На выходе мы получаем более плавную работу самого мотора с максимальной отдачей.

Бесколлекторные моторы могут быть с датчиком (сенсором) и без него. Отсутствие датчика незначительно снижает эффективность работы мотора, поэтому их отсутствие вряд ли расстроит новичка, но зато, приятно удивит ценник. Отличить друг от друга их просто. У моторов с датчиком, помимо 3-х толстых проводов питания есть еще дополнительный шлейф из тонких, которые идут к регулятору скорости. Не стоит гнаться за моторами с датчиком как новичку так и любителю, т.к их потенциал оценит только профи, а остальные просто переплатят, причем значительно.

Это схема обмотки звездой

9e7b24f0f24930b3b5ca4ee1f79be592.jpg

Красные стрелки — это распределение напряжения в обмотках мотора, говорит о том, что на одной обмотке распределяется напряжение единичной фазы в 220 В, а двух других — линейного напряжения 380 В. Такой двигатель можно приспособить под однофазную сеть по рекомендациям на бирке: узнать для какого напряжения созданы обмотки, можно соединять их звездой или треугольником.

Схема обмотки треугольником проще. По возможности лучше применить ее, так как двигатель будет терять мощность в меньшем количестве, а напряжение по обмоткам всюду будет равно 220 В.

Это схема подключения с конденсатором асинхронного двигателя в однофазную сеть. Включает рабочие и пусковые конденсаторы.

5fe8734072202238cd21d8453472e032.jpg

Пример:

  • применяем конденсаторы, ориентируясь на напряжение, минимум 300 или 400 В;
  • емкость рабочих конденсаторов набирается путем параллельного их соединения;
  • вычисляем таким образом: каждые 100 Вт — это еще 7 мкФ, учитывая, что 1 кВт равен 70 мкФ;
  • это пример параллельного соединения конденсаторов
  • емкость для пуска должна превышать в три раза емкость рабочих конденсаторов.

Важно! Если при старте не отключить вовремя пусковые конденсаторы, когда мотор наберет стандартные для него обороты, они приведут к большому перекосу по току во всех обмотках, что попросту заканчивается перегревом электромотора.

После прочтения статьи, рекомендуем ознакомиться с техникой подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть:

  • Как правильно установить варочную панель в столешницу
  • Как установить инфракрасный обогреватель самостоятельно
  • Как подключить кондиционер к электросети самому

Принцип работы коллекторного мотора

Электрический ток (DC или direct current), поступая на обмотки якоря (в зависимости от их количества на каждую по очереди) создает в них электромагнитное поле, которое с одной стороны имеет южный полюс, а с другой стороны северный.

Многие знают, что, если взять два любых магнита и приставить их одноименными полюсами друг другу, то они не за что не сойдутся, а если приставить разноименными, то они прилипнут так, что не всегда возможно их разъединить.

Так вот, это электромагнитное поле, которое возникает в любой из обмоток якоря, взаимодействуя с каждым из полюсов магнитов статора, приводит в действие (вращение) сам якорь. Далее ток, через коллектор и щетки переходит к следующей обмотке и так последовательно, переходя от одной обмотки якоря к другой, вал электродвигателя совместно с якорем вращается, но лишь до тех пор, пока к нему подается напряжение.

В стандартном коллекторном моторе якорь имеет три полюса (три обмотки) – это сделано для того чтобы движок не «залипал» в одном положении.

Повреждения шнура питания коллекторного двигателя

Слабое место у электроинструмента – шнур питания. В процессе эксплуатации его часто сматывают и разматывают. При этом он чаще всего перегибается в одном и том же месте – у входа в корпус. Несмотря на то, что шнур в этом месте защищен резиновой вставкой, со временем гибкие провода в нем переламываются.

Иногда неисправность заявляет о себе заранее: инструмент периодически останавливается и вновь запускается в работу. Лучше не ждать полного обрыва провода, а сразу разобрать инструмент, подтянуть в него часть шнура так, чтобы вырезать место обрыва и подключит его снова.

Если инструмент перестал работать – первым делом проверяйте шнур на целостность мультиметром. Если он не прозванивается, то место повреждения, скорее всего, у корпуса.

Как пользоваться мультиметром читайте статью: .

ffae1dfbe46bc9c425840b312058d0c3.jpgПроверка шнура питания

Неисправности щеточного аппарата

Щетки – слабое место коллекторного электродвигателя. В процессе работы они стираются, а графитовая пыль оседает на коллекторе и окружающих предметах. Пружины, которыми осуществляется прижим, либо объединены в один узел со щеткой и ее контактным поводком, либо входят в состав держателя. По мере стирания щеток пружины растягиваются и прижимают их слабее, контакт ухудшается. Этому еще способствует угольная пыль, попадающая в направляющие пазы. Возникают ситуации, когда пыль блокирует щетку, а силы пружины не достаточно, чтобы протолкнуть ее через это препятствие. Щетка «подвисает», и двигатель останавливается. При небольшом сотрясении контакт возобновляется, и двигатель работает снова.

Стертые щетки нужно заменить на новые. Желательно купить те, которые предназначены для данного устройства, но такое не всегда возможно. Поэтому приобретаются щетки большего размера и подгоняются под нужный. Для этого используется мелкая наждачная бумага, расстеленная на ровной поверхности. Щетка плотно прижимается к ней и стирается до нужного размера, желательно — поточнее.

73ea0f9a4d4850aab2b124029a9d4e17.jpg

Старые и новые щетки

После замены щетки притирают к коллектору, подкладывая под них наждачную бумагу и прокручивая туда-сюда коллектор вместе с ней. В результате рабочая поверхность щетки должна полностью повторять форму коллектора. Но для большинства бытовых приборов и электроинструмента такая операция не потребуется, притирка произойдет сама на начальном этапе эксплуатации.

Составляющие элементы конструкции

Чтобы максимально правильно разобраться с особенностями устройства коллекторного электродвигателя, нужно изучить все комплектующие детали этого агрегата. Ведь само устройство представлено в виде прибора постоянного тока, где присутствуют последовательно включённые обмотки возбуждения. Они предназначены для работы на переменном токе бытовой электросети.

284d5ee2a296a55a428daba66ec9fde4.jpg

В независимости от полярности двигатель всегда вращается только в одну сторону. Такая особенность связана с тем, что последовательное соединение обмоток ротора и статора приводит к одновременной смене магнитных полюсов. В результате этого результирующий момент направляется исключительно в одну и ту же сторону.

Высокая эффективность использования коллекторного электродвигателя обусловлена наличием следующих элементов:

  • Статор — это неподвижная часть установки.
  • Якорь — неотъемлемая деталь коллекторного агрегата, в котором происходит индуктирование электродвижущей силы и протекает ток нагрузки. Стоит отметить, что в качестве якоря может выступать как статор, так и ротор.
  • Индуктор — специализированная система возбуждения. Эта деталь создаёт магнитный поток для своевременного образования крутящегося момента. Индуктор обязательно оснащается обмоткой возбуждения или же постоянными магнитами. Сама деталь может выступать в качестве неотъемлемой части статора или ротора.
  • Ротор — вращающийся элемент машины.
  • Коллектор — базовая часть мотора, которая контактирует со щётками (две эти детали распределяют электрический ток по катушкам обмотки якоря).
  • Щётки — это составляющая часть цепи, по которой передаётся электроэнергия от источника питания к якорю. Эти элементы выпускаются из прочного графита. Двигатель постоянного тока может содержать от одной пары щёток и более.

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

50acb02c0161ab3944de47fafb1c2c5f.jpg

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

Xc=1/2πfC

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

44614263ac7158e07f9fc5891e2bfd42.png

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

8bf9be94ab062f65825d17195ab0973d.png Преимущества специализированного частотного преобразователя:

        • интеллектуальное управление двигателем
        • стабильно устойчивая работа двигателя
        • огромные возможности современных ПЧ:
          • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
          • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
          • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
          • различные выходы
          • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
          • предустановленные скорости
          • ПИД-регулятор

1f0e35c3254ceeb47df5eff497e50c6a.png Минусы использования однофазного ПЧ:

        • ограниченное управление частотой
        • высокая стоимость

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

 

7d9533b2d070ba2e6954052f33d3ce03.jpg

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

aef8420260b0044379f282daee93961b.png

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

828ba1f6ad59efa517e13010ab90f739.jpg

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

8bf9be94ab062f65825d17195ab0973d.png Преимущества:

          • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
          • огромный выбор по мощности и производителям
          • более широкий диапазон регулирования частоты
          • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

1f0e35c3254ceeb47df5eff497e50c6a.png Недостатки метода:

          • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
          • пульсирующий и пониженный момент
          • повышенный нагрев
          • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Неисправности регуляторов скорости вращения

В электродрелях и шуруповертах скорость вращения регулируется устройством, представляющим единый узел с кнопкой управления. В нее иногда встраивается устройство реверса. Поэтому все неисправности, связанные с резкими изменениями скорости при регулировке и проблемами с реверсом, решаются заменой этого узла. Но основная его неисправность – отсутствие контакта, в результате которой инструмент не вращается. Проверить исправность кнопки включения можно мультиметром в режиме измерения напряжения. Для аккумуляторного инструмента измеряется постоянное напряжение после кнопки, с питанием от сети – переменное.

1375199fedfabd9fa5a58bce29568bd9.jpegРегулятор скорости вращения

Поскольку для проверки инструмент придется разобрать, заранее предотвратите случайное включение инструмента. Исправность его может восстановиться, и вы получите травму. Для исключения такого варианта снимите с выключателя выходные клеммы с проводами (те, на которых предполагается провести измерения).

e6c32ef21a5da503bad16b4afefb9050.jpgПример схемы регулятора скорости вращения

Для миксеров и им подобной техники, имеющей механическое переключение ответвлений обмоток статора, лучше воспользоваться мультиметром в режиме измерения сопротивлений. Проверьте исправность переключателя и целостность коммутируемых им обмоток.

Из чего он выполнен

Коллекторный электродвигатель переменного тока предполагает использование в конструкции статора из магнитно-мягкого материала, который характеризуется малым гистерезисом. Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, этот элемент делается из наборных пластин с изоляцией. В качестве подмножества коллекторных машин переменного тока принято выделять агрегаты пульсирующего тока, которые получены посредством выпрямления тока однофазной цепи без применения сглаживания пульсации.

Коллекторный электродвигатель переменного тока чаще всего характеризуется такой особенностью: в режиме малых оборотов обмоток статора не позволяет потреблять ток больше определенных пределов, при этом ограничивается и максимальный момент двигателя до 3-5 от номинального. Сближение механических характеристик достигается за счет использования секционирования обмоток статора – для подключения переменного тока используются отдельные выводы.

Довольно сложная задача сопряжена с коммутацией мощной коллекторной машины переменного тока. В тот момент, когда секция проходит нейтраль, магнитное поле, находящееся в сцеплении с ротором, меняет свое направление на противоположное, а это становится причиной генерации в секции реактивной ЭДС. Это случается при работе от переменного тока. В коллекторных машинах переменного тока тоже имеет место реактивная ЭДС. Тут же отмечается и трансформаторная ЭДС, так как ротор находится в магнитном поле статора, пульсирующем во времени. Плавный пуск коллекторного электродвигателя невозможен, так как в этот момент амплитуда машины будет максимальной, а по мере приближения к скорости синхронизма будет пропорционально снижаться. По мере дальнейшего разгона будет отмечаться новое возрастание. Для решения проблемы коммутации в этом случае предлагается несколько последовательных шагов:

— При проектировании следует отдавать предпочтение одновитковой секции, что позволит уменьшить поток сцепления.

— Активное сопротивление секции требуется увеличивать, для чего наиболее перспективными элементами являются резисторы в коллекторных пластинах, где наблюдается хорошее охлаждение.

— Коллектор должен активно подшлифовываться щетками максимальной твердости с наибольшим сопротивлением.

— Реактивная ЭДС может быть компенсирована посредством использования добавочных полюсов с последовательными обмотками, а параллельные обмотки применимы для компенсации трансформаторной ЭДС. Так как величина последнего параметра представляет собой функцию угловой скорости ротора и тока намагничивания, подобные обмотки требуют использования систем подчиненного регулирования, которых пока еще не существуют.

— Частота питающих цепей должна быть как можно ниже. Наиболее популярными вариантами являются 16 и 25 Гц.

— Реверсирование УКД производится при помощи переключение полярности включения обмоток статора или ротора.

94d41bfa2f15abc2c583f46b5339585b.jpg

Возможные неисправности коллекторного электродвигателя

Иногда даже люди, знакомые с устройством механизма, слабо представляют, как проверить коллекторный электродвигатель. Ниже мы расскажем обо всех возможных неисправностях и способах их выявления и устранения.

  • Нарушение контактов. На него указывает активное искрение.
  • Межвитковое замыкание (замыкание обмоток в коллекторе). Оно также вызывает искрение.
  • Износ щеточно-коллекторного узла. При этом он чернеет и появляется искрение. Обычно проблема решается путем замены старых элементов на новые. Чтобы снять узел, отодвиньте фиксатор и открутите крепежный болт (в зависимости от модели двигателя).
  • Потемнение контактной части коллектора. Часто достаточно зачистить его мелкой наждачной бумагой.
  • Образование канавки в месте контакта щеток с коллектором. Необходимо выполнить проточку узла на станке.
  • Износ подшипника. Эту неисправность можно определить по усиленной вибрации корпуса во время работы двигателя и биению патрона. В этом случае требуется замена подшипника.
  • Касание якорем статора. Иногда хватает замены якоря, но в некоторых случаях придется заменить и якорь, и статор.
  • Сбой управления на микроконтроллере. Установка нового микроконтроллера – оптимальное решение проблемы.
  • Выгорание или обрыв обмоток. Обратите внимание на их цвет и целостность. Почернение всего корпуса обмоток или их части указывает на выгорание, обрыв легко определяется при визуальном осмотре. В этом случае требуется их замена или перемотка.
  • Графитовая пыль в пространстве между ламелями. Вашему прибору просто нужна прочистка.
  • Выгорание изоляции проводов. На эту проблему укажет характерный запах.

Во всех вышеуказанных случаях восстановление коллектора электродвигателя своими руками вполне возможно при наличии необходимых запчастей и инструментов. Только если у вас нет опыта в перемотке обмоток, лучше обратиться в соответствующий сервис. После устранения неполадок соедините все детали в обратном порядке.

Выступание изоляции

Длительная эксплуатация коллектора часто приводит к тому, что медные пластины начинают стираться и над их поверхностью со временем начинает выступать миканит – электроизоляционный материал, который по причине своей прочности, менее подвергается истиранию. Для того, чтобы избавиться от этого дефекта, необходимо произвести продороживание коллектора, иными словами, убрать проступающий изоляционный материал между пластинами. Его можно убрать с помощью узкой пилки.

После продороживания, с помощью волосяной щетки необходимо прочистить канавки между медными пластинами, а с помощью шабера – снять фаски с их краёв. Поверхность коллектора в конца процесса нужно прошлифовать.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here