Зміст:
- Зовнішній вид колекторного двигуна
- Щітки колекторного двигуна
- Варистори колекторного двигуна
- Схема автопідстроювання обертів колекторного двигуна
- Колектор двигуна, обмотки і осердя
- Статор колекторного двигуна
Найчастіше статор колекторного двигуна має всього два полюси. І це не залежить від того, пилосос перед нами, кухонний комбайн або пральна машина. Колекторні двигуни добре піддаються регулюванню і мають прийнятними стартовими характеристиками, чого не можна сказати про більшість асинхронних. Для нас – простих громадян – недолік лише один: гучність. Тому в холодильниках і вентиляторах зазвичай ставиться асинхронний двигун. А ось на витяжках далеко не завжди. Розглянемо пристрій колекторного двигуна.
Зовнішній вид колекторного двигуна
Кришка відсіку щіток
У новачків зазвичай відразу ж виникає питання – як зрозуміти, що колекторний двигун саме? Це простіше простого. Подивіться на фото болгарки, яке зроблено спеціально для цього огляду: на боковинах корпусу ми бачимо кришечки з ізоляційного матеріалу під шлицевую викрутку. Якщо потрудитися відкрутити, то всередині будуть видні контактна майданчик і пружина графітової щітки. Ось це і є ключовою ознака колекторного двигуна. Електричний інструмент зазвичай забезпечується пристосуваннями для швидкої заміни щіток, які вважаються витратним матеріалом.
Контактна майданчик і пружина графітової щітки
Щітки колекторного двигуна
У коробці зазвичай додається запасний комплект. На фото крупним планом якраз показано запасні щітки. Видно, що кожна з них включає в себе: (Див. також: Пристрій і принцип роботи електродвигуна постійного струму)
Запасні щітки
Отже, у колекторного двигуна завжди є щітки. У деяких асинхронних моторів присутні струмознімачі, але вони не діляться на секції. А щітковий апарат значно відрізняється за конструкцією від того, що присутній у колекторного двигуна. У побуті асинхронний мотор видає також порівняно тиха робота.
Щітки порівняно легко розколюються від вібрацій. Це одна з причин, чому колекторні двигуни в промисловості намагаються не застосовувати (дуже складно знайти трифазні моделі). А друга – в тому, що струмознімачі легко забиваються пилом і вимагають регулярного чищення. Втім, та ж проблема спостерігається і в асинхронних машин з фазним ротором. Але в останньому випадку графітом зазвичай і не пахне. Отже, ми розглядаємо сьогодні колекторний однофазний електродвигун.
Варистори колекторного двигуна
Колекторні двигуни володіють одним неприємним властивістю: вони іскрять. Це викликає сильні перешкоди, що йдуть назад в мережі постачання, але головне навіть не це. Іскріння призводить до невигідних умов експлуатації двигуна. У загальному і цілому потрібно гасити дугу. І для цього використовуються варистори. Їх корпус зазвичай округлий, з двома ніжками. Одна (див. фото) приєднується до контактної майданчику щітки (безпосередньо або за допомогою латунних перехідників), а друга припаюється до корпусу.
Варистор на ніжках
Варисторів два, і вони захищають колекторний двигун з обох сторін. Механіка роботи наступна:
- Як тільки підвищене навантаження на вал викликає сильне іскріння, потенціал щітки може значно перевищувати середнє діюче значення в 220 В.
- В результаті варистори парно пробиваються і замикають надлишок на корпус, де він губиться в товщі металу, розсіюючись у вигляді тепла.
Треба сказати, що цю схему можна вважати повністю даремної з точки зору ККД. Потужність втрачається даремно. Але існує і дещо інше, що використовує іскріння на користь.
Схема автопідстроювання обертів колекторного двигуна
Тиристорная схема підстроювання обертів колекторного двигуна
Рівень іскріння залежить від швидкості обертання. Припустимо, навантаження на вал м’ясорубки збільшилася. Тоді обороти тимчасово знижуються. За рахунок чого рівень іскріння змінюється, це викликає відгук у спеціальній тиристорної схеми керування обертами. Вона змінює кут відсічення напруги так, щоб компенсувати дію навантаження. Та тиристорная схема, що зображена на фото, взята з кухонного комбайну Philips. Ми бачимо на ній масу захисних реле, які не дозволяють включити прилад при відкритих кришках і в розібраному вигляді.
Головною частиною схеми є тиристор. На знімку його можна знайти по невеликому металевому радіатора у вигляді пластини. Сама схема по ланцюгу зворотного зв’язку отримує інформацію про силу іскріння, за допомогою неї ж відбувається завдання обертів. Для реалізації даних функцій на платі стоїть парочка резисторів: (Див. також: Пристрій і принцип роботи електродвигуна змінного струму)
Згідно призначенням двигуна, він харчується досить складним чином. Коричневий і білий проводки йдуть на щітки ротора, а іншими трьома задається режим швидкості шляхом підживлення певного числа витків котушок статора.
Колектор двигуна, обмотки і осердя
Зовнішній вид колектора
Свою назву цей тип двигунів отримав з-за наявності колектора. Подивіться на фото: ми бачимо на валу масивний мідний барабан, розділений на секції. Це називається колектор. В нашому випадку він складається з 24-х ламелей. До кожної з них підходить кінець попереднього і початок наступного обмотки. Вони йдуть як би перехрещуючись. За рахунок чого кожна обмотка лягає відразу на дві сусідні у колі ламелі. Як це можна зрозуміти зі сказаного, загальна кількість котушок дорівнює числу секцій колектора (тобто 24). Вони розташовані в два шари, перше з яких лежить на поверхні в нішах сердечника, а другий ховається всередині.
На одній половині обороту напрямок поля обмотки, припустимо, позитивне, а на другий – негативний. Зміна відбувається в момент перетинання щіткою двох ламелей, до якої підходять кінці даної котушки. Правильний розподіл кутів відносного положення щіток, полюсів статора і зсуву обмотки якоря забезпечує раціональну передачу потужності. Потрібно зрозуміти, що найбільшим моментом в дану частку секунди володіє та з котушок, перпендикуляр до площини якої максимально наближений до полюса статора.
Осердя й обмотки
Сердечник в нашому випадку складається з 12 секцій. І кожна котушка намотується через чотири провалу. Наприклад, займає першу і шосту ніші. І так далі, по колу, утворюється чотири котушки. Отже, при намотуванні потрібно дотримуватися такий же порядок. Дуже важливо при цьому правильно задати кут між двома) контактними ламелями, куди підходять закінчення дроти, і площиною перпендикуляра котушки. У нашому випадку це приблизно 45 градусів, а щітки розташовані до полюсів статора приблизно під цим же кутом.
Всі котушки абсолютно однакової довжини, виконуються проводом єдиного перерізу і тієї ж довжини. Тобто колектор є повністю симетричною конструкцією. Додамо до цього, що такий двигун може харчуватися як змінним, так і постійним струмом. Пристрій колекторного електродвигуна така, що в котушках напрямок поля в будь-якому випадку змінюється два рази за оборот. Це означає, що навіть при живленні постійним струмом всередині процеси не є такими.
Серцевина складається в нашому випадку з тонких пластин електротехнічної сталі, спресованих і розділених ізоляційним лаком. Колекторні електродвигуни змінного струму генерують магнітне поле на статорі, яке розігріває сталь. За рахунок вихрових струмів і ефекту перемагнічування температура швидко йде вгору. На основі цього явища діють індукційні плити. Поділ сердечника на пластини дозволяє знизити значимість перемагнічування і вихрових струмів. Колекторні електродвигуни постійного струму з цієї точки зору набагато простіше, а ККД в силу тих же причин вище.
Є й ще одна відмінність. При живленні постійним струмом для створення потрібної напруженості магнітного поля статора вистачає меншої кількості витків. Тому в багатьох випадках (як і в нашому) обмотка ділиться на дві частини. Коли живлення йде змінним струмом (або потрібно отримати максимум оборотів), то в роботу включаються всі витки. В іншому випадку – тільки певна їх частка. Таким чином, стає можливим підключення колекторних електродвигунів до будь-якого джерела живлення. Це дуже важливо, тому що багато асинхронні машини такого звернення не терплять.
Статор колекторного двигуна
Статор колекторного двигуна
Ми вже добряче зачепили цю тему, розповіли, що обмотка статора зазвичай ділиться на дві частини, а сердечник збирається із пластин електротехнічної сталі, щоб уникнути втрат на перемагничивание і вихрові струми. Залишилося додати, що полюсів зазвичай два – північний і південний. Чому саме так? Тому що в іншому випадку знадобилася б зовсім інша конструкція ротора і колектора.
Полюси статора зазвичай зрушені на деякий кут відносно щіток в просторі. Складно сказати, навіщо в точності це робиться. Але для цього колекторного двигуна міняти це не можна. Оскільки кутом зсуву щіток щодо полюсів статора і способом намотування задається правильний розподіл полів. У багатьох випадках воно є незадовільним, і тоді вдаються до компенсації.
У цьому випадку принцип дії колекторного електродвигуна сягає найкращої фази за рахунок використання додаткових обмоток статора. В їх завдання входить виправлення форми поля. Додаткові обмотки значно менше основних, число їх те ж саме, а розташовані між головними полюсами. Компенсація реактивної ЕРС не потребує великої напруженості поля. Тому не тільки витків на додаткових полюсах мало, але і сердечник часто суцільний (знижує вартість виготовлення конструкції). Перетин дроту дуже часто має вигляд смуги.
Велика частина побутової техніки використовує принцип роботи колекторного електродвигуна. До складу реальних приладів часто входять пристрої контролю і захисту. У нашому випадку це термореле серії 3MP корейської фірми Klixon. У вихідному варіанті воно приматывалось до обмотці допомогою ізоляційної стрічки. Часто можна зустріти аналогічного роду термопредохранители або датчики частоти обертів. Без цього не працює ні одна пральна машина (режим зважування білизни, наприклад).
Термореле
А ми на цьому закінчуємо огляд, сподіваємося, що він був цікавим, а про обертове магнітне поле вже мова велася і не раз, тому не бачимо сенсу повторюватися.