Схема подключения коллекторного двигателя 220 вольт

Содержание
  1. Как работает коллекторный двигатель со щеточным механизмом в бытовой технике
  2. Компоновка и принцип работы
  3. Электрическая схема
  4. Упрощенное отображение
  5. Принципиальная схема
  6. Проблемные места конструкции
  7. Подшипники
  8. Направления приложенных усилий
  9. Работа в загрязненной среде
  10. Конструктивные особенности
  11. Износ материала щеток
  12. Раритетные образцы
  13. Двигатель пылесоса
  14. Как проверить степень износа щетки
  15. Загрязненный коллектор
  16. Межвитковые замыкания в обмотках
  17. Обмотка ротора
  18. Обмотка статора
  19. Пробой диэлектрического слоя изоляции
  20. Как возникают неисправности
  21. Термореле
  22. Автоматический выключатель
  23. УЗО
  24. Как подключить синхронный двигатель на 220в
  25. Трехфазные и однофазные двигатели
  26. Схемы подключения двигателя
  27. Схема «Звезда»
  28. Способ подключения
  29. Схема «Треугольник»
  30. Схема «Звезда-Треугольник»
  31. Синхронные, асинхронные, коллекторные двигатели
  32. Схема подключения электродвигателя
  33. Какие конструкции электродвигателя можно подключить своими руками
  34. Что нужно знать для подключения электродвигателя своими руками
  35. Обзор моделей
  36. Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы
  37. Что такое коллекторный двигатель?
  38. Виды КД
  39. КД универсального типа
  40. Особенности и область применения универсальных КД
  41. КД с индуктором на постоянных магнитах
  42. Независимые и параллельные катушки возбуждения
  43. Последовательная катушка возбуждения
  44. Смешанные катушки возбуждения
  45. Коллекторный двигатель переменного тока: схема подключения
  46. Особенности конструкции и принцип действия
  47. Упрощенная схема подключения
  48. Управление работой двигателя
  49. Преимущества и недостатки
  50. Типичные неисправности

Как работает коллекторный двигатель со щеточным механизмом в бытовой технике

Схема подключения коллекторного двигателя 220 вольт

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”.

Как подключить синхронный двигатель на 220в

Схема подключения коллекторного двигателя 220 вольт

Вначале рассмотрим разницу между устройствами 380 и 220 вольт. Настолько очевидна, насколько непонятна непосвященным. Привыкли, каждый домашний прибор подключается двумя проводами, один является фазой, второй – схемной землей.

Большая часть техники заземляется. Если речь касается однофазных двигателей, делается на случай пробоя обмотки-корпус. Фаза появится на кожухе – хорошего мало.

Рассмотрим способы подключения электродвигателей согласно типу, начнем количеством фаз – одна или три.

Трехфазные и однофазные двигатели

Схемы подключения двигателя звезда, треугольник

Предваряя обсуждение подключения двигателя звезда/треугольник, начитаем теорию. Трехфазный и однофазный двигатели снабжены иногда тремя проводами подключения. Бросьте далеко ходить. Возьмем следующие два случая:

    Трехфазный двигатель имеет внутреннюю коммутацию обмоток схемой звезда. Полюсы снабжены одной общей точкой. Три фазы подключаются к противоположным концам обмоток. Катушки абсолютно идентичные, одинаковые. Внутри создается вращающееся движущееся поле, за счет которого движется вал. Ротор представлен барабаном силумина с медными прожилками. Ток не подводится, магнитные полюсы образуют путем наведенных токов. Захватываются вращающим полем ротора, начинается движение. Особенностью конструкции назовем невозможность (без специальных мер) подключения сети 230 вольт. Потребовалось бы соединить обмотки схемой треугольника, сделать невозможно. Разумеется, статор можно вскрыть, найти общую точку, сделать три отвода, разорвав контакты меж катушками. Второй особенностью двигателя является отсутствие нулевого провода. Многих положение дел ставит в тупик – куда девается ток? Заряды двигаются по проводам меж фазами. Закон электротехники гласит: для подключения трех фаз нагрузке необязательно иметь общий провод, если потребление трех ветвей одинаковое. В противном случае понадобится нейтраль предоставить. Жизненный пример: допустим, нужно подключить на 380 вольт электрочайник. Маразм? Каждая фаза амплитудой 230 вольт, рабочие хотят кипятку – невозможно отказать. Берем одну из фаз, другой вывод вилки вешаем на нейтраль. Учтите, фазы в пределах одного потребителя нужно нагружать поровну (грубо говоря, по чайнику каждой линии дайте), иначе негативные последствия коснутся питающего трансформатора подстанции.

Электрические коммутации двигателя

Итак, лежит два двигателя, видом похожие, подключать нужно разным образом. Важной частью корпуса выступает схема подключения электродвигателя. Расположена на шильдике, выбита на кожухе. Становится понятно, на сколько фаз рассчитан мотор, как врубить в цепь. Информация отсутствует – попробуем доработать недочет своими руками. Понадобится китайский тестер.

У трехфазного двигателя три контакта попарно будут давать одинаковое сопротивление, равное удвоенному значению номинала обмотки. Мотор 230 вольт результаты измерений даст неодинаковые:

  • Самый большой показатель тестера меж фазными концами. Напряжение 220 вольт подается напрямую одному, другому через конденсатор. Емкость сильно зависит от мощности, скорости вращения вала. Параметр определяет средняя нагрузка вала в рабочем режиме.
  • Наименьшее значение образуется меж концами рабочей обмотки.
  • Третий номинал занимает промежуточное положение. Сумма с сопротивлением рабочей обмотки равняется первому пункту списка.

Нейтраль присоединяем меж обмотками, отводит ток дисбаланса. Толщина проводки вдвое меньше, нежели фаз. Методика отключения в нужный момент пусковой обмотки использует пускозащитные реле. Вручную не контролируют.

Вопрос приобретения узла тесно касается использования специальных справочников. Чужеродное пускозащитное реле с данным типом электродвигателя использовать категорически нельзя. Велика вероятность некорректной работы, выхода прибора из строя. Практически умельцы вручную обрывают цепь. Способ неправильный, имеет право существовать.

Добавим, что пропадание одной фазы может негативно сказаться на некоторых типах моторов. Экспериментируя с агрегатом, реализуя подключение двигателя звезда-треугольник, старайтесь избегать ситуаций. Принято осуществлять пуск специальными защитными автоматами, вырубающими питание при возникновении опасности.

Схемы подключения двигателя

К электросети 220В можно подключить трехфазный электродвигатель несколькими способами.

Схема «Звезда»

Пуск токовых волн будет происходить постепенно и дальше действовать достаточно слабо. Это не всегда позволяет достичь максимально необходимой мощности для работы некоторых видов оборудования.

Способ подключения

  1. Две фазные обмотки электродвигателя подключить в однофазную сеть.
  2. Третью обмотку подключить к проводу сети через рабочий конденсатор.

Схема «Треугольник»

При подключении данным образом электродвигатели вашего оборудования будут работать на полную мощность. Но это, в свою очередь, чревато повреждением изоляции проводов. Поэтому чаще всего используется комбинированное подключение.

Схема «Звезда-Треугольник»

При запуске электродвигателя первые потоки тока движутся плавно с постепенным увеличением оборотов. Когда электродвигатель начинает работать на полную мощность, происходит автоматическое переключение на схему «Треугольник». Оно осуществляется с помощью пускового реле времени, магнитных пускателей или пакетного переключателя.

Способ подключения: концы трехфазных обмоток соединяются вместе в одной точке.

Синхронные, асинхронные, коллекторные двигатели

Помимо количества фаз видим конструктивный признак. С точки зрения потребителя момент является главным. Коллекторные двигатели используются бытовой техникой преимущественно. Поставить на замену асинхронные с аналогичными параметрами, нерентабельно.

Коллекторный двигатель получается намного меньшего размера (зато перегревается сильнее). Важно определить тип. Хотя по большому счету трехфазные электродвигатели асинхронного типа являются доминирующим звеном сельскохозяйственных, гаражных, других применений.

Вопрос питания обсуждается отдельно.

Обсудим три типа двигателей:

  1. Коллекторные снабжают двумя-четырьмя выводами. Последнее делает возможным реверс. Поменяем полярность включения статора, ротора. Коллекторные двигатели отличаются возможность работы от переменного и постоянного тока. В последнем случае характеристики получаются оптимальными. Становится возможным благодаря постоянно переключающимся рабочим обмоткам ротора (секции коллектора). Поле статора постоянное. Главное, чтобы присутствовала нужная полярность. Схема подключения электродвигателя постоянного тока напоминает переменный. Скорость вращения вала регулируется амплитудой питающего напряжения. Либо берется делитель, сформированный силовым ключом, либо отсекается часть цикла синусоиды. Эффект получается схожий: падает действующее значение напряжения.
  2. Асинхронные двигатели по факту доминирующими в промышленности. Реверс образуется изменением полярности включения пусковой обмотки однофазных двигателей, коммутацией последовательности фаз трехфазных. Изменение скорости реализуется аналогичным путем. Варьирование амплитуды питающего напряжения. Асинхронные двигатели обладают плохой приспособленностью к смене скоростей. Очередная причина редкого применения в бытовой технике. Пришла пора сказать: коллекторные двигатели обычно рассчитаны на одну фазу, асинхронные питаются напряжением 380 вольт. Расстановка сил образуется, благодаря соответствующей коммутации обмоток. На практике реализуется подключением электродвигателя треугольником, звездой. Удается воспроизвести вращающееся поля внутри статора. Почему схема подключения асинхронного двигателя звездой непригодна напряжению 230 вольт. Приходится создать сдвиги фаз, становится возможным для схемы треугольника. На одну обмотку подается сетевое напряжение 230 вольт, на вторую – сдвинутое конденсатором на 90 градусов, на третьей образуется разница, изменяемая по нужному закону. Далеко от идеала: подключения электродвигателя звездой и треугольником неравноценны.

Давайте пойме отличие синхронных двигателей от асинхронных. Литература вопрос тщательно обходит.

Ответ лежит на поверхности: поле статора синхронного двигателя намного сильнее, ротор намагничен (либо фазный) поэтому вращение не проскальзывает. Обеспечивается синхронность вращения вала питающему напряжению.

Частота определена количества полюсов. Чтобы решить проблемы со стартом (см. выше), используются, например, такие методики:

  1. Вал синхронного двигателя с барабаном, снабженным беличьей клеткой, врубается при пуске через реостат. Образуется поле, как в асинхронном двигателе, захватывающее вал, служит стартовым рычагом. Обороты набраны – цепь разрывается. Реостат нужен погасить токи индукции. Выбирайте сопротивление в 7-8 больше, нежели номинал «беличьей клетки».
  2. Иногда заметите на роторе синхронного двигателя – не поверите – коллектор. Старт выполняется за счет щеток, в дальнейшем из работы выключаются.

Схема подключения электродвигателя

Нас окружает огромное количество электроприборов, почти две трети из них оборудованы электродвигателями с разными мощностными и электрическими характеристиками.

После списания прибора в утиль в большинстве случаев электродвигатели сохраняют работоспособность и могут еще довольно долго послужить в виде самодельных электронасосов, точил, станков, вентиляторов и газонокосилок.

Нужно только знать, какая схема подключения электродвигателя использована в данном конкретном приборе, и как правильно выполнить подключение асинхронного или коллекторного электропривода к сети.

Какие конструкции электродвигателя можно подключить своими руками

Из большого количества моделей и конструкций современных электромоторов в домашних условиях для самоделок можно выполнить подключение электродвигателя лишь нескольких схем:

  • Асинхронного трехфазного электродвигателя с обмоткой звездой и треугольником;
  • Асинхронного электродвигателя с однофазным питанием;
  • Коллекторного электромотора со щеточной схемой возбуждения потока.

Для питания бытовых приборов и электродвигателей применяется подключение к однофазной сети с напряжением в 220 В. К такой сети можно подключить и трехфазный двигатель на 380 В.

Но даже в таком варианте подключения «выдавить» из электродвигателя боле 2,5-3 кВт мощности без риска сжечь электропроводку практически невозможно.

Поэтому в гаражах и столярных мастерских владельцы выполняют проводку трехфазного электропитания, позволяющего использовать мощные двигатели на 5-10 кВт и более.

Что нужно знать для подключения электродвигателя своими руками

Общий принцип работы электродвигателя известен всем еще со школы. Но на практике знания о вращающихся магнитных потоках и ЭДС, индукционных процессах и эквивалентах правильно выполнить даже простейшее подключение однофазного электродвигателя явно не помогут, поэтому для работы будет достаточно:

  • Понимать суть конструкций двигателей;
  • Знать предназначение обмоток и схему подключения;
  • Ориентироваться во вспомогательных устройствах, таких как балластные сопротивления и пусковые конденсаторы.

Советская промышленность выпускала электродвигатели с обязательной металлической табличкой, приклепанной к корпусу, на которой был указан тип и модель, напряжение питания, и даже рисовалась схема подключения. Позже на табличке остались только модель, мощность, потребляемый ток и номер. Сегодня на современном электродвигателе с трудом можно найти маркировку модели, и не более.

Поэтому при выборе схемы подключения необходимо узнать из справочника тип и мощность, прозвонить мультиметром проводку относительно корпуса и между выводами на жгуте. Только после того, как будет достоверно установлено, что нет короткого замыкания на корпусе, определены контакты каждой из обмоток, можно приступать к подключению.

Обзор моделей

Одними из наиболее популярных являются электродвигатели серии АИР. Существуют модели, исполненные на лапах 1081, и модели комбинированного исполнения – лапы + фланец 2081.

Электродвигатели в исполнении лапы+фланец обойдутся примерно на 5% дороже, чем аналогичные на лапах.

Как правило, производители предоставляют гарантию от 12 месяцев.

Читать также: Каким шпателем лучше шпаклевать стены

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

Схема подключения коллекторного двигателя 220 вольт

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.

Коллекторный двигатель переменного тока: схема подключения

Схема подключения коллекторного двигателя 220 вольт

Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения двигателя, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.

Особенности конструкции и принцип действия

По сути, коллекторный двигатель 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 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 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.

Упрощенная схема подключения

Типовая схема подключения 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.

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.

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.

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

Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.

Преимущества и недостатки

К неоспоримым достоинствам таких машин следует отнести:

  • компактные габариты,
  • увеличенный пусковой момент, «универсальность» работа на переменном и постоянном напряжении,
  • быстрота и независимость от частоты сети,
  • мягкая регулировка оборотов в большом диапазоне с помощью варьирования напряжения питания.

Недостатком этих двигателей принято считать использование щеточно-коллекторного перехода, который обуславливает:

  • снижение долговечности механизма,
  • искрение между и коллектором и щетками,
  • повышенный уровень шумов,
  • большое количество элементов коллектора.

Типичные неисправности

Наибольшего внимания к себе требует щеточно-коллекторный механизм, в котором наблюдается искрение даже при работе нового двигателя.

Сработанные щетки следует заменить для предотвращения более серьезных неисправностей: перегрева ламелей коллектора, их деформации и отслаивания.

Кроме того, может произойти межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, в результате которого происходит значительное падение магнитного поля или сильное искрение коллекторно-щеточного перехода.

Избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя может грамотная эксплуатация устройства и профессионализм изготовителя в процессе сборки изделия.

Сантехника
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: