Коллекторный электродвигатель принцип работы: Принцип работы коллекторного двигателя

Содержание

Принцип работы коллекторного двигателя

Принцип действия коллекторного электродвигателя (рис.) основан на следующем: если проводник с током — рамку прямоугольной формы, имеющую ось вращения, — поместить между полюсами постоянного магнита (или электромагнита), то эта рамка начнет вращаться. Направление вращения будет зависеть от направления тока в рамке. Ток в рамку от источника постоянного тока может подаваться через контакты-полукольца, прикрепленные к концам рамки, и через упругие скользящие контакты — щетки (рис, а). Отметим, что вращающаяся часть электродвигателя называется якорем, а неподвижная — статором.
Контакты-полукольца обеспечивают переключение тока в рамке через каждые пол-оборота, т. е. непрерывное вращение рамки в одном направлении. У реальных коллекторных двигателей таких рамок много, поэтому вся контактная окружность делится уже не на две, а на большее количество контактов.

Рис.. Коллекторный электродвигатель: а — принцип действия; б — учебный коллекторный двигатель; в — якори учебных коллекторных двигателей; г — якорь реального электродвигателя

Эти контакты образуют коллектор — отсюда и название этого электродвигателя. Контакты коллектора изготовляют из меди, а щетки — из графита. Простейший ремонт электродвигателя заключается в замене щеток, запасной комплект которых часто прилагается при продаже устройств с такими двигателями.
Коллекторные электродвигатели имеют широкое применение

Коллекторные электродвигатели. Они названы по одному из узлов ротора — коллектору (цилиндр, набранный из изолированных пластинок меди, к которому припаяны концы проводов обмотки). С коллектором соприкасаются щетки статора. Коллектор подводит ток к обмотке ротора, последовательно соединенной с обмоткой статора.

Коллекторные электродвигатели отличаются высокой скоростью вращения ротора, поэтому их используют в таких изделиях и машинах, как пылесосы, кухонные машины, и др. Они имеют малые массу и габаритные размеры. Для бытовых машин в основном применяют универсальный встраиваемый коллекторный электрический двигатель.

Коллекторные двигатели, работающие от источника переменного и постоянного тока, называют универсальными. Существуют двигатели для работы на низком напряжении от источников тока. Коллекторные двигатели развивают большие скорости вращения без нагрузки, поэтому их пуск в бытовых машинах чаще всего осуществляется под нагрузкой, для чего приводимые в движение части машины насаживают непосредственно на вал двигателя, например вентилятор у пылесоса.

В процессе эксплуатации коллекторных двигателей проявляются такие их недостатки, как повышенный уровень шума, создание помех радиоприему, искрение и выход из строя угольных щеток, сложность ухода. Такие двигатели являются менее надежными, слож­ными в производстве и дорогостоящими. Однако они имеют и ряд существенных преимуществ перед асинхронными, благодаря которым и используются в бытовых машинах. Это хорошие пусковые данные, возможность получения больших скоростей вращения (до 25000 об/мин) и плавной регулировки скорости в широких пределах, универсальность.

Эффективность работы двигателя в бытовых приборах зависит от соблюдения требований к режиму работы изделия, который обязательно указывается в эксплуатационном документе. Особенно важно соблюдение этих требований для изделий и машин с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работу (фены, миксеры и др.), чтобы исключить перегрев двигателя и выход его из строя.

По способу охлаждения двигатели подразделяются на двигатели с естественным и искусственным охлаждением. Кроме того, необходимо вентилирующее приспособление, особенно независимое, которое следует поддерживать в рабочем состоянии.

Универсальный коллекторный двигатель


Универсальный двигатель

Дмитрий Левкин

Конструкция универсального коллекторного электродвигателя не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока с обмотками возбуждения, за исключением того, что вся магнитная система (и статор, и ротор) выполняется шихтованной и обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция и статора, и ротора обусловлена тем, что при работе на переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери.

Универсальный двигатель

Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока [2].

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный коллекторный электродвигатель может быть выполнен как с последовательным, так и с параллельным и независимым возбуждением.

В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением.

Принцип работы универсального двигателя

Возможность работы универсального двигателя от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:

,

  • где M — электромагнитный момент, Н∙м,
  • – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
  • – ток в обмотке якоря, А,
  • Ф — основной магнитный поток, Вб.

В качестве универсального используют двигатель последовательного возбуждения, у которого ток якоря является и током возбуждения, что обеспечивает почти одновременное изменение направления тока в обмотке якоря Iа и магнитного потока возбуждения Ф при переходе от положительного полупериода переменного напряжения сети к отрицательному.

Если двигатель подключить к сети синусоидального переменного тока, то ток якоря Ia и магнитный поток Ф будут изменяться по синусоидальному закону:

,

  • где i — ток, А,
  • – амплитуда тока, А,
  • – частота, рад/c.

,

  • где – наибольшее значение магнитного потока, Вб,
  • – угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обусловленный магнитными потерями в двигателе, рад.

Отсюда получим формулу электромагнитного момента коллекторного двигателя последовательного возбуждения, включенного в сеть синусоидального переменного тока, Нм:

.

После преобразования:

.

Первая часть выражения представляет собой постоянную составляющую электромагнитного момента Mпост, а вторая часть — переменную составляющую этого момента Мпер, изменяющуюся во времени с частотой, равной удвоенной частоте напряжения питания.

Таким образом, результирующий электромагнитный момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует. Пульсации электромагнитного момента практически не нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента () и большом моменте инерции якоря вращение последнего оказывается равномерным.

Особенности универсального двигателя

Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.

Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].

Области использования

Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры, фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в таких инструментах, как дрели и шуруповерты.

Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко использовался в стиральных машинах. Сейчас благодаря развитию преобразовательной техники более широкое использование получают бесщеточные электродвигатели (СДПМ, АДКР) скорость вращения которых регулируется изменением частоты напряжения питания.

Смотрите также

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

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 электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

  • постоянного тока;
  • переменного тока;
  • универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

Общее устройство коллекторных двигателей

Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

Коллекторный двигатель: устройство

Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

Ротор коллекторного двигателя

Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

Подвижная (вращающаяся) часть

Роторная обмотка

Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

Так выглядит ротор коллекторного двигателя

В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

Как устроен коллекторный узел и как он работает

Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

Принцип работы

Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

Достоинства и недостатки

Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

  • Простое устройство.
  • Высокая скорость до 10 000 об/мин.
  • Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
  • Невысокая стоимость.
  • Возможность регулировать скорость в широких пределах.
  • Невысокие пусковые токи и нагрузки.

Схема коллекторного двигателя

Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

  • Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
  • Искрение щёток, их износ.
  • Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
  • Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
  • Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

  • постоянные магниты;
  • обмотки возбуждения.

Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

  • Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
  • Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
  • Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
  • Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Универсальные коллекторные двигатели

Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

  • Схема возбуждения всегда последовательная.
  • Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
  • Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

Достоинства и недостатки

Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

  • Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
  • Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
  • Создают радиопомехи.
  • Повышенный уровень шума при работе.

Во многих моделях строительной техники

Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

Универсальный коллекторный двигатель — это… Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
  • Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
  • Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
  • Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

  • Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
  • Компактность (даже с учётом редуктора).
  • Больший пусковой момент.
  • Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
  • Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

  • Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
  • Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
    • Относительно малая надёжность (срок службы)
    • Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
    • Высокий уровень шума
    • Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

  • УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
  • Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

Применение

Ручной электроинструмент:

Бытовая техника:

См. также

  • Вентильный электродвигатель
  • Электродвигатель

Ссылки

Коллекторный двигатель: Устройство, виды и принцип работы

Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

Виды коллекторных двигателей

В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

  • Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
  • Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

  1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
  2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
  3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

Устройство коллекторного двигателя

Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

  • Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
  • Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;
Читайте также:  Двигатель Д 240: Устройство и технические характеристики

  • Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
  • Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

  • Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
  • Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
  • Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

Принцип работы коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

Варианты обмоток возбуждения

Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

  • Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
  • Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
  • Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.

ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

  • Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

Плюсы

  1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
  2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
  3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
  4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

Недостатки

  1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
  2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Возможные поломки и способы их ремонта

В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

Читайте также:  Двигатель 1ZZ: Характеристики двигателя

Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.



Двигатель постоянного тока коллекторный


Коллекторный двигатель постоянного тока

Преобразование электрического тока в механическое движение (вращение) осуществляется электромеханическим преобразователем энергии — электрической машиной. Принцип работы, которой, основан на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

Электрические машины делятся по видам преобразования энергии: • Генератор — преобразует механическую энергию в электрическую и тепло; • Электрический двигатель — преобразует электрическую энергию в механическую работу и тепло; • Электромеханический преобразователь (трансформатор) — преобразуют электрическую энергию одного вида в электрическую энергию другого вида, отличающуюся по напряжению, частоте и другим параметрам;

• Электромагнитный тормоз — механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло.

В большинстве случаев электрическая машина состоит из двух элементов рис. 1; • Ротор (якорь) — вращающаяся часть, состоит из обмотки якоря и коллекторного узла;

• Статор — неподвижная часть, состоит из источника магнитного поля. Постоянный магнит или электромагнит.

Рисунок 1. Основные узлы двигателя.

Между ротором и статором присутствует воздушный зазор, который служит их разделителем. Электрические машины делятся на:
Коллекторные Бесколлекторные
Постоянного тока Синхронные
Универсальные Асинхронные
Коллекторный электродвигатель — электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Щеточно-коллекторный узел — обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части двигателя. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору), рис. 2.

Рисунок 2. Коллекторно-щеточный узел

Обычно в маломощных моторах всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол.

В коллекторном электродвигателе щёточно-коллекторный узел одновременно выполняет две функции: • является датчиком углового положения ротора (датчик угла) со скользящими контактами;

• переключателем направления тока со скользящими контактами в обмотках ротора в зависимости от углового положения ротора.

Щеточно-коллекторный узел является сам ненадежным элементом электрических машин, поскольку скользящие контакты интенсивно изнашиваются от трения.

Электродвигатели характеризуют два основных параметра — это скорость вращения вала (ротора) и момент вращения, развиваемый на валу. В общем плане оба этих параметра зависят от напряжения, подаваемого на двигатель и тока в его обмотках.

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Рисунок 3. Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Прямоугольная рамка (ротор), свободно вращающаяся вокруг своей оси, помещена между постоянными магнитами. Если через рамку пропустить ток, то на обе ее стороны начнут действовать электродинамические силы. Действие этих сил, приводит рамку в движение. Рамка будет двигаться до тех пор, пока не достигнет положения, когда щетки попадут на диэлектрический зазор между пластинами коллектора. Рамка по инерции проскочит это положение, направление тока в рамке поменяется на противоположное, но силы действующие на рамку не поменяют своего направления, и она продолжит свое вращение в том-же направлении.

Разновидности коллекторных двигателей постоянного тока:

Малой мощности (единицы Ватт), рабочее напряжение 3-9 В: • трёхполюсной ротор на подшипниках скольжения; • коллекторный узел из двух щёток — медных пластин;

• двухполюсной статор из постоянных магнитов.

Более мощные (десятки Ватт), рабочее напряжение 12–24 В: • многополюсный ротор на подшипниках качения; • коллекторный узел из двух или четырёх графитовых щёток;

• четырёхполюсный статор из постоянных магнитов.

Высокой мощности (сотни Ватт): • Четырех полюсный статор из электромагнитов.

Подключение обмотки статора

Обмотки статора могут подключаться несколькими способами: 1. Последовательно с ротором (так называемое последовательное возбуждение, см. рис. 4 Преимущество: большой максимальный момент;

Недостаток: большие обороты холостого хода, способные повредить двигатель.

Рисунок 4. Последовательное соединение.

2. Параллельно с ротором (параллельное возбуждение), см. рис. 5 Преимущество: большая стабильность оборотов при изменении нагрузки;

Недостаток: меньший максимальный момент.

Рисунок 5. Параллельное соединение

3. Часть обмоток параллельно с ротором, часть последовательно (смешанное возбуждение), см. рис. 6. До некоторой степени совмещает достоинства предыдущих типов.

Рисунок 6. Смешанное возбуждение

4. Отдельным источником питания (независимое возбуждение), см. рис. 7.

Рисунок 7. Независимое возбуждение

Общие достоинства коллекторных двигателей постоянного тока — простота изготовления, эксплуатации и ремонта, достаточно большой ресурс. К недостаткам можно отнести то, что эффективные конструкции (с большим КПД и малой массой) таких двигателей являются низкомоментыми и быстроходными (сотни и тысячи оборотов в минуту), поэтому для большинства приводов (кроме вентиляторов и насосов) необходимы редукторы.

Управление коллекторными двигателями постоянного тока.

Для работы двигателя достаточно подать на него напряжения питания постоянного тока. Проблемы начинают возникать, когда появляется необходимость в регулировке скорости вращения вала такого двигателя. Нужно учитывать, что при вращении на малых скоростях, крутящий момент на валу будет то же мал. Если требуются низкие скорости вращения, то применяются редуктора.

В коллекторных двигателях постоянного тока ярко выражен пусковой ток, который превышает номинальный в несколько раз (10-40 раз). Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки, (8).

Рисунок 8

Ioя — ток обмотки якоря; U — напряжение питающей сети;

∑r — сопротивление обмоток якоря;

Как только двигатель начнет движение, то возникает противоЭДС — Епр. Обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость, формула 9.

Рисунок 9

Снижение пускового тока можно добится уменьшением напряжения питания или повышением сопротивления обмотки якоря. Для повышения сопротивления обмотки якоря применяется ввод дополнительного сопротивления Rд, формула (10).

Рисунок 10

Таким образом, можно добиться величины пускового тока, в нужном диапазоне, безопасном для двигателя. Добавочное сопротивление может быть как в виде реостата, так и в виде нескольких резисторов. Это нужно для того, чтобы в процессе запуска двигателя, менять сопротивление в якорной цепи.

Епр — противоэдс, зависит от конструкции двигателя, и оборотов, формула 11.

Рисунок 11

Ce — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет. Ф — поток возбуждения. т.е. сила магнитного поля статора. В моторах, где она задается постоянным магнитом это тоже константа, а в двигателях с обмоткой возбуждения, этот параметр можно менять.

n — обороты якоря.

Зависимость момента M от тока и потока, формула 12.

Рисунок 12

См — конструктивная константа.

Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента.

Импульсный способ управления.

Следующий метод управления, как более перспективный, основан на применении широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Он, действительно, самый распространенный. К двигателю подводятся импульсы неизменного по амплитуде напряжения управления U у.ном, в результате чего его работа состоит из чередующихся периодов разгона и торможения, рис 14. Если эти периоды малы по сравнению с полным временем разгона и остановки ротора, то угловая скорость ротора не успевает к концу каждого периода достигать установившихся значений и установится некоторая средняя угловая скорость. Значение при неизменных моменте нагрузки и напряжении возбуждения однозначно определяется относительной продолжительностью импульсов ε

Рисунок 14

tи — длительность импульса; Ти — период. С увеличением относительной продолжительности импульсов угловая скорость ротора растет (ωср>ωср).В период паузы tп ротор обязательно должен тормозиться. Если это условие не будет выполняться, то угловая скорость ротора при любом значении ω будет непрерывно увеличиваться, пока не достигнет значения угловой скорости х.х., так как во время импульса угловая скорость будет возрастать, а во время паузы — оставаться практически неизменной.

С ростом частоты управляющих импульсов амплитуда колебаний скорости уменьшается; среднее значение угловой скорости остается при этом неизменным.

Литература

1. Щёточно-коллекторный узел

2. Электрическая машина 3. Коллекторный электродвигатель 4. Электрические машины 5. Двигатель постоянного тока 6. Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока 7. Управление коллекторными электродвигателями постоянного тока 8. Управление двигателями постоянного тока

Двигатели коллекторные постоянного тока – строение и принцип действия приборов

Машина постоянного тока коллекторная в разрезе

Сегодня уже невозможно представить, что бы мы делали без электрических двигателей. Они применяются буквально везде – в зубных щетках, принтерах, детских игрушках, в автомобилях в банкоматах и многом, многом другом. Двигатели коллекторные постоянного тока очень надежны.

Их конструкция практически не изменилась за последние сто лет. Сегодня мы расскажем вам все, что знаем об этих устройствах, так облегчающих жизнь современному человеку.

Основные понятия

Давайте вкратце пробежимся по строению двигателя, чтобы дальнейший материал был проще для усвоения.

Как устроен двигатель постоянного тока
Электродвигатель постоянного тока коллекторный – строение

На схеме выше вы можете рассмотреть основные части любого коллекторного двигателя постоянного тока. Его строение более чем классическое, и разница в двигателях достигается за счет их мощности и настроек.

Итак, давайте по порядку:

Коллекторный двигатель постоянного тока — якорь
  • Якорь или ротор – это подвижная часть устройства, которая и осуществляет механическую работу. Представляет собой он крепкий металлический вал, который закреплен в корпусе агрегата через подшипники качения, что, собственно, и позволяет детали вращаться.
  • Смотрим на фото выше и идем справа налево, разбирая элементы, установленные на валу.
  • На подшипнике мы видим пылезащитную шайбу. Она не дает механизму забиваться грязью, а также обеспечивает его надежную и мягкую фиксацию внутри металлического корпуса двигателя.
  • Далее идут по кругу короткие параллельные пластины, которые изолированы друг от друга. Эта часть якоря и есть коллекторы двигателей постоянного тока. Их назначение состоит в том, чтобы постоянно во время вращения ротора менять запитываемые участки обмотки якоря, с целью достижения максимальной эффективности работы.
Ремонт коллектора двигателей постоянного тока – в домашних условиях практически невозможен
  • Если вы не в курсе, что такое закон электромагнитной индукции, то сейчас вам, наверняка, стало непонятно, о чем мы только что сказали. Подождите немного, мы дадим разъяснения в следующей главе.
  • Идем дальше. От коллектора отходит в разные стороны припаянная медная проволока. Это выводы обмотки якоря, которая запитывается через коллектор.
  • Далее идет самая толстая и важная часть якоря, состоящая из магнитопровода (сердечника) – шихтованный бочонок, набранный из стальных пластин, и самой обмотки – медных проводов, уложенных определенным образом в пазах магнитопровода.

Интересно знать! Обмотку якоря от абразивной пыли защищает броня из шнура. Абразивная пыль внутри двигателя постоянно образуется из-за трения друг о друга металлических деталей в подшипнике.

  • Венчает ротор пластиковая крыльчатка, которая отвечает за охлаждение двигателя во время его работы.
Электродвигатель коллекторный постоянного тока – статор
  • Вторая, но не менее важна рабочая часть двигателя – это статор. Данная деталь является неподвижной. По сути, статор – это электромагнит, задача которого генерировать направленное магнитное поле.
  • Состоит он из сердечника, также набранного из пластин, и обмотки.

Интересно знать! Обратите внимание, за исключением того, что ток на обмотку статора подается через неподвижные соединения на клеммы, и сама деталь является неподвижной, его строение точно такое же, как и у ротора, что и определяет свойства электрических двигателей.

  • И статор, и ротор удерживаются в правильном положении за счет корпуса, который изготавливается из стали.
  • К корпусу может присоединяться станина, которая обеспечивает устойчивость двигателя, но это уже больше зависит от типа мотора и режима его использования.
Двигатель постоянного тока коллекторного типа нуждается в щетках
  • Следующая важная часть двигателя постоянного тока – это щеточный аппарат. Эти детали является расходуемыми и заменяемыми в процессе эксплуатации. Они обеспечивают скользящий контакт. Именно так коллекторы для двигателей постоянного тока запитываются электричеством.
  • Сделаны щетки из графита. Также есть модели с центральным медным стержнем, такие щетки называются медно-графитовыми.
  • От щеток отходят провода, которые уже последовательно соединяются с системой управления двигателем и источником питания.
Электромагнитная индукция

Разобрав строение двигателя переменного тока с коллектором, давайте немного поговорим о законах физики, благодаря которым, сей агрегат может работать.

Коллекторные двигатели постоянного тока – разбираем принцип работы
  • Итак, суть любого электромотора заключается в преобразовании электрической энергии в кинетическую. То есть в механическое усилие, которое обычно передается на ведомые механизмы через вращающийся вал, посредством различных передач.
  • Основной физический закон, заставляющий двигатель вращаться – это взаимодействие магнитных полей. Закон электромагнитной индукции также очень важен для понимания функционирования этих машин. Давайте попробуем немного в нем разобраться.
  • На схеме выше показано, как функционирует генератор постоянного тока. Не спешите ругаться, принцип работы с двигателем у этого устройства имеет общие моменты и даже более…
  • Мы видим постоянный магнит, создающий поле линии которого направлены от северного полюса к южному.
  • Согласно закону электромагнитной индукции, если поперек этих волн переместить проводник, то в нем образуется электродвижущая сила (ЭДС). Другими словами, в проводнике индуцируется ток.
  • Этот ток ничем не хуже любого другого, а значит, тоже создает магнитное поле вокруг проводника. Данный принцип заложен в работу двигателей с короткозамкнутым ротором. Но в нашем случае магнитное поле от ЭДС оказывает тормозящий эффект.
  • Смотрим на внутреннюю часть схемы. Там мы видим вращающуюся рамку – простейший аналог обмотки якоря.
Так бы работал двигатель постоянного тока, коллектора в котором нет
  • Представим, что изначально рамка стоит горизонтально. Когда происходит вращение, части рамки аб и вг начинают пересекать магнитное поле. Ток начинает расти, пока рамка не займет строго вертикальное положение.
  • Далее ток начинает падать до нуля, пока рамка снова не примет горизонтальную позицию.

Интересно знать! Падение происходит за счет того, что в таком положении проводники уже не пересекают магнитное поле, а скользят по его линиям.

  • Данное положение является противоположным изначальному – части рамки поменялись местами.
Направление, в котором течет ток в проводнике, зависит от того, в какую сторону проводник двигается
  • Продолжаем вращение. Ток начинает снова расти, но согласно правилу левой руки, он сменит свое направление в цепи на противоположное. Именно так действует генератор переменного тока. Его отличие от героя нашего обзора состоит в том, что у него нет коллектора, а вместо него используется сплошное контактное кольцо. Такой ток в графическом виде представляется как синусоида – смотрите изображение ниже, пункт «b».
Коллекторы для электродвигателей постоянного тока не дают току менять свое направление
  • Смысл назначения коллектора в том, что он не дает току менять направление. Напоминаем, коллектор состоит из изолированных пластин, которые контактирую со щетками так, чтобы при смене полуоборотов рамки, они менялись местами.
  • Графически ток, выдаваемый такой рамкой, показан на схеме выше, пункт «с».

Итак, это была вводная информация, которая позволит вам лучше понять то, о чем мы будем говорить во второй части статьи.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Коллекторные электродвигатели постоянного тока

Уникальным свойством коллекторных машин является обратимость этих устройств. Что под эти понимается?

  • Все просто! Данные агрегаты способны работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора постоянного тока, при соответствующем подключении статора и ротора двигателя.
  • Когда машина постоянного тока подключается к источнику энергии, ток начинает бежать в обмотках ротора и статора агрегата. И там и там моментально образуются электромагнитные поля – якоря и возбуждения. Взаимодействие этих полей создает на роторе некий электромагнитный момент (М).
  • Этот момент является вращающим, не обладающий тормозящим эффектом, как в генераторе тока.
  • Под действием момента М якорь приходит в движение. При этом потребляется электрическая энергия из питающей сети.
  • Когда ротор приходит в движение, в его обмотке начинает индуцироваться ЭДС, подобно тому, как мы описывали в предыдущей главе.
Электродвигатели постоянного тока коллекторные – правило правой руки поможет определить направление магнитного поля обмотки якоря
  • Направление ЭДС легко определяется по правилу левой руки, подробное описание которого представлено на рисунке выше.
  • Интересно то, что данная ЭДС будет направлена в противоположную сторону питающему ротор току, поэтому данная сила называется противо-ЭДС, то есть она тормозит якорь.
  • Если не вдаваться в формулы и расчеты, то можно просто сказать, что при увеличении электромагнитного момента, то есть, когда возрастает нагрузка на вал двигателя, происходит рост мощности в обмотке якоря (на входе двигателя).
  • Мы знаем, что напряжение, подводимое к двигателю, постоянно остается неизменным, а значит, из-за возрастания нагрузки происходит рост питающего ротор тока.
  • Другими словами, частота вращения якоря будет прямо пропорциональной напряжению и обратно пропорциональной возбуждающему потоку. Растущий ток повышает момент вращения при неизменном нагрузочном моменте
  • Говоря еще проще, зажмите чем-нибудь вал двигателя. При этом замедлится его вращение, а сила тока возрастет. Увеличьте силу тока без нагрузки на вал, он раскрутится сильнее, все просто.

Интересно знать! Если нагрузка на вал будет настолько сильной, что во время работы заставит вращаться его в обратном направлении, двигатель перейдет в режим генератора.

Разновидности двигателей постоянного тока
Коллекторный электродвигатель постоянного тока для компактных устройств

Все двигатели постоянного тока можно разделить по их мощности и назначению:

  • Самые маленькие экземпляры имеют мощность в единицы Ватт.
  • Их обычно устанавливают в небольшие устройства и детские игрушки. Их рабочее напряжение варьируется в пределах 3-9 Вольт, что могут обеспечить обычные батарейки.
  • Строение основных рабочих частей таких двигателей следующее: трехполюсной ротор, коллектор с соответствующим количеством пластин, двухполюсной статор, роль которого выполняют постоянные магниты.
  • Электродвигатели коллекторные постоянного тока средней мощности, которые выдают десятки ватт.
  • Их строение немного отличается: многополюсной ротор и коллектор, щеточный аппарат из двух или четырех щеток, четырехполюсной статор на постоянных магнитах.
Двигатели постоянного тока коллекторные
  • Мощные агрегаты, выдающие и потребляющие сотни и тысячи Ватт энергии, имеют практически такое же строение, но вместо маломощных постоянных магнитов в них используются электрические.
Способы возбуждения двигателей постоянного тока
Способы подключения двигателей постоянного тока

Существует четыре способа возбуждения двигателя постоянного тока.

Независимое возбуждение

Не трудно догадаться, что при такой схеме якорь двигателя питается от основного источника постоянного тока – от сети, генератора или выпрямителя, а обмотка возбуждения подключена к дополнительному источнику.

  • Обмотка возбуждения имеет регулировочный реостат, позволяющий контролировать режимы работы двигателя.
  • К цепи обмотки ротора подключается пусковой реостат. Его назначение — ограничение тока при пуске двигателя.
  • Особенностью такой схемы является то, что возбуждающие токи от токов нагрузки не зависят, а значит, магнитный поток двигателя практически не будет зависеть от нагрузки. То есть зависимость частоты вращения и момента будут линейными.
  • Огромный недостаток такого двигателя, это то, что если его включить без нагрузки, частота вращения станет очень большой, что может привести даже к выходу его из строя. Ток в обмотке якоря сильно возрастает, из-за чего может возникнуть круговой огонь.
  • От работы двигателя в таком режиме защищает автоматика, которая отключает подачу питания.

Интересно знать! Чисто теоретически, работа в таком режиме не может заставить постоянно увеличиваться скорость вращения ротора. Она прекратит нарастать, когда противо-ЭДС достигнет значения напряжения питания.

  • Если во время работы такого двигателя произойдет разрыв цепи возбуждения, при условии, что нагрузка на валу близка к номинальной, двигатель остановится, так как электромагнитный момент станет меньше, чем нагрузка на валу. В этом случае ток на обмотке якоря также резко возрастет, что приведет к его перегреву и прочим неприятным последствиям.
Параллельное возбуждение
Схема параллельного возбуждения

В этой схеме обе обмотки питаются от одного источника. В цепи также включены два реостата – регулировочный и пусковой.

  • Несмотря на подключение к одной сети, питание, по сути, остается независимым, а значит, ток обмотки возбуждения, также не будет зависеть от тока обмотки якоря.
  • Двигатель с таким подключением имеет такие же характеристики, как и независимый.
  • Тем не менее, разница есть – такой мотор будет работать только при условии, что напряжение источника питания остается неизменным.
Последовательное возбуждение
Схема с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения имеет последовательное с якорем подключение.

  • Для ограничения пускового тока в цепь может быть включен пусковой реостат, также может быть включен и реостат регулировочный.
  • При таком подключении токи обмоток уже имеют зависимость друг от друга. При включении реостата они будут равными, а значит, магнитный поток будет зависеть от нагрузки.
  • Магнитная система машины не будет насыщенной, пока ток обмотки якоря будет составлять 80-90% от номинального тока. Магнитный поток будет изменяться прямо пропорционально току, из-за чего скоростная характеристика агрегата будет мягкой.
  • При возрастании тока частота вращения такого двигателя падает. Это происходит из-за возрастания падения напряжения в сопротивлении цепи обмотки якоря, а также из-за того что растет магнитный поток.
  • Когда ток становится больше номинального, зависимости частоты вращения и момента становятся линейными, ведь магнитная цепь становится насыщенной, то есть при изменении тока магнитный поток больше изменяться не будет.
Механическая характеристика двигателя
  • Механическая характеристика такого двигателя имеет гиперболическую форму. При малых нагрузках будет сильно уменьшаться магнитный поток, а частота вращения возрастать, что также может привести к тому, что двигатель пойдет вразнос.
  • Это обстоятельство ограничивает применение сих агрегатов в системах, предполагающих работу на холостом ходу или с низкими нагрузками.

Интересно знать! Минимально допустимая нагрузка для двигателей с последовательным возбуждением составляет 20-25% от номинального значения. Чтобы не допустить включение двигателя без нагрузки, его присоединяют с приводом через жесткую глухую муфту или зубчатую передачу. Ременные передачи и фрикционные муфты использовать нельзя, так как может случиться обрыв, а последствия вам уже известны.

Что интересно, несмотря на такой недостаток, эти двигатели очень распространены, особенно там, где имеется изменение нагрузки и тяжелые условия пуска, например, в электровозах, электрокарах, тепловозах и прочем.

И объяснить это очень просто – при мягкой характеристике возрастание нагрузки не приводит к сильному росту тока и потребляемой энергии, а значит, с перегрузками данные агрегаты справляются лучше. Также не забываем про высокий пусковой момент, чего лишены рассматриваемые ранее варианты двигателей.

Смешанное возбуждение
Двигатель со смешанным возбуждением

Магнитный поток внутри такого двигателя создается благодаря совместному взаимодействию двух обмоток возбуждения. Одна из них подключена независимо или параллельно, а вторая последовательно.

  • Механическая характеристика такого агрегата представляет собой нечто среднее между предыдущими вариантами.
  • Большим преимуществом такого двигателя является возможность работать в холостом режиме, обладая при этом мягкой характеристикой.

Интересно знать! В режиме холостого хода частота вращения зависит от магнитного потока обмотки, подключенной параллельно.

  • К достоинствам таких двигателей можно отнести простоту производства, эксплуатации и ремонта. Они имеют солидный рабочий ресурс.
  • Из недостатков выделяются – низкомоментность и быстроходность.

При замедлении скорости вращения они становятся малоэффективными, их сложно охладить.

Немного об универсальности
На фото — электродвигатель постоянного тока универсальный коллекторный

Давайте немного поговорим про универсальные коллекторные двигатели. Суть этих агрегатов заключается в том, что они могут работать как от постоянного, так и от переменного токов.

  • Используются такие машины в основном на электроинструменте, и некоторой бытовой технике, так как имеет малые размеры и легкую регулировку скорости вращения вала.
  • По сути, эти двигатели являются ДПТ с последовательно запитанными обмотками, просто они оптимизированы для работы от общественной сети переменного тока.
  • Данный двигатель будет вращаться в одну сторону вне зависимости от того в какую сторону бежит ток по обмоткам, хотя противофазный эффект имеет место быть, но он незначителен.
  • Подробно об этом мы писали в недавней статье про двигатели переменного тока, если интересно, советуем ознакомиться.

На этом закончим наш обзор. Как видите, коллектор электродвигателя постоянного тока это небольшая, простая, но очень важная деталь, отличающая такие моторы от вариантов, работающих на переменном токе. Видео, которое мы подобрали, поможет еще лучше усвоить материал.

Устройство коллекторных машин постоянного тока

Характерным признаком коллекторных машин является наличие у них коллектора — механического преобразователя переменного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии. 

К коллекторным машинам постоянного тока относятся двигатель постоянного тока ДПТ и генератор постоянного тока ГПТ которые имеют одинаковую конструкцию и могут заменять друг друга то есть ДПТ может работать как ГПТ и наоборот. Разберем устройство коллекторных машин на примере двигателя постоянного тока.

  Коллекторная машина постоянного тока состоит из:

  1. Якоря (подвижная часть) который состоит из вала,обмотки якоря, коллектора, двух подшипников и сердечника. Сердечник — это цилиндр из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм покрытых электроизоляционным лаком. Такая сборная конструкция служит для уменьшения вихревых токов. В сердечнике есть пазы в которые вложены пазовые стороны обмотки якоря.
  2. Статора (4) (неподвижной части) — станина, главные полюса с полюсными катушками(2,3).

Статор конструктивно может быть выполнен двух видов:

  • сборный — состоит из цельной тянутой трубы и прикреплённым к ней внутри полюсов. Сердечник полюса выполнен в виде стального бруска либо из шихтованных пластин 0,5 — 1 мм. Обмотка полюса намотана вокруг сердечника. Обмотки полюсов соединены между собой последовательно и образуют обмотку возбуждения которая при подключении к источнику постоянного тока создаёт магнитное поле в магнитной системе двигателя.
  • цельный шихтованный — применяется в машинах мощностью 600 Вт и более. Он состоит из из пакета пластин электротехнической стали сложной конфигурации толщиной 0,35 — 0,5 мм.

Устройство щеточно коллекторного перехода.

Наиболее сложным и ненадежным местом коллекторной машины является щеточно коллекторный переход который состоит из щеток (которые крепятся в щеткодержатели) и коллектора который состоит из набора коллекторных пластин трапецеидального сечения, разделенных миканитовыми прокладками. Пластины из меди и миканита удерживаются в сжатом состоянии за нижнюю часть, имеющую форму «ласточкина хвоста», посредством стальных конусных колец 1 (рис. 13.2). Выступающая вверх часть коллекторных пластин 6, называемая «петушок», служит для присоединения секций обмотки якоря к пластинам коллектора. Коллекторные пластины изолируют от конусных колец миканитовыми манжетами 3, а от втулки 5 — миканитовым изолирующим цилиндром 4. Поверхность медных пластин каллектора в процессе работы машины постепенно истирается щетками. Что бы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что могло бы привести к нарушению электрического контакта коллектора со щетками, приходится периодически выполнять «продораживаные» коллектора. Эта операция состоит в том, что между рабочими поверхностями коллекторных пластин фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рис. 13.4).

Достоинства и недостатки коллекторных машин постоянного тока.

Электрические машины постоянного тока используют как в качестве генераторов, так и двигателей. Наибольшее применение имеют двигатели постоянного тока, диапазон мощности которых достаточно широк: от долей ватта (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и других крупных механизмов).

Двигатели постоянного тока широко используют для привода подъемных устройств в качестве крановых двигателей и привода транспортных средств, а также в качестве тяговых двигателей.

Основные достоинства двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными двигателями переменного тока — хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения более 3000 об/мин, а недостатки — относительно высокая стоимость, некоторая сложность в изготовлении, пониженная надежность. Эти недостатки машин постоянного тока обусловлены наличием в них щеточно-коплекторного узла, который к тому же является источником радиопомех и пожароопасности. Но, несмотря на отмеченные недостатки, двигатели постоянного тока в некоторых случаях пока незаменимы, так как обладают большой перегрузочной способностью, хорошими пусковыми и регулировочными свойствами.

Устройство коллекторных двигателей — электрических машин

 Принцип работы электрических машин нам хорошо знаком еще со школьной скамьи, — это когда к контактным кольцам рамки подключено напряжение, а рамка помещенная в однородном магнитном поле постоянного магнита — начинает равномерно вращаться с определенной угловой скоростью и направление вращения рамки будет зависить от размещения полюсов \север, юг\ постоянного магнита.   То, что электрические машины обладают обратимыми свойствами — тоже известно.   То-есть, если ротору двигателя придать механическое вращение, в обмотках статора будет наводиться ЭДС и мы сможем получить на выходе — концах обмоток статора напряжение.   Отсюда можно сделать вывод, что электрические машины способны преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот, электрическую энергию в механическую.   Это как-бы изложено для Вас — в обычной, простой и доступной форме.   А теперь ознакомимся конкретно, где именно могут применяться коллекторные двигатели переменного и постоянного тока.  

Применение коллекторных двигателей — переменного тока

Разновидности, типы коллекторных двигателей с питанием от переменного тока \электросети\ применяются в различной бытовой технике:

  • стиральные машины;
  • электроперфораторы;
  • электродрели;
  • наждаки электрические;
  • электрические триммеры;
  • домашние пылесосы;
  • электрические фены

и далее.   Так-же, данный тип двигателей применяется в :

  •  промышленном;
  •  пищевом;
  • строительном

и медицинском оборудовании.

 коллекторный электродвигатель переменного тока ДК-90

коллекторный эл.двигатель AEG  UOZ 112 G 63

коллекторный эл.двигатель ДК 90-60-8МС-2И

коллекторный эл.двигатель \дрель\

Подробное описание по применению коллекторных электродвигателей переменного тока — может занять много времени, а получить первоначальное представление  об их  применении,  считаю для нас —   достаточным. 

Применение  коллекторных двигателей — постоянного тока

Применение коллекторных двигателей работающих от постоянного тока, — можно встретить практически везде в нашем быту.   Взять допустим автомобильный стартер, электрическая схема которого представляет из себя  тот-же самый коллекторный двигатель, работающий от постоянного тока.   В дополнение, автомобильный стартер работает как тяговый электродвигатель, чтобы провернуть маховик двигателя автомобиля.   Так-же, коллекторные двигатели постоянного тока применяются в видео и аудио  технике,  многая аппаратура из которых уже вышла из моды.    

 стартер автомобиля

 коллекторный эл.двигатель постоянного тока КПА-561

коллекторный эл.двигатель постоянного тока 36 В 500W \для велосипеда\

 коллекторный эл.двигатель постоянного тока СЛ-221

Кто-то из нас разбирал в свое время электрические игрушки работающие от батареек, там установлены те-же самые коллекторные мини двигатели, работающие от постоянного тока.  

коллекторный эл.двигатель постоянного тока 27 Т  SATURN

Многие  пользовались или же пользуются электробритвой работающей от батареек, — в этом электроприборе тоже установлен  коллекторный двигатель постоянного тока.   Если кто-то из  Вас  разбирал электрический коллекторный мини двигатель, то могут со мной согласиться, что причиной их неисправностей является либо износ графитовых щеток либо износ втулок — в которых крепится  вал ротора, а износ втулок приводит к радиальному биению ротора, то-есть, нарушается зазор между сталью статора и ротора двигателя.

Устройство машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока, как наглядно видно в схематическом изображении \рис.1\, состоит из следующих деталей:

  1. коллектор;
  2. щетки;
  3. сердечник якоря;
  4. главный полюс;
  5. катушка обмотки возбуждения;
  6. станина;
  7. подшипниковый щит;
  8. вентилятор;
  9. обмотка якоря;
  10. вал.

 рис. 1

 Здесь необходимо запомнить, что для электрических машин постоянного и переменного тока имеются различия в таких названиях  —  как ротор и якорь.   Якорем следует называть вращающуюся  часть  генератора, а ротор — это вращающаяся часть электродвигателя.

Коллекторные однофазные двигатели переменного тока

 

Принцип работы и описание конструкции. Достоинства, недостатки и сферы применения

Хорошо известные многим асинхронные двигатели переменного тока не лишены недостатков, таких как невысокая перегрузочная способность, сложность и небольшой диапазон регулирования, невысокий пусковой момент. Все эти проблемы давно и достаточно успешно решаются применительно к общепромышленному асинхронному электроприводу.

Тем не менее, в некоторых электроприводах используются двигатели, получающие питание от сети переменного тока, но предоставляющие полный набор преимуществ, характерных для электрических машин постоянного тока. Речь идет о коллекторных однофазных электродвигателях переменного тока.

Дело в том, что любой электродвигатель постоянного тока теоретически может работать от сети переменного напряжения. Ведь направление его электромагнитного момента в любой момент времени зависит от текущего направления электрических токов в якорной обмотке и в обмотке возбуждения.

Если обе обмотки подключить в одну сеть переменного тока с частотой 50 герц, то ток в них будет менять свое направление одновременно. Поэтому крутящий момент не будет менять своего направления – двигатель будет набирать обороты, в том числе под нагрузкой.

На практике же все бывает немного сложнее. При независимом или параллельном включении обмотки возбуждения неизбежно возникает сдвиг фаз между напряжением сети и током возбуждения. Тогда электромагнитный момент будет попеременно менять свое направление, и нормальная работа привода будет невозможна.

Поэтому, коллекторные двигатели, предназначенные для включения в сеть переменного тока, имеют обмотку возбуждения, включенную последовательно с якорной обмоткой. В этом случае ток обмоток общий, и его направление может измениться только в обеих обмотках.

Это обеспечивает электромагнитный момент постоянного направления. Обычно, обмотка возбуждения делится на две части, одна из которых включается до якоря, а другая – после (относительно фазного провода). Для устранения влияния реакции якоря часто включаются дополнительные, компенсационные обмотки.

Для включения в сеть переменного напряжения традиционный для двигателей постоянного тока цельный, сварной магнитопровод статора не подходит – слишком большой величины будут достигать токи Фуко и связанные с ними потери на перемагничивание. Поэтому, магнитопроводы коллекторных двигателей переменного тока выполняются шихтованными из отдельных пластин.

Механическая и электромеханическая характеристики коллекторных двигателей переменного тока схожи с характеристиками электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения. Но в целом характеристики получаются хуже: из-за сдвига фаз на переменном токе коллекторный электродвигатель потребляет больший ток. Увеличение происходит за счет возникновения реактивной составляющей, и оно же становится причиной снижения КПД.

Их коммутация осложнена из-за наличия коллекторно-щеточного аппарата. Поэтому, мощность однофазных коллекторных машин ограничена несколькими киловаттами. Большая мощность нецелесообразна из-за больших потерь и повышенного износа щеток и коллекторных пластин.

Непрерывная коммутация щеток на коллекторе двигателей переменного тока способна генерировать достаточно мощные электромагнитные радиопомехи. Это легко замечают люди, имеющие опыт одновременного бритья электробритвой на 220 вольт и прослушивания радиоприемника. Чтобы минимизировать эти помехи, параллельно якорю двигателя устанавливаются фильтры, содержащие конденсатор.

Нормативная наработка на отказ коллекторных двигателей переменного тока составляет несколько тысяч часов. Это, конечно, немного в сравнении с обычными «асинхронниками». Однако, у них есть и свои преимущества.

Так, скорость вращения можно регулировать в очень широких пределах, причем разными способами: понижением напряжения или введением дополнительных сопротивлений в цепь питания. А вот изменение частоты питающего напряжения на скорость коллекторного электромотора не влияет.

Предельные и номинальные частоты вращения коллекторных двигателей могут достигать десяти тысяч оборотов в минуту, что недостижимо для асинхронных. Кроме того, они имеют очень хороший пусковой момент, способны выдерживать серьезные перегрузки и даже воздействие режима короткого замыкания в течение нескольких секунд без ущерба для своей конструкции.

Коллекторные однофазные двигатели отличаются высокой удельной мощностью: они компактны и приемисты. Благодаря своей, не особенно сложной конструкции, эти машины приобрели довольно широкую популярность среди производителей бытовой техники и ручного электроинструмента.

Так, подавляющее большинство пылесосов, стиральных машин, кухонных комбайнов, углошлифовальных машин, дрелей оснащены именно коллекторными однофазными электродвигателями, способными включаться в сеть как переменного, так и постоянного тока.

Для подключения в сеть постоянного тока в них используется вся обмотка возбуждения, а для включения в переменную сеть – часть ее. Тогда необходимость в компенсационных обмотках отпадает, а двигатель может считаться универсальным.

Коллекторный электродвигатель — это… Что такое Коллекторный электродвигатель?

Колле́кторный электродвигатель — синхронная[1]электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и пере­к­лю­ча­те­лем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Разновидности

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Самые маленькие двигатели данного типа (единицы ватт) содержат в корпусе:

  • трёхполюсной ротор на подшипниках скольжения;
  • коллекторный узел из двух щеток — медных пластин;
  • двухполюсной статор из постоянных магнитов.

Применяются, в основном, в детских игрушках (рабочее напряжение 3–9 вольт).

Более мощные двигатели (десятки ватт), как правило, имеют

  • много-полюсный ротор на подшипниках качения;
  • коллекторный узел из четырёх графитовых щёток;
  • четырёхполюсный статор из постоянных магнитов.

Именно такой конструкции большинство электродвигателей в современных автомобилях (рабочее напряжение 12 вольт): привод вентиляторов систем охлаждения и вентиляции, дворников, насосов омывателей.

Двигатели мощностью в сотни ватт, в отличие от предыдущих, содержат четырёхполюсный статор из электромагнитов. Обмотки статора могут подключаться несколькими способами:

  • последовательно с ротором (так называемое последовательное возбуждение),
    • преимущество: большой максимальный момент,
    • недостаток: большие обороты холостого хода, способные повредить двигатель.
  • параллельно с ротором (параллельное возбуждение)
    • преимущество: большая стабильность оборотов при изменении нагрузки,
    • недостаток: меньший максимальный момент
  • часть обмоток параллельно с ротором, часть последовательно (смешанное возбуждение)
    • до некоторой степени совмещает достоинства предыдущих типов. Пример — автомобильные стартёры.
  • отдельным источником питания (независимое возбуждение)
    • характеристика аналогична параллельному подключению, однако обычно может регулироваться. Применяется редко.

Общие достоинства коллекторных двигателей постоянного тока — простота изготовления, эксплуатации и ремонта, достаточно большой ресурс.

К недостаткам можно отнести то, что эффективные конструкции (с большим КПД и малой массой) таких двигателей являются низкомоментыми и быстроходными (сотни и тысячи оборотов в минуту), поэтому для большинства приводов (кроме вентиляторов и насосов) необходимы редукторы. Это утверждение не вполне верно, но обоснованно. Электрическая машина, построенная на низкую скорость, вообще имеет заниженный КПД и связанные с ним проблемы охлаждения. Скорее всего проблема лежит так, что изящных решений для нее нет.

Универсальный коллекторный электродвигатель

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный электродвигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены. Широко использовался на железных дорогах Европы и США как тяговая машина.

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный электродвигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону. На самом деле там есть небольшой фазовый сдвиг, обуславливающий появление против направленного момента, но он невелик, симметрирование обмоток не только улучшает условия коммутации, но и уменьшает этот момент. (М.П. Костенко, Электрические машины). Для нужд железных дорог строились специальные подстанции переменного тока низкой частоты — 16 Гц в Европе, 25 Гц в США. В 50-х годах XX века германо-французскому консорциуму производителей электрических машин удалось построить однофазную тяговую машину промышленной частоты (50 Гц). По данным М.П. Костенко Электрические машины, электровоз с однофазными коллекторными машинами на 50 Гц испытывался в СССР, где получил восторженно-отрицательную оценку специалистов. (Цитата со слов источника: «У Них асимметрия магнитной системы — доли миллиметра, у нас — доли сантиметра. У Нас щетки машины — крашенный кирпич, у них — процесс высоких технологий (это лекционный материал И.Б. Битюцкий, Липецкий политехнический университет специальность электрические машины)[источник?]).

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин. Подмножеством коллекторных машин переменного тока (к.м.п.т.) являются машины «пульсирующего тока», полученного путем выпрямления тока однофазной цепи без сглаживания пульсаций (железная дорога). Здесь стоит отметить разность в культуре электротехнической промышленности — если Европа выбрала чистую коллекторною машину, то СССР предпочел «гибрид бульдога с носорогом» — машину, где ток не менял полярность, но колебался от нуля до максимума. (И.Б. Битюцкий, Липецкий политехничский университет).

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3–5 от номинального (против 5–10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Сложной проблемой является вопрос коммутации мощной коллекторной машины переменного тока. В момент коммутации (прохождение секцией нейтрали) сцепленное с секцией якоря (ротора) магнитное поле меняет свое направление на противоположное, что вызывает генерацию в секции так называемой реактивной ЭДС. Так обстоит дело в случае с постоянным током. В к. м. п. т. реактивная ЭДС. также имеет место. Но так как якорь (ротор) находится в пульсирующем во времени магнитном поле статора, в коммутируемой секции дополнительно имеет место ещё и трансформаторная ЭДС. Ее амплитуда будет максимальна в момент пуска машины, пропорционально снижаться по мере приближения к скорости синхронизма (в точке синхронизма она обратиться в нуль) и далее по мере разгона машины вновь будет пропорционально возрастать. Проблема коммутации к.м.п.т. может быть решена следующим образом:

  • Стремление при проектировании к одновитковой секции (уменьшение потока сцепления).
  • Увеличение активного сопротивления секции. Наиболее перспективными по данным М.П.Костенко являются резисторы в «петушках» коллекторых пластин, где они хорошо охлаждаются.
  • Активная подшлифовка коллектора щетками максимальной твердости (высокий износ) и максимально возможного сопротивления.
  • Использование добавочных полюсов с последовательными обмотками для компенсации реактивной ЭДС. и паралельной — для компенсации трансформаторной ЭДС. Но так как величина трансформаторной ЭДС представляет собой функцию от угловой скорости (якоря) ротора и тока намагничивания машины, то такие обмотки нуждаются в системе подчиненного регулирования, не разработанной по сегодняшний день.
  • Применение питающих цепей низкой частоты. Популярные частоты 16 и 25 Гц.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт 50 Гц. и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
  • Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
  • Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
  • Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

  • Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
  • Компактность (даже с учётом редуктора).
  • Больший пусковой момент.
  • Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
  • Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

  • Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
  • Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
    • Относительно малая надёжность (срок службы. Тяжелые условия коммутации обуславливают использование максимально твердых щеток, что снижает ресурс.
    • Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
    • Высокий уровень шума
    • Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

  • УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
  • Асинхронный двигатель — «вентиляторная» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до точки критического момента) момент двигателя не только не растёт, а падает до нуля, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.
  • Однофазный асинхронный двигатель предлагает дополнительный «букет» проблем, связанных с запуском, т.к. в нормальных условиях пускового момента не развивает. Пульсирующее во времени магнитное поле однофазного статора математически разлагается на два противофазных поля, делающих невозможным пуск без различных ухищрений:
  • расщепленный паз
  • создающая искусственною фазу емкость
  • создающую искусственною фазу активное сопротивление

Вращающееся в противофазе поле теоретически снижает максимальный КПД однофазного асинхронного двигателя до 50–60 % из-за потерь в перенасыщенной магнитной системе и активных потерь в обмотках, которые нагружаются токами «противополя». Фактически, на одном валу «сидят» две электрические машины, одна из которых работает в двигательном режиме, а вторая — в режиме противовключения.

Таким образом, в однофазных сетях к.м.п.т. не знает себе конкурентов.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

См. также

Примечания

Коллекторный двигатель — устройство и использование

Чтобы ответить на вопрос о том, что такое коллекторный двигатель, необходимо понять, что называют двигателем вообще. А это электрическая машина, обратная генератору. Вместе генератор и двигатель называют машиной постоянного тока. Она предназначена для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую (то есть работать как генератор) или же наоборот — электрическую в механическую (работать как двигатель). Если снабдить синхронную машину постоянного тока коллектором, то мы получим коллекторный двигатель. В генераторном режиме коллектор будет играть роль выпрямителя, в двигательном режиме – преобразователя частот. Именно благодаря ему по обмотке якоря протекает переменный ток, а во внешней цепи – постоянный.

Из всего вышеизложенного следует, что коллекторный двигатель – это электрическая синхронная машина, в которой датчик положения ротора и переключатель тока в обмотках — это щеточно-коллектроный узел. Естественно, как уже говорилось, он может просто стать генератором.

Самый маленький коллекторный двигатель (на несколько ватт) состоит из таких обязательных частей, как трехполюсный ротор, подшипники скольжения, коллекторный узел (он же состоит из двух медных пластин-щеток), двухполюсный статор на постоянных магнитах. Самые маленькие устройства такого типа применяют в некоторых детских игрушках.

Коллекторный двигатель большей мощности имеет, как правило, многополюсный ротор, подшипники качения, коллекторный узел на четырех графитовых щетках, четырехполюсный статор на постоянных магнитах. Именно моторы такой конструкции стоят в автомобилях, в приводах вентиляторов, в системах охлаждения и вентиляции, в насосах, дворниках и прочем. Основным достоинством такого устройства, как коллекторный двигатель, можно назвать простоту эксплуатации, ремонта и изготовления.

Мощные устройства (на несколько сотен ватт) содержат статоры на электромагнитах. Есть несколько основных способов подключения таких обмоток: последовательно к ротору (последовательное возбуждение, приличный максимальный момент, однако быстрые обороты холостого хода), параллельно к ротору (так называемое параллельное возбуждение, преимуществом которого можно назвать стабильность оборотов, однако к недостаткам нужно отнести малый максимальный момент). Есть также варианты со смешанным и с независимым возбуждением, однако они применяются достаточно редко.

Существует и такая машина, как коллекторный двигатель переменного тока. Однако рассматривать ее отдельно нельзя. Под такой машиной обычно понимают универсальный коллекторный двигатель. Это такая разновидность машины, которая работает и на постоянном токе, и на переменном. Такое устройство получило распространение в ручных электроинструментах и в некоторой бытовой технике, благодаря небольшим размерам, весу, низкой цене, легкости в эксплуатации. Такой универсальный коллекторный двигатель можно напрямую подключать к сети, у него небольшой пусковой ток, простая схема управления.

Классификация электродвигателей — Электрический двигатель

По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающий момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.

Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).

Двигатели постоянного тока

Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:

  1. коллекторные двигатели;
  2. бесколлекторные двигатели.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.

По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:

  1. двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных магнитов;
  2. двигатели с самовозбуждением .

Двигатели с самовозбуждением делятся на:

  1. Двигатели с параллельным возбуждением;(обмотка якоря включается параллельно обмотке возбуждения)
  2. Двигатели последовательного возбуждения;(обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения)
  3. Двигатели смешанного возбуждения.(обмотка возбуждения включается частично последовательно частично параллельно обмотке якоря)

Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.

Двигатель постоянного тока в разрезе. Справа расположен коллектор с щётками

Двигатели переменного тока

Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора (благодаря чему сам ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — всегда есть разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора).

Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше).

Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.

Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.

По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:

однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь;

двухфазные — в том числе конденсаторные;

трёхфазные;

многофазные;


Универсальный коллекторный электродвигатель

Универсальный коллекторный электродвигатель — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе. Изготавливается только с последовательной обмоткой возбуждения на мощности до 200 Вт. Статор выполняется шихтованным из специальной электротехнической стали. Обмотка возбуждения включается частично при переменном токе и полностью при постоянном. Для переменного тока номинальные напряжения 127,220., для постоянного 110.220. Применяется в бытовых аппаратах, электроинструментах. Двигатели переменного тока с питанием от промышленной сети 50 гц не позволяют получить частоту вращения выше 3000 об/мин. Поэтому для получения высоких частот применяют коллекторный электродвигатель, который к тому же получается легче и меньше двигателя переменного тока той же мощности или применяют специальные передаточные механизмы, изменяющие кинематические параметры механизма до необходимых нам (мультипликаторы). При применении преобразователей частоты или наличии сети повышенной частоты (100, 200, 400 Гц) двигатели переменного тока оказываются легче и меньше коллекторных двигателей (коллекторный узел иногда занимает половину пространства). Ресурс асинхронных двигателей переменного тока гораздо выше, чем у коллекторных, и определяется состоянием подшипников и изоляции обмоток.

Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.

Как работают промышленные пылесборники?

Этот простой вопрос ежедневно задают многие клиенты PCS. Большинство компаний знакомы с концепцией воздуходувок и воздуховодов, но интеграция системы пылеулавливания и понимание всех ее компонентов может сбивать с толку. Надеюсь, эта статья дает четкое и краткое представление о внутренней работе системы пылеулавливания и о том, почему вам следует выбирать один тип вместо другого.

Конструкция промышленного пылеуловителя

В простейшем виде система пылеулавливания предназначена для очистки воздуха или газа путем удаления загрязняющих веществ или частиц пыли из собранного воздуха.Пылеуловители можно разделить на 4 основных типа: инерционные сепараторы, фильтрованные коллекторы, мокрые скрубберы и электростатические осадители.

Большинство типов пылеуловителей имеют воздуховоды, которые соединяются с входом сборщика, средства для фильтрации грязного воздуха внутри блока, систему нагнетания для создания воздушного потока через систему воздуховодов и внутренний корпус пылеуловителя, систему очистки. для фильтров и разгрузочного механизма для улавливания твердых частиц пыли в целях утилизации или утилизации.Все эти компоненты будут незначительно отличаться в зависимости от области применения, что упрощает использование этих основных ключевых элементов в системах пылеулавливания.

Какой пылеуловитель самый лучший?

В связи с тем, что на рынке представлен широкий выбор марок и типов пылеуловителей, важно сузить область поиска, основываясь на нескольких ключевых вопросах, на которые необходимо ответить: какова ваша область применения? Ваш пылесборник собирается внутри или снаружи? Каковы характеристики загрязняющих частиц или частиц пыли? Будет ли этот коллектор использоваться постоянно или периодически?

Чрезвычайно важно получить ответы на эти основные вопросы, чтобы PCS могла определить и спроектировать надлежащую систему пылеулавливания для вашего предприятия.Если вы хотите иметь низкие затраты на техническое обслуживание, низкую стоимость владения, эффективное всасывание, соответствовать любым местным или национальным нормам OSHA / NFPA и создать максимально чистую рабочую среду, необходимо надлежащее время и внимание к каждому применению, чтобы пылеуловитель работал. для ваших индивидуальных потребностей процесса.

Лучший пылеуловитель — это тот, который имеет соответствующий размер, имеет хорошую гарантию, имеет механизм очистки, который достаточно эффективен, чтобы справиться с той пылью, с которой сталкивается система, имеет правильно спроектированную систему воздуховодов и сопряженный промышленный вентилятор, а также имеет метод фильтрации в установке, который достаточно эффективен, чтобы справиться с типом и размером частиц, транспортируемых через установку.

Какой промышленный пылеуловитель мне нужен?

Как указывалось выше, промышленные системы пылеулавливания могут широко варьироваться, но приведенный ниже список должен помочь сузить его, и продавец или инженер PCS будут рады обсудить ваше приложение, чтобы выбрать правильное устройство, а также то, как пыль коллекторские работы. У нас есть много типов пылеуловителей Donaldson Torit для оптимальной работы в вашем приложении.

Применение взрывных работ:

Картриджные пылеуловители
Рабочие станции с нисходящим потоком
Шкафные устройства

Пластмассы:

Картриджные пылеуловители
RF Baghouse
DalamaticBaghouse

Литейные:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр

Пищевая промышленность:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр
RF Пылесборник

Зерновые / сельское хозяйство:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр
RF Пылесборник

Лазерная / плазменная резка:

Пылесборник TD
Пылесборники с картриджем

Сварка:

Пылесборник TD
Пылесборники с картриджем

Мокрая обработка:

Коллектор тумана WSO
Коллектор тумана MDV
Dryflo

Металлообработка:

Пылеуловитель TD
Картриджные пылеуловители
Рабочие станции с нисходящим потоком
Вибростенды
Стенды с нисходящим потоком
Шкафные блоки

Деревообработка:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр
RF Рукавный фильтр
Циклон

Двигатели переменного тока

| Принцип работы | Ресурсы для инженеров

Универсальные моторы

Универсальный двигатель — это однофазный последовательный двигатель, который может работать как от переменного (ac), так и от постоянного (dc) тока, и характеристики одинаковы как для переменного, так и для постоянного тока.Обмотки возбуждения последовательных двигателей соединены последовательно с обмотками якоря

.
Основные принципы Universal Motors

Областями электрического проектирования универсального двигателя являются магнитная цепь, обмотки возбуждения и якоря, коммутатор и щетки, изоляция и система охлаждения.


Процесс коммутации универсальных двигателей

Тактико-технические характеристики универсальных двигателей

Двигатели с экранированными полюсами

Двигатель с экранированными полюсами — это однофазный асинхронный двигатель переменного тока.Вспомогательная обмотка, состоящая из медного кольца, называется затеняющей катушкой. Ток в этой катушке задерживает фазу магнитного потока в этой части полюса, чтобы обеспечить вращающееся магнитное поле. Направление вращения — от незатененной стороны к закрашенному кольцу.


Основные принципы двигателя с экранированными полюсами
  • Это устройство затеняющей катушки (кольца) смещает ось затененных полюсов от оси основных полюсов
  • Когда питание подается на статор, магнитный поток в основной части полюса индуцирует напряжение в затеняющей катушке, которая действует как вторичная обмотка трансформатора.
  • Так как ток во вторичной обмотке трансформатора не совпадает по фазе с током в первичной обмотке.
  • Ток в затеняющей катушке не в фазе с током в основной обмотке возбуждения.
  • Таким образом, поток затеняющего полюса не совпадает по фазе с потоком основного полюса.


Вращающееся поле двигателя с экранированными полюсами

Синхронные двигатели

Синхронные двигатели переменного тока — это электродвигатели с постоянной скоростью, которые работают синхронно с частотой сети.Скорость синхронного двигателя определяется количеством пар полюсов и всегда является отношением частоты сети.

  • Статор снабжен двумя простыми катушками, которые можно напрямую подключить к сети.
  • Ротор состоит из цилиндрического постоянного двухполюсного магнита, диаметрально намагниченного.


Основные принципы синхронных двигателей

Повышение эффективности системы пылеулавливания

Автор: Хэнк ван Ормер, Air Power USA

Обычно упускают из виду область неэффективного использования сжатого воздуха — это очистка пылесборника импульсной струей — мешочного (носкового) типа или фильтра с обратным потоком.Системы пылеуловителя жизненно важны для многих производств, особенно в отношении соответствия стандартам качества воздуха внутри и снаружи помещений. Они также часто используются для сбора продуктов, приносящих доход. В основе пылеуловителя импульсного типа лежит правильная установка и наличие сжатого воздуха.

Правильная работа пылеуловителей имеет решающее значение для минимизации затрат и повышения эффективности системы. Существует множество типов и размеров, в которых для очистки мешка или фильтра используется импульс сжатого воздуха.Этот импульс обычно контролируется таймером, который может иметь или не иметь дополнительное управление потреблением. Таймеры обычно устанавливаются операторами на то, что, по их мнению, необходимо для надлежащего удаления осадка и срока службы мешка. Правильно работающее управление импульсами спроса значительно снизит эксплуатационные расходы.

В данной статье мы рассмотрим принцип действия обоих основных типов импульсных пылеуловителей — мешочных (носков) и обратных фильтров. Затем мы исследуем влияние различных проблем с установкой и выбором аксессуаров на нескольких тематических исследованиях, предоставляя примеры того, как исправить проблемы и оптимизировать использование сжатого воздуха в системе.

Основные принципы работы импульсных пылеуловителей мешочного типа

Пыль собирается на мешке или пальцах, и когда лепешка имеет соответствующую толщину и структуру, импульс (или импульсы) сжатого воздуха используется для удара по мешку или сотрясения мешка и сбивания лепешки. Иногда этот пульс может сопровождаться физической тряской. В зависимости от конструкции также могут быть предусмотрены обратные воздушные потоки.

При правильном удалении кека из пылесборника система удаляет пыль из заданной среды и имеет нормальный срок службы мешка.Когда кек не удаляется эффективно, пылеуловитель не всегда эффективно удаляет пыль из заданной среды, и срок службы мешка может быть значительно сокращен. В конструкции системы пылеулавливания указано давление сжатого воздуха на входе в коллектор и импульсные клапаны, необходимое для эффективного удаления пыли. На основе этого давления импульсный клапан подает в мешок заданный объем или вес воздуха с заданной скоростью, чтобы ударить и очистить кек. Фактическое количество и вес воздуха зависят от импульсного сопла, в которое подается сжатый воздух с заданным минимальным и постоянным давлением.

Пылеуловитель должен получать правильное давление (или близкое к нему) и стабильный повторяемый уровень давления для каждого импульса, особенно если для управления импульсами используются таймеры. Оператор может поэкспериментировать, чтобы найти правильную временную последовательность при желаемом давлении сжатого воздуха на входе. Однако, если это давление меняется, производительность будет непостоянной и неудовлетворительной, и также может потребоваться гораздо больше сжатого воздуха.

Очистка импульсным обратным потоком фильтра пылесборника

В пылесборнике с фильтром обратного потока используются картриджные элементы, которые очищаются «обратной промывкой» сжатым воздухом.Это мгновенное изменение направления воздушного потока вызвано коротким выбросом сжатого воздуха, как в пылесборниках с импульсным соплом. Сжатый воздух выпускается из ресивера через быстродействующий высокопроизводительный мембранный клапан. Этот импульс воздуха удаляет скопившуюся пыль с элемента. Затем пыль попадает в бункер или ящики коллектора.

Каждый импульс очищает ряд фильтрующих элементов, оставляя оставшиеся картриджи доступными для дальнейшей фильтрации воздуха. Каждый мембранный клапан обычно управляет одной импульсной продувочной трубой.Каждая продувочная труба с импульсной струей содержит сопло для каждого картриджа — обычно до трех картриджных фильтров на трубу. Когда импульс воздуха достигает сопла, он ускоряется через меньший диаметр, создавая центр низкого давления или Вентури, который втягивает окружающий воздух через фильтр в направлении противотока.

Номинальный расход сжатого воздуха за импульс обычно составляет от 3 до 6 кубических футов с нормальной длительностью импульса от 0,15 до 0,5 секунды. Один клапан обычно открывается каждые 15 секунд.Очевидно, есть и другие конструкции с другими характеристиками. В большинстве случаев каждые 15 секунд открывается только один клапан, но иногда может быть два или более импульса одновременно.

Воздействие пылесборников на системы сжатого воздуха

С точки зрения сжатого воздуха, подача надлежащего сжатого воздуха такая же. Будь то прямой импульсный или обратный поток, основные операции клапана очень похожи и будут различаться в зависимости от модели, марки, условий и материала.

Независимо от того, является ли пылеуловитель с импульсной струей рукавного или фильтровального типа, критически важная вспомогательная система трубопроводов, хранения и управления важна не только для эксплуатационных характеристик и затрат на техническое обслуживание, но также для фактического потребления сжатого воздуха и его влияния на энергию. расходы.

Использование импульсного управления по запросу, в отличие от активированного таймера, позволяет работать с оптимальным использованием сжатого воздуха. Это обычно называется автоматическим импульсным регулятором перепада давления.

Расход — необходимый фактор для применения в пылеуловителях

Расход — это средний расход сжатого воздуха в кубических футах в минуту (куб. Фут / мин), который либо требуется процессу, либо доставляется в систему. Скорость потока — это фактическая потребность в расходе сжатого воздуха, выраженная в кубических футах в минуту, независимо от продолжительности. Даже относительно небольшие потребности в воздухе в кубических футах могут иметь очень высокую скорость потока, если они возникают в течение очень короткого периода времени. Этим свойством обладают пылесборники.

Контроллеры последовательности

могут иметь очень значительное влияние на требуемую скорость потока. Например, на Рисунке 1 показана система пылеуловителя с двумя пульсирующими клапанами, которые используют 6 кубических футов в течение 0,15 секунды для каждого импульса. Оба клапана открываются вместе каждые 7 секунд. Если это так, и производительность и целостность пылесборника являются проблемой из-за низкого входного давления в импульсе, соответствующее хранилище и трубопровод могут быть очень эффективным исправлением при правильной реализации.

Рисунок 1: Расчет частоты импульсов потока к пылесборникам

Хотя фактический поток составляет всего 12 кубических футов (Рисунок 1), его скорость потока составляет 4800 кубических футов в минуту, а это означает, что трубопровод и все дополнительные компоненты должны справляться с этим выбросом, как если бы он составлял 4800 кубических футов в минуту, чтобы подавать воздух с надлежащей скоростью. давление.Кроме того, стандартный регулятор не может справиться с этой продолжительностью 0,15 секунды, поскольку он не может открываться достаточно быстро, чтобы подавать воздух. Короче говоря, у 12 кубических футов воздуха есть 0,15 секунды, чтобы добраться до импульсного клапана при соответствующем давлении на входе. Если этого не происходит, давление на входе падает, и импульсная струя становится неэффективной.

Пример 1: Снижение ограниченного воздушного потока за счет правильного выбора размеров трубопроводов и хранилищ

На рис. 2а показана очень распространенная установка или системная ситуация, которая вызывает ограничение воздушного потока.Это происходит из-за того, что при очистке пылеуловителя не была определена надлежащая скорость потока — либо до установки, либо перед некоторыми операционными изменениями. Размер линии подачи, размер регулятора и подача воздуха требуют определенной скорости потока. Вы не можете использовать среднюю скорость потока. На рис. 2b показана исправленная система, в которой сжатый воздух, хранящийся в сосуде подходящего размера, подает импульсный воздух, необходимый во времени, через большую трубу. Ограничительный клапан наполнения замедляет наполнение бака, защищая основную воздушную систему.

Рис. 2a: Пылесборник не был установлен с недостаточным объемом хранилища или размером трубы для подачи воздуха в коллектор за короткое время.

Рис. 2b: Скорректированная система с хранилищем надлежащего размера и трубопроводом

Пример 2: Решение проблем с давлением воздуха на входе для правильной работы

В конфигурации, показанной на Рисунке 3a, поступление воздуха в коллектор пылеуловителя контролировалось вручную с помощью 2-дюймового шарового клапана, чтобы ограничить поток и защитить основную систему сжатого воздуха.План заключался в том, чтобы оператор следил за манометром и вручную регулировал клапан по мере необходимости. В реальном исполнении это не сработало. При проверке во время работы четыре из шести пылеуловителей имели чрезмерную потерю давления на входе (> 10 фунтов на кв. Дюйм, см. Диаграмму на Рисунке 3a). Завод продемонстрировал плохие результаты, короткий срок службы мешков и не смог запустить автоматический контроль спроса.

Правильно спроектированная система показана на Рисунке 3b. Резервуар сжатого воздуха с ограничительным клапаном наполнения был спроектирован с соответствующими входными данными для удержания потери давления на входе на уровне <5 фунтов на квадратный дюйм.Повышена производительность, автоматические регуляторы расхода работают хорошо и используют меньше воздуха, что увеличивает срок службы мешка.

Рисунок 3a: Чрезмерная потеря давления на входе

Рис. 3b: Заполняющий клапан ограничителя удерживает входную потерю давления

Пример 3: Определение размера хранилища для компенсации медленного реагирования регулятора

Стандартные регуляторы обычно не работают при нормальной длительности импульса. Первая установка, показанная на рисунке 4a, включала один регулятор, а второй параллельный регулятор был добавлен.Он по-прежнему не работал, и коллектор упал до 50 фунтов на квадратный дюйм. Чтобы решить эту проблему, регулятор был заменен ресивером и ограничительным клапаном правильного размера, который можно увидеть на Рисунке 4b.

Рисунок 4a: Подача технологического воздуха

Рисунок 4b: Дополнительное хранилище стабилизирует систему

Советы по типовой работе импульсного пылеуловителя (мешок или фильтр)

Как было показано в предыдущих тематических исследованиях, проблемы с подачей и подачей сжатого воздуха могут создать неэффективный импульс.Вот пара рекомендаций по обеспечению эффективного пульса:

  • Используйте линию подходящего размера для обеспечения расхода без больших потерь давления.
  • Интегрируйте накопитель для подачи воздуха без опускания подачи в коллектор.
  • Контролируйте давление на входе и падение при импульсе.
  • Контролируйте давление потока перед ресивером.
  • Следите за давлением на входе в коллектор пылеуловителя.

Другие рекомендации по оптимизации пылесборника

В некоторых инструкциях производителей пылесборников указываются фильтр и регулятор.Убедитесь, что выбранный регулятор полностью откроется за время, отведенное для приложения. В противном случае установка должна быть дополнена правильно установленным воздушным ресивером, на который подается давление в системе 100 фунтов на кв. Дюйм, регулируемым ограничительным клапаном и соответствующим обратным клапаном (как показано на Рисунке 4b) на 2-дюймовом входе в вертикальный воздушный ресивер. Установите воздушный ресивер возле входа в пылесборник. Когда открывается один импульсный клапан, следует ожидать падения давления на 1 фунт / кв. Это падение не должно превышать 3 фунта на квадратный дюйм. Если два клапана открываются одновременно, минимальное входное давление 90 фунтов на кв. Дюйм все еще сохраняется.

Пылеуловители с импульсной струей являются постоянным источником утечек, особенно когда диафрагмы с импульсной струей выходят из строя и становятся очень большими утечками сжатого воздуха. Импульсный клапан с открытой диафрагмой 3/4 дюйма может пропускать от 200 до 250 кубических футов в минуту, а сжатый воздух на 50-60 л.с. эквивалентен примерно 24000 долларов в год.

Часто утечки трудно услышать, а иногда, когда они впервые слышны, их игнорируют в надежде, что кто-то другой заметит и устранит их. В конце концов, это жаркая (или холодная), пыльная и шумная работа, и зачастую она проводится над землей.Доступны отличные электронные системы контроля, которые обнаруживают утечки из-за неисправных электромагнитных импульсных струйных клапанов. Они также могут контролировать работу фильтров и состояние, а также контролировать способность системы соответствовать требованиям. Чтобы эти системы работали должным образом, система подачи сжатого воздуха должна обеспечивать стабильную и стабильную работу в точке использования.

Проектирование «По книге»

При аудите установки или производства со значительным пылеулавливанием очень редко можно найти кого-либо из сотрудников, кто знает, каковы рабочие характеристики пылеуловителей и как и почему были выбраны размеры труб.Когда вы собираете факты и действуете «по правилам», происходит удивительная вещь — система работает так, как должна.

Эта статья была адаптирована из учебных материалов по сбору пыли, предоставленных Air Power USA. Для получения дополнительной информации свяжитесь с Хэнком ван Ормером, Air Power USA, или посетите сайт www.airpowerusainc.com.

Дополнительные статьи о System Assessments можно найти на сайте www.airbestpractices.com/system-assessments.


Объяснение двигателя постоянного тока

— Инженерное мышление

Узнайте, как работает двигатель постоянного тока, чтобы понять основной принцип работы двигателя постоянного тока.Мы рассматриваем обычный ток, поток электронов, обмотку, якорь, ротор, вал, статор, щетки, щетки, клеммы, ЭДС, электромагниты, магнитное притяжение, а также детальные анимации того, как работает двигатель постоянного тока.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство по YouTube.

🎁 Получите БЕСПЛАТНО руководство по эксплуатации Fleming в формате PDF ➡️ Здесь

Детали двигателя постоянного тока

DC Motor

Двигатели постоянного тока выглядят примерно так, как показано выше, хотя есть довольно много вариантов.Они используются для преобразования электрической энергии в механическую, и мы можем использовать их, например, в наших электроинструментах, игрушечных машинках и охлаждающих вентиляторах.

Используется для преобразования электрической энергии

Когда мы смотрим на двигатель постоянного тока, мы сначала видим металлический защитный кожух, который образует статор.
На одном конце у нас есть конец вала, выступающий через кожух, на который мы можем прикрепить шестерни, лопасти вентилятора или шкивы.

Статор

На другом конце пластиковая заглушка с двумя выводами. Мы можем подключить к этим клеммам источник питания, чтобы вращать вал.

Если мы снимем кожух и заглянем внутрь двигателя, то обнаружим два магнита, которые образуют статор. Это постоянные магниты, которые образуют северный и южный магнитные полюса.

Магниты внутри двигателя

Проходя через центр двигателя, мы видим стержень, который называется валом. Это используется для передачи механической энергии. К валу прикреплен ротор. Ротор состоит из нескольких дисков, которые соединены вместе, каждый диск имеет эти Т-образные рычаги, врезанные в них.

На Т-образные рычаги ротора обмотаны катушки, по которым проходит электрический ток от батареи. Когда ток проходит через катушки, он создает электромагнитное поле, мы контролируем синхронизацию и полярность этого магнитного поля, чтобы создать вращение.

Внутри двигателя

Концы катушек подключены к коммутатору. Коммутатор представляет собой кольцо, разделенное на несколько пластин, концентрично расположенных вокруг вала. Пластины разделены и электрически изолированы друг от друга, а также от вала.Концы каждой катушки подключаются к разным пластинам коммутатора, они делают это для создания цепи, и мы вскоре увидим это подробно.

Основы двигателя постоянного тока

Внутри пластиковой задней крышки находятся щетки, рычаги и клеммы. Пластины коммутатора находятся между двумя щетками.

Щетки, ручки и клеммы

Щетки трутся о сегменты коммутатора, замыкая цепь. Затем электричество может течь через клемму, через плечо, в щетку, через сегмент коммутатора, в катушку, затем в другой сегмент коммутатора, в противоположную щетку и обратно в другую клемму.

Компоненты двигателя постоянного тока

Эти компоненты представляют собой наш основной двигатель постоянного тока. Чтобы понять, как работает двигатель постоянного тока, нам нужно понять некоторые основы электричества, а также то, как работают компоненты внутри.

Основы электроэнергетики

Электричество — это поток электронов по проводу. Когда много электронов движется в одном направлении, мы называем это током. Электричество постоянного тока означает, что электроны текут только в одном направлении, от одного вывода батареи непосредственно к другому.Если перевернуть батарею, ток будет течь в обратном направлении.

Основы электричества

Внутри медного провода мы находим атомы меди. Обращаясь к каждому атому, мы находим свободные электроны, их называют свободными электронами, потому что они могут свободно перемещаться к другим атомам. Они естественным образом перемещаются к другим атомам сами по себе, но это происходит во всех направлениях случайным образом, что для нас бесполезно. Нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении, и мы можем сделать это, приложив разность напряжений к проводу.Напряжение подобно давлению заставляет электроны двигаться. Электроны текут только по замкнутому контуру. Они всегда пытаются вернуться к своему источнику, поэтому, когда мы даем им путь, такой как провод, они будут проходить через него. Даже если мы временно создадим путь, они воспользуются им, как только он станет доступен. Мы можем разместить компоненты на этом пути, чтобы они проходили через него и выполняли работу за нас, например, освещали лампу.

Атомы меди

В этих анимациях мы будем использовать два термина.Это поток электронов и обычный ток. Электронный поток — это то, что на самом деле происходит с электронами, протекающими от отрицательной клеммы к положительной. Обычный ток движется в противоположном направлении от положительного к отрицательному. Традиционный ток был исходной теорией, и она все еще широко преподается и используется сегодня, потому что ее легче понять. Просто помните о двух терминах и о том, какой из них мы используем.

Электронный поток и условный ток

Постоянные магниты

Магнит

Как вы, наверное, уже знаете, магниты поляризованы с северного и южного концов.Эти типы известны как постоянные магниты, потому что их магнитное поле всегда активно. Находясь рядом с другим магнитом, одинаковые концы отталкиваются, а противоположные концы притягиваются. Итак, мы получаем эти толкающие и тянущие силы, вызванные магнитным полем магнитов.

Линии магнитного поля

Магниты имеют эти изогнутые линии магнитного поля, которые проходят от северного полюса к южному и простираются, изгибаясь вокруг внешней стороны. Магнитное поле наиболее мощно на концах, мы видим это, потому что силовых линий магнитного поля больше, плотно прилегающих друг к другу.

Мы действительно можем увидеть магнитное поле магнита, посыпав магнит железными опилками.

Магнитное поле магнита с использованием железных наполнителей

Когда два магнита находятся в непосредственной близости друг от друга, их магнитные поля взаимодействуют. Два одинаковых конца будут отталкивать друг друга, и их силовые линии магнитного поля не будут соединяться. Однако две противоположные полярности будут притягиваться друг к другу, и силовые линии магнитного поля сойдутся в область высокой концентрации.

Магнитное поле противоположных концов объединится.

Поэтому мы помещаем два магнита противоположных полярностей в статор двигателя, чтобы сформировать сильное магнитное поле через ротор.

Электромагниты

Когда мы подключаем провод к положительной и отрицательной клемме батареи, ток электронов будет течь через провод от отрицательной клеммы к положительной.

Когда электроны проходят через медную проволоку, они создают вокруг нее электромагнитное поле. Мы действительно можем это увидеть, поместив несколько магнитов вокруг провода. Когда мы пропускаем электричество по проводу, магниты вращаются. Когда мы меняем направление тока на противоположное, магниты также меняют направление и выравнивают в противоположном направлении.

Итак, мы можем создать магнитное поле, которое действует так же, как постоянный магнит, за исключением того, что с помощью этого типа мы можем выключить магнитное поле.

Проблема с электромагнитным полем в проводе в том, что оно довольно слабое. Но мы можем сделать его намного сильнее, просто свернув провода в катушку. Каждый провод по-прежнему создает электромагнитное поле, но они объединяются в гораздо большее и более сильное магнитное поле, которое мы используем для создания катушек в роторе.

Сделайте электромагнитное поле сильнее, свернув провода в катушку.

Обмотки

Катушки с проволокой называются обмотками. Самый простой двигатель постоянного тока имеет всего одну катушку. Это более простой дизайн; Однако проблема в том, что они могут выровняться из-за магнитного поля, которое заклинивает двигатель и останавливает его вращение. Чем больше у нас наборов катушек, тем плавнее будет вращение, это особенно полезно для низкоскоростных приложений. Поэтому мы обычно находим в двигателе как минимум три катушки, чтобы обеспечить плавное вращение.

Чем больше наборов катушек, тем плавнее вращение

Каждая катушка расположена под углом 120 градусов друг от друга.Между каждой катушкой находим пластину коммутатора. Каждая катушка соединена с двумя пластинами коммутатора. Пластины электрически изолированы друг от друга, за исключением того, что они соединены через катушки. Итак, если мы подключим положительную и отрицательную клеммы к двум пластинам коммутатора, мы сможем замкнуть цепь, ток будет течь, и в катушках будет генерироваться магнитное поле.

Основы катушки

Ротор

Ротор или якорь состоит из нескольких металлических дисков, соединенных вместе.

Ротор

Каждый диск электрически изолирован друг от друга лаковым покрытием. Если бы якорь был сплошным куском металла, внутри закручивались бы большие вихревые токи. Они вызваны наведенной электродвижущей силой или ЭДС. Эти вихревые токи влияют на КПД двигателя. Чтобы уменьшить их, инженеры сегментируют ротор на изолированные диски, вихревые токи по-прежнему будут течь, но они будут намного меньше. Чем тоньше диск, тем меньше будет вихревой ток.

Более тонкий диск; Меньший вихревой ток будет

Коммутатор

Коммутатор состоит из небольших медных пластин, которые крепятся к валу.Каждая пластина электрически изолирована друг от друга, а также от вала. Конец каждой катушки соединен с другой пластиной коммутатора. В этой конструкции каждая пластина коммутатора соединена с 2 катушками.

Пластины подают электричество к катушкам. Чтобы передать электричество от батареи к пластинам, у нас есть несколько щеток, которые трутся о пластины. Держатели щеток удерживают их на месте. Когда мы замыкаем цепь, электричество будет течь в сегменты коммутатора через щетки, а затем течь в 1 или 2 катушки, когда становится доступным путь.

Ток между щетками

В определенных точках вращения щетки соприкасаются с двумя пластинами. Это создаст дугу, и при этом мы получим небольшие вспышки синего света. Дуги из-за трения со временем разрушат кисть.

Правило для левой руки Flemings

Что-то, что мы должны понять, это правило левой руки Флемингса, и для этого нам нужно использовать левую руку в этой забавной форме. Вы должны помнить, что правило Флемингса использует ОБЫЧНЫЙ ТОК, а не поток электронов.Обычный ток — от положительного до отрицательного.

Мы используем правило левой руки Флемингса, чтобы определить, в каком направлении катушка будет толкать и тянуть, поскольку электромагнитное поле взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.

Если мы посмотрим на провод и представим, какой конец подключен к положительному или отрицательному, мы можем определить направление силы.

Для этого вытяните левую руку и представьте, что это большой палец, а затем пальцы 1, 2, 3 и 4.Сведите пальцы 4 и 3. Укажите пальцем 2 вправо, направьте палец 1 прямо вперед и направьте большой палец вверх.

Ваши 2 и пальца указывают в направлении обычного тока от положительного к отрицательному. Палец 1 st указывает на магнитное поле постоянного магнита с севера на юг. Ваш большой палец укажет направление движения.

Правило левой руки Флеминга

Мы сделали руководство в формате PDF, которое включает несколько примеров, которые помогут вам это запомнить.

🎁 Получите БЕСПЛАТНО руководство по эксплуатации Fleming в формате PDF ➡️ Здесь

Итак, если мы посмотрим на этот пример, обычный ток идет к нам, а магнитное поле идет слева направо. Итак, мы направляем наши 2 -й палец на нас и 1 -й палец в направлении магнитного поля. Таким образом, наш большой палец направлен вверх, что означает, что сила, действующая на провод, будет перемещать его вверх.

Восходящая сила

В этом примере обычный ток в проводе меняется на противоположный, поэтому он движется от нас.Поэтому мы переворачиваем руку так, чтобы наши 2 пальца и были направлены от нас. Наш первый палец по-прежнему указывает в направлении магнитного поля, а большой — вниз. Это означает, что сила, приложенная к проволоке, сдвинет ее вниз.

Сила, направленная вниз

Если мы свернем провод в катушку, как теперь будут действовать силы? Что ж, нам нужно рассматривать катушку как две половинки. В левой половине обычный ток течет от нас, поэтому наша рука переворачивается, и мы видим, что мы получаем направленную вниз силу.Справа обычный ток течет к нам, поэтому сила направлена ​​вверх. Следовательно, у нас есть объединенная сила, направленная вверх и вниз, поэтому катушка будет вращаться. Итак, теперь мы видим, как вращается мотор, давайте рассмотрим подробнее.

Левая сторона Правая сторона

Работа

Хорошо, давайте рассмотрим работу двигателя постоянного тока в замедленном режиме. Мы просто укажем на основные части, это северный и южный магниты, которые концентрируют магнитное поле через центр.В центре мы находим вал, прикрепленный к валу, у нас есть ротор, обернутый вокруг ротора, у нас есть катушки, соединяющие катушки, у нас есть коммутатор и обеспечивающий питание коммутатора, у нас есть щетки и щетки. Затем у нас есть блок питания.

Ротор, катушки и коммутатор будут вращаться, все остальное останется неподвижным.

Деталь двигателя постоянного тока

Мы собираемся рассмотреть протекание обычного тока и силы, возникающие на длинных сторонах каждой катушки.Мы также обозначим эти катушки 1,2 и 3. И пластины коммутатора a, b и c.

Позиция 1
  1. В этом первом положении обычный ток будет течь от плюса батареи к пластине A, затем через обе катушки 1 и 3, через пластины B и C в правую щетку и обратно к батарее. Правая сторона катушки 1 имеет направленную вниз силу, а левая сторона — восходящую силу. Катушка 3 имеет восходящую силу с этой стороны и нисходящую силу с этой стороны. И так оно вращается.
Позиция 2

2.Теперь ток течет через пластину A только в катушку 1, а затем выходит через пластину B. Это создает восходящую силу слева и нисходящую силу справа.

Позиция 3

3. Теперь ток течет через пластины A и C через катушки 1 и 2 в пластину B. Катушка 1 имеет направленную вверх силу слева и направленную вниз справа. Катушка 2 имеет направленную вверх силу слева и направленную вниз справа.

Позиция 4

4. Теперь ток течет через пластину c в катушку 2 и на пластину b. левая сторона катушки 2 имеет направленную вверх силу, а правая — направленную вниз.

Позиция 5

5. Теперь ток течет через пластину c в катушки 3 и 2 и выходит через пластины a и b. это дает нам наши восходящие и нисходящие силы на катушки.

Позиция 6

6. Теперь ток течет через пластину c в катушку 3, а затем выходит через пластину a, создавая наши восходящие и нисходящие силы.

Позиция 7

7. Теперь ток течет через пластины c и B, через катушки 3 и 1 и выходит через пластину a, давая нам силы с каждой стороны.

Позиция 8

8. Теперь ток течет через пластину b в катушку 1 и выходит через пластину a, которая создает наши силы.

Позиция 9

9. Теперь ток течет через пластину b в катушки 2 и 1, затем выходит через пластины c и a.

Позиция 10

10. Теперь ток течет через пластину b в катушку 2, а затем выходит через пластину c.

Позиция 11

11. Теперь ток течет через пластины B и A в катушки 2 и 3, а затем выходит через пластину c.

Затем это повторяется снова и снова, что дает нам вращающую силу, которую мы используем для вращения вентиляторов, шестерен, колес и шкивов.

Потоки тока, создающие силы

Если мы перевернем источник питания, мы изменим направление тока, и это изменит направление сил и, следовательно, направление вращения, так что мы используем магнитные силы и электричество для создания простого двигателя.


Начало работы с пылеуловителем

Независимо от того, являетесь ли вы профессионалом в крупном коммерческом предприятии или плотником на выходных в мастерской размером с гараж, сбор пыли является важным фактором. В Rockler Woodworking and Hardware мы концентрируемся на поставках оборудования и принадлежностей для сбора пыли, разработанных специально с учетом пространства, потребностей и бюджета как любителей, так и небольших профессиональных магазинов.
Создание эффективной системы пылеулавливания требует планирования и небольшого ноу-хау.В этой статье мы расскажем о наиболее важных аспектах разработки действительно работающей стратегии борьбы с пылью.

Это действительно необходимо? Для многих любителей и владельцев небольших профессиональных магазинов адекватная система сбора пыли попадает в категорию «предметов роскоши» — с таким количеством других инструментов, которые можно купить, она может долго оставаться внизу списка приоритетов. Вот несколько причин, чтобы начать серьезно относиться к пыли прямо сейчас.

1. Здоровье органов дыхания Продолжаются исследования последствий для здоровья длительного воздействия цеховой пыли.В дебатах о серьезности рисков для здоровья, кажется, повсеместно признается одно: риски реальны. Быстрый поиск в Интернете приведет к появлению сотен источников информации о последствиях для здоровья, связанных с воздействием древесной пыли, в том числе Федерального управления по охране труда (OSHA) и Национального института охраны труда и техники безопасности (NIOSH), входящего в состав Центров по контролю и профилактике заболеваний. Раздражение глаз, сухость и / или заложенность носа, продолжительные простуды, раздражение кожи, частые головные боли, астма и рак относятся к числу специфических состояний, связанных с воздействием древесной пыли.И чем дольше вы подвергаетесь воздействию древесной пыли, тем выше вероятность того, что вы станете чувствительны к ней и у вас возникнет реакция или возникнут другие негативные последствия для здоровья.

2. Безопасность Во многих небольших магазинах «сбор пыли» означает выламывание метлы и мусорного поддона в конце дня. Слишком много плотников обычно перешагивают через груды стружек, выброшенных строгальным станком, или стоят на скользком ковре из опилок толщиной в четверть дюйма, проталкивая последние пару досок в большой стопке через настольную пилу.Когда вы заняты работой, легко отложить уборку опасного беспорядка. И это именно то, что делают многие плотники, даже если требуется всего лишь секунда, чтобы поскользнуться или споткнуться о груду мусора и получить травму, из-за которой они надолго не попадут в цех. Пожар — еще одна опасность, связанная с скоплением пыли. Если вы когда-либо использовали растопку в камине, вы знаете, что древесина очень легко воспламеняется, когда ее разрезают на мелкие кусочки. Чтобы зажечь стружку и опилки, которые производят ваши электроинструменты, требуется на удивление мало — например, случайная искра от болгарки.В крайних случаях мелкодисперсная древесная пыль может достигать уровня, при котором она самопроизвольно взрывается.

3. Лучшее качество деревообработки Трудно работать наилучшим образом, если вы бредете по горам стружки и кашляете в облаке пыли. Об этом позаботится система сбора пыли. После установки он сделает большую часть уборки магазина за вас — пока вы работаете, а не после. Вам будет легче не только находить и добираться до вещей в магазине, но и тратить больше времени на работу с деревом и меньше на уборку пыли.

Контроль двух видов пыли Пыль, образующуюся в деревообрабатывающем цехе, можно разделить на две основные категории: крупных частиц пыли, стружки и стружки и мелкой древесной пыли. Безусловно, наибольший объем мусора, образующегося в большинстве деревянных цехов, приходится на крупную пыль, стружку и стружку. Вещи, которые собираются под вашей настольной пилой и за столом маршрутизатора, состоят из стружки, стружки и пыли, которые слишком велики и тяжелы, чтобы оставаться в воздухе надолго.Система пылеулавливания, которая соединяется шлангом или воздуховодом с вашими индивидуальными инструментами, — лучший способ уберечь вашу мастерскую от этого большого объема мусора. Чтобы избавиться от мелкой древесной пыли, которая остается в воздухе, рекомендуется использовать системы фильтрации воздуха. Они забирают воздух из вашего магазина, отфильтровывают частицы пыли и рециркулируют фильтрованный воздух. (Чтобы узнать больше о системах фильтрации воздуха, ознакомьтесь с соответствующей статьей «Работа с мелкой пылью из дерева». Остальная часть этой статьи будет посвящена сбору пыли, потому что это ваша первая линия защиты от воздействия древесной пыли.

Как работают системы пылеулавливания Система пылеулавливания улавливает древесную пыль и мусор в потоке воздуха и перемещает их через систему воздуховодов в зону сбора. Он приводится в действие пылесборником, который использует большой асинхронный двигатель для привода вентилятора особого типа, называемого крыльчаткой. Вместе они создают большой объем воздушного потока, необходимый для перемещения значительного количества пыли и мусора, производимых деревообрабатывающим оборудованием.

Скорость и объем воздушного потока Чтобы стружка, стружка и пыль перемещались по воздуховодам системы, пылеуловитель должен поддерживать поток воздуха в системе, движущийся с определенной скоростью , измеряемой в футов в минуту (фут / мин) , и должен перемещать определенный (довольно большой) объем воздуха, измеренный в кубических футах в минуту (фут / мин) .Соотношение между объемом воздуха и скоростью воздуха зависит от размера воздуховода: поток воздуха, движущийся с заданной скоростью через круглый воздуховод диаметром 12 дюймов, переносит гораздо больший объем воздуха, чем поток воздуха, движущийся с той же скоростью. скорость через канал диаметром 3 дюйма. При выборе пылесборника и проектировании системы пылеулавливания важно помнить, что объем и скорость воздуха взаимосвязаны. Как и следовало ожидать, для перемещения большого объема воздуха со скоростью, достаточной для эффективного сбора пыли, требуется более мощный пылесборник, чем для перемещения небольшого объема воздуха.Ваша система пылеулавливания должна обеспечивать подачу минимально необходимого куба в минуту на каждую машину, к которой она будет подключена. В целом, диапазон эффективного удаления стружки, стружки и пыли от крупных частиц составляет от 300 кубических футов в минуту, для инструмента с меньшим выходом пыли и мусора, такого как спиральная пила, и 900 кубических футов в минуту для инструмента, который действительно производит стружки, как строгальный станок толщиной 24 дюйма. Многие производители публикуют минимальные требования к CFM для каждого из своих электроинструментов. Но чтобы дать вам приблизительный идеал того, что вам нужно с точки зрения объема воздушного потока, в приведенной ниже таблице перечислены общие требования к CFM для популярного торгового оборудования.
Требования к машине CFM
Станок CFM Требования
Настольная пила — 10 « 350–450
Ленточная пила — 14 « 350–400
Фуговальный станок — шириной до 8 дюймов 350–450
Рубанок — 12 « 500
Рубанок -15 дюймов и больше 600–900
Дисковая шлифовальная машина — 12 « 300–350
Горизонтальный ленточный шлифовальный станок 550–600
Горизонтальный ленточный кромкошлифовальный станок 550–600
Вертикальный ленточный шлифовальный станок — шириной до 6 дюймов 400–450
Барабан-рейсмус-шлифовальный станок — барабан до 12 дюймов 400
Барабан-рейсмус-шлифовальный станок — барабан 12–24 дюйма 550
Сверлильный пресс 300
Спиральная пила 300–350

Учитывать статическое давление Помимо мощности пылесборника, следует учитывать еще одну переменную: трение.Когда воздух движется через систему, он трется о поверхности воздуховодов, должен закруглять углы и проходить через ограничения — все это препятствует потоку воздуха и создает потребность в мощности для системы. Статическое давление (SP) , измеряемое в дюймах водяного столба, представляет собой потерю скорости и объема в результате. Повышение статического давления в системе пылеулавливания зависит от ряда факторов. Основными виновниками являются чрезмерное количество поворотов воздушного потока, создаваемого коленами, Y и T.Размер воздуховода также играет важную роль. Потери статического давления в прямых участках воздуховодов узкого диаметра намного более значительны, чем в сопоставимых участках воздуховодов большего диаметра. Важно помнить о статическом давлении и стараться уменьшить трение при планировании системы. Используйте шланги или воздуховоды самого большого диаметра и постарайтесь свести к минимуму количество поворотов на 90 °. (Например, два колена под 45 °, соединенные коротким отрезком прямой трубы, будут создавать меньшее статическое давление.)

Выбор пылесборника Чтобы выбрать подходящий пылеуловитель для вашего магазина, вам необходимо учитывать требования к объему воздуха инструментов в вашем магазине, а также величину статического давления, которое ваш пылеуловитель должен будет преодолеть.Большой и мощный пылеуловитель, конечно, будет перемещать больше воздуха с большей силой преодоления трения, чем небольшой портативный блок, и, следовательно, может использоваться для обслуживания оборудования, которое производит большие объемы мусора и требует более высоких кубических футов в минуту. Кроме того, из-за их большей способности преодолевать потери статического давления более мощные пылеуловители могут быть расположены дальше от отдельных машин, что делает их более предпочтительными для центральных систем сбора пыли.

Типы пылеуловителей Цеховые пылесосы : у большинства плотников есть специальный пылесос для удаления пыли и стружки постфактум.Но для некоторых ручных электроинструментов, таких как шлифовальные машины, устройства для стыковки печенья и маршрутизаторы, пылесос может быть оптимальным решением для сбора пыли во время использования инструмента, обеспечивая достаточную мощность и d большая маневренность по сравнению с более крупными пылесборниками. Промышленные пылесосы втягивают относительно небольшие объемы воздуха, но создают высокий уровень вакуума, подходящий для всасывания небольшого количества мусора через узкий шланг, небольшие отверстия для пыли и внутренние пространства небольших инструментов. Доступен широкий ассортимент фитингов для подключения вашего пылесоса к большинству электроинструментов в вашем магазине.Только не забудьте проверить размер шланга для пылесоса в магазине и размер отверстий на ваших инструментах. Возможно, вам понадобится ступенчатый адаптер или другой разъем, если они не подходят друг другу. (Rockler имеет ряд переходников и разъемов.) Переносные пылеуловители: Переносные пылеуловители — хороший вариант, если ваши приоритеты — доступность и простота. Как следует из названия, Переносной пылеуловитель перемещается от машины к машине, удерживая его близко к инструменту, который он обслуживает, и ограничивая потери статического давления, вызванные длинными участками воздуховодов.Настройка минимальна — пылеуловитель подключается к отверстию для сбора пыли на инструменте с помощью короткого гибкого шланга и шлангового зажима. Быстроразъемные соединения, такие как компоненты Rockler Dust Right®, упрощают подключение и отключение отдельных инструментов. Переносные пылеуловители варьируются от компактных, настенных до отдельно стоящих на роликах с соответствующим диапазоном мощности и емкости. Для небольшого магазина идеальным выбором может стать настенный пылесборник Rockler Dust Right®.Он предлагает мощность всасывания 650 кубических футов в минуту и ​​не занимает занимаемую площадь. С помощью дополнительных монтажных кронштейнов его можно перемещать из одного места в другое в вашем магазине. Тем не менее, если у вас есть несколько крупных стационарных электроинструментов, вы можете подумать о переходе на пылесборник мощностью от 1100 до 1200 кубических футов в минуту. Пылеуловители этого класса обеспечивают достаточную скорость и объем воздуха для удаления стружки даже с самых больших инструментов для дома. Системы централизованного пылеулавливания: В системе централизованного сбора пыли коллектор остается в одном месте в цехе и соединяется с деревообрабатывающими инструментами системой воздуховодов.Центральная система имеет несколько преимуществ перед портативной системой. Центральный блок можно разместить в отдаленном месте, где он не будет занимать самое ценное место в вашем магазине. Кроме того, к вашим инструментам постоянно подключена центральная система, что означает, что вы можете свободно переходить от инструмента к инструменту, не останавливая работу для переключения соединения. Но участки воздуховодов, колен и Y, требуемые в центральной системе, означают большие потери статического давления. Пылесборник, используемый для центральной системы, должен быть достаточно мощным, чтобы преодолеть эти потери, и иметь достаточный объем воздуха и скорость, оставшуюся для перемещения материала.

Последнее слово о безопасности Рекомендуется заземлить систему сбора пыли, чтобы предотвратить накопление статического электричества, которое может вызвать пожар или взрыв. Накопление статического электричества — это проблема, особенно в пластиковых шлангах для сбора пыли. Rockler предлагает комплект, который упрощает заземление вашей системы пылеулавливания и снижает этот риск. Узнать больше о пылеулавливании: Сбор пыли: поиск решения, которое подходит именно вам Конструкция и оборудование системы пылеулавливания Сбор пыли: добавьте сцену для повышения производительности Сбор пыли: решения особых задач Работа с мелкой древесной пылью Работа с мелкой пылью Woodshop: средства индивидуальной защиты органов дыхания

Разъяснение различных типов промышленных систем сбора пыли

Тысячи промышленных сред создают переносимые по воздуху частицы, от дыма субмикронного размера до больших кусков пластика, бумаги или дерева.Хотя некоторая пыль опасна и представляет угрозу безопасности, другая пыль ухудшает видимость и требует удаления. При создании дыма и дыма используются промышленные системы пылеулавливания для очистки воздуха.

Промышленные системы пылеулавливания не только очищают воздух, но и повышают эффективность сотрудников, увеличивают удержание сотрудников, помогают обеспечить безопасную рабочую среду и сокращают расходы на техническое обслуживание оборудования. Это означает, что поддержание чистоты на вашем предприятии может быть полезно для вашей прибыли.

Как узнать, какая система подходит для ваших нужд?

В этом блоге мы обсудим различные типы промышленных систем пылеулавливания и преимущества каждой из них.

Пылесборники пылеуловителя

В пылеуловителях

используются длинные цилиндрические мешки (или трубки) из ткани для фильтрации пыли и частиц. Во многих случаях грязный воздух попадает в рукавный фильтр. Оттуда технологический воздух всасывается через мешки, в которых твердые частицы собираются снаружи фильтра, а чистый воздух проходит через фильтр.Реле перепада давления контролирует состояние фильтра и при необходимости активирует систему очистки.

Преимущества пылеуловителей пылеуловителя

  • Высокая температура: Если ваше приложение требует температуры выше 250 градусов по Фаренгейту, часто лучше выбрать пылеуловитель с рукавным фильтром.
  • Клейкие материалы: Клейкие или клейкие частицы лучше собирать в пылеуловителе с рукавным фильтром.
  • Тяжелая пылевая нагрузка: Чем больше пыли вы собираете, тем больше вероятность, что вам понадобится пылеуловитель с рукавным фильтром.
  • Долговечность: Карманные фильтры долговечны, гибки и обычно имеют более длительный срок службы, чем картриджи, что снижает частоту замены фильтров.

Картриджные пылеуловители

В картриджных пылеуловителях вместо мешков используется гофрированный картриджный фильтр. Поскольку фильтры имеют гофрированную форму, они имеют большую общую площадь фильтрующей поверхности на кубический фут в минуту (CFM), что снижает соотношение воздуха и ткани и размер пылесборника.Патронные пылеуловители очищаются импульсно-струйным методом, аналогично пылеуловителям рукавного типа.

Преимущества картриджных пылеуловителей

  • Эффективность: С эффективностью, достигающей 99,97% при 0,3 микрон, картриджные пылеуловители обычно являются выбором для мелкой пыли.
  • Размер: Благодаря качественной фильтрации и компактному размеру картриджные пылеуловители идеально подходят для работы внутри помещений или в небольших помещениях.

Сборщики боксов ACTion

Камера ACTion — это одна из самых универсальных промышленных систем сбора пыли для фильтрации воздуха, которая может использоваться при пескоструйной очистке, очистке и многих других областях, где окружающая пыль является проблемой.Эта камера для сбора пыли оснащена нагнетательным двигателем мощностью 7,5 л.с. и мощностью 5400 кубических футов в минуту. Благодаря мощной решетчатой ​​двери, которая является одной из самых больших в отрасли, вы получаете максимальный сбор пыли на любой рабочей высоте. Размеры кабин могут варьироваться от 8х8 до 48х24 футов.

Чемодан для будки ACTion

  • Высокоэффективные картриджные фильтры Nano-Elite: Они имеют рейтинг эффективности MERV 15 для эффективного улавливания очень мелкой пыли, дыма и дыма, удаляя 99.9% твердых частиц из воздуха.
  • Простота обслуживания: Помимо замены фильтров, эта камера для сбора пыли почти не требует обслуживания.
  • Установка: В условиях ограниченного пространства кабину ACTion можно обслуживать спереди и сверху, что позволяет устанавливать ее у стен сзади или по бокам.

Посмотрите, что делает ACTion Booth эффективной системой пылеулавливания, в нашей видео-демонстрации.

LaserPack единиц

При лазерной и плазменной резке образуются пыль, пары и различные оксиды, опасные для дыхания.Поэтому лазерное удаление дыма имеет первостепенное значение для безопасности персонала и правильной эксплуатации дорогостоящего лазерного оборудования. LaserPack 4 и LaserPack 6 представляют собой уникальное, надежное и эффективное решение для удаления пыли с вашего объекта; идеально подходит для дыма или дыма, где есть искры.

Почему коллекторы LaserPack?

Особенности пылесборников LaserPack:

  • Элементы управления, которые устанавливаются сбоку коллектора и предварительно подключены для упрощения подключения на месте
  • Дополнительный дистанционный запуск для запуска LaserPack из основных элементов управления лазерной системой
  • Основание пылесборника, облегчающее обращение с собранной пылью и ее утилизацию

Очистите воздух с помощью промышленной системы сбора пыли

Независимо от вашего приложения, A.C.T. Пылесборники предлагают решения для всех потребностей в пылеулавливании и помогут выбрать подходящие промышленные системы пылеулавливания для деревообработки, сварочных пылеуловителей или другой системы для вашего применения.

Принцип работы и процесс удаления пыли пылесборника с фильтрующим картриджем — Новости

Принцип работы и процесс удаления пыли пылесборника с фильтрующим картриджем

Существует много видов пылесборников картриджного типа, таких как пылесборник с композитным волокном, пылеуловитель с антистатическим картриджем, негорючий пылеуловитель с картриджем, нанофильтр с картриджным пылеуловителем и т. д.Использование картриджного пылесборника относительно широко, а пылеуловитель с фильтрующим картриджем имеет длительный срок службы и относительно удобен в использовании. Чтобы помочь каждому сделать покупку, я познакомлю потребителей с некоторыми производителями пылесборников с фильтрующими картриджами и их моделями!

Введение в пылесборник с фильтрующим картриджем

Пылеуловитель с фильтрующим картриджем имеет преимущества небольшого размера, высокой эффективности, низких инвестиций, простоты обслуживания и т. Д.Однако из-за небольшой мощности оборудования его трудно объединить в оборудование с большим объемом воздуха, скорость фильтрующего ветра низкая, а диапазон применения узок, только в пищевой промышленности, сварке и т. Д. Промышленные применения не получили широкого распространения. на протяжении многих лет. В последние годы, с постоянным развитием новых технологий и новых материалов, структура и фильтрующий материал пылесборника были улучшены, что сделало пылесборник с фильтрующим картриджем широко используемым в таких промышленных областях, как цемент, сталь, электроэнергетика, продукты питания, металлургия и химическая промышленность.Общая емкость увеличилась в несколько раз, и он превратился в крупногабаритный пылеуловитель с площадью фильтрации> 2000 м2. Это лучшее решение проблемы сбора ультратонкой пыли традиционными пылесборниками, высокой скорости фильтрующего ветра, плохого очищающего эффекта, легкого износа фильтровальных рукавов и высоких эксплуатационных расходов. Схема имеет характеристики большой эффективной площади фильтрации, низкого перепада давления, низкого расхода, небольшого объема и длительного срока службы по сравнению с различными мешочными типами и электростатическими фильтрами, представленными на рынке, и стала новым направлением в развитии промышленных пылеуловителей.

Конструкция пылесборника картриджного типа

Конструкция пылесборника с фильтрующим патроном состоит из впускной трубы для воздуха, выхлопной трубы, бака, зольного ведра, устройства для удаления пыли, устройства направления потока, распределения потока пластина, фильтрующий патрон и электрическое устройство управления, подобное импульсному пылеудалению воздушной камеры. состав.

Расположение фильтрующего элемента в пылесборнике очень важно. Его можно расположить вертикально на доске для цветов ящика или на доске для цветов.Вертикальное расположение разумно с точки зрения очищающего эффекта. Нижняя часть пластины представляет собой фильтрующую камеру, а верхняя часть — импульсную камеру газовой камеры. На входе в электрофильтр установлена ​​пластина распределения потока.

Принцип работы пылеуловителя с фильтрующим патроном

После того, как содержащий пыль газ попадает в зольный бункер пылеуловителя, из-за внезапного расширения секции воздушного потока и действия пластины распределения воздушного потока, часть крупных частиц в воздушный поток оседает в ведре для золы под действием динамических и инерционных сил; частицы пыли с мелкими частицами и малой плотностью попадают в камеру пылевого фильтра.Благодаря комбинированному эффекту броуновской диффузии и просеивания пыль оседает на поверхности фильтрующего материала, а очищенный газ попадает в камеру чистого воздуха и выводится через выхлопную трубу через вентилятор.

Сопротивление пылесборника картриджного типа увеличивается по мере увеличения толщины слоя пыли на поверхности фильтрующего материала. Когда сопротивление достигает определенного значения, его очищают. В это время программа PLC управляет открытием и закрытием импульсного клапана.Сначала закрывается тарельчатый клапан камеры, перекрывается отфильтрованный воздушный поток, а затем открывается электромагнитный импульсный клапан. Сжатый воздух и короткое время быстро расширяются в верхнем резервуаре, и фильтрующий элемент заливается в фильтрующий элемент. Деформация расширения вызывает вибрацию, и под действием продувки обратным потоком воздуха пыль, приставшая к внешней поверхности фильтровального мешка, отслаивается и падает в бункер. После завершения очистки электромагнитный импульсный клапан закрывается, тарельчатый клапан открывается, и камера возвращается в отфильтрованное состояние.Камеры очистки выполняются последовательно, начиная с очистки первой камеры до следующей очистки, начиная с цикла очистки. Падающая пыль попадает в бункер и выгружается через зольный клапан.

Во время этого процесса патрон фильтра необходимо регулярно заменять и чистить, чтобы обеспечить эффективность и точность фильтрации. Поскольку пыль будет оседать на поверхности фильтрующего материала, а не только блокироваться во время процесса фильтрации, сопротивление увеличивается, поэтому общая замена является правильной.Срок от трех до пяти месяцев!

Фильтрующий патрон, пылеуловитель, процесс удаления пыли

1. Процесс улавливания и сепарации

1 ступень сдвига улавливания. Суть в стадии концентрирования пыли. Пыль, равномерно перемешанная или взвешенная в несущей среде, попадает в пространство для удаления пыли пылесборника. Из-за внешней силы пыль выталкивается к границе раздела, и по мере того, как пыль перемещается к границе раздела, концентрация становится все больше и больше, и разделение твердого вещества и газа дополнительно готовится.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *