Τι είναι ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος και πώς λειτουργεί

Οι κινητήρες συλλεκτών είναι αρκετά συνηθισμένοι στην καθημερινή ζωή και στην παραγωγή. Χρησιμοποιούνται για την οδήγηση διαφόρων μηχανισμών, ηλεκτρικών εργαλείων, σε αυτοκίνητα. Μέρος της δημοτικότητας οφείλεται στην απλή ρύθμιση της ταχύτητας του ρότορα, αλλά υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στη χρήση τους και, φυσικά, μειονεκτήματα. Ας δούμε τι μοτέρ συλλέκτη συνεχούς ρεύματος (KDTT), ποιες είναι οι ποικιλίες αυτού του τύπου ηλεκτροκινητήρα και πού χρησιμοποιούνται.

Ορισμός και συσκευή

Σε καταλόγους και μόλυβδο εγκυκλοπαίδειας, ένας τέτοιος ορισμός:

«Ένας κινητήρας συλλέκτη ονομάζεται ηλεκτρικός κινητήρας, στον οποίο ο αισθητήρας θέσης άξονα και ο διακόπτης των περιελίξεων είναι η ίδια συσκευή - ο συλλέκτης. "Τέτοιοι κινητήρες μπορούν να λειτουργούν είτε μόνο σε συνεχές ρεύμα είτε σε συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα."

Ένας κινητήρας συλλέκτη, όπως κάθε άλλος, αποτελείται από ρότορα και στάτορα. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ρότορας είναι μια άγκυρα. Θυμηθείτε ότι η άγκυρα είναι το μέρος της ηλεκτρικής μηχανής που καταναλώνει το κύριο ρεύμα και στο οποίο προκαλείται η ηλεκτροκινητική δύναμη.

Γιατί είναι απαραίτητο και πώς τακτοποιείται ο συλλέκτης; Ο συλλέκτης βρίσκεται στον άξονα (ρότορας), και είναι ένα σύνολο επιμήκων τοποθετημένων πλακών απομονωμένων από τον άξονα και το ένα από το άλλο. Ονομάζονται ελάσματα. Οι στροφές των τμημάτων των περιελίξεων οπλισμού συνδέονται με τα ελάσματα (μπορείτε να δείτε τη συσκευή περιέλιξης αγκύρωσης KDPT στην ομάδα των παρακάτω σχημάτων), ή μάλλον, το τέλος του προηγούμενου και η αρχή του επόμενου τμήματος περιέλιξης συνδέονται σε καθένα από αυτά.

Το ρεύμα τροφοδοτείται στις περιελίξεις μέσω των πινέλων. Οι βούρτσες σχηματίζουν μια ολισθαίνουσα επαφή και κατά τη διάρκεια της περιστροφής του άξονα είναι σε επαφή με το ένα ή το άλλο φύλλο. Έτσι, οι περιελίξεις του οπλισμού αλλάζουν, γι 'αυτό χρειάζεται ο συλλέκτης.

Το συγκρότημα βουρτσών αποτελείται από ένα βραχίονα με συγκρατητήρες βουρτσών και οι βούρτσες γραφίτη ή μεταλλογραφίτη είναι εγκατεστημένες απευθείας σε αυτές. Για να εξασφαλιστεί καλή επαφή, οι βούρτσες πιέζονται στον συλλέκτη με ελατήρια.

Μόνιμοι μαγνήτες ή ηλεκτρομαγνήτες (τύλιγμα πεδίου), που δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο στάτορα, εγκαθίστανται στον στάτορα. Στη βιβλιογραφία για τις ηλεκτρικές μηχανές, οι όροι «μαγνητικό σύστημα» ή «επαγωγέας» χρησιμοποιούνται συχνότερα αντί για τη λέξη «στάτορας». Το παρακάτω σχήμα δείχνει το σχεδιασμό του DPT σε διαφορετικές προβολές. Τώρα ας δούμε πώς λειτουργεί ο κινητήρας DC commutator!

Λειτουργική αρχή

Όταν το ρεύμα ρέει μέσω του τυλίγματος οπλισμού, εμφανίζεται ένα μαγνητικό πεδίο, η κατεύθυνση του οποίου μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας κανόνες τυφλών. Το σταθερό μαγνητικό πεδίο του στάτορα αλληλεπιδρά με το πεδίο του οπλισμού και αρχίζει να περιστρέφεται λόγω του γεγονότος ότι οι παρόμοιοι πόλοι αποκρούουν, έλκονται από το αντίθετο. Αυτό που απεικονίζει τέλεια το παρακάτω σχήμα.

Όταν οι βούρτσες αλλάζουν σε άλλα φύλλα, το ρεύμα αρχίζει να ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση (αν λάβουμε υπόψη το παραπάνω παράδειγμα), οι μαγνητικοί πόλοι αλλάζουν θέσεις και η διαδικασία επαναλαμβάνεται.

Στις σύγχρονες συλλεκτικές μηχανές, ένας διπολικός σχεδιασμός δεν χρησιμοποιείται λόγω ανομοιόμορφης περιστροφής, τη στιγμή της αλλαγής της κατεύθυνσης του ρεύματος, οι δυνάμεις που δρουν στο οπλισμό θα είναι ελάχιστες. Και εάν ενεργοποιήσετε τον κινητήρα, ο άξονας του οποίου σταμάτησε σε αυτήν τη "μεταβατική" θέση - μπορεί να μην αρχίσει καθόλου να περιστρέφεται. Επομένως, ο συλλέκτης ενός σύγχρονου κινητήρα DC έχει σημαντικά περισσότερους πόλους και τμήματα περιελίξεων που τοποθετούνται στις αυλακώσεις του επενδεδυμένου πυρήνα, επιτυγχάνοντας έτσι τη βέλτιστη ομαλότητα κίνησης και ροπής στον άξονα.

Η αρχή της λειτουργίας του κινητήρα συλλεκτών σε απλή γλώσσα για ανδρείκελα αποκαλύπτεται στο επόμενο βίντεο, σας συνιστούμε ανεπιφύλακτα να το διαβάσετε.

Τύποι KDPT και σχήματα σύνδεσης περιελίξεων

Σύμφωνα με τη μέθοδο διέγερσης, οι κινητήρες συλλέκτη DC είναι δύο τύπων:

1. Με μόνιμους μαγνήτες (κινητήρες χαμηλής ισχύος με ισχύ δεκάδων και εκατοντάδων βατ).
2. Με ηλεκτρομαγνήτες (ισχυρά μηχανήματα, για παράδειγμα, σε μηχανισμούς ανύψωσης και εργαλειομηχανές).

Διακρίνετε αυτούς τους τύπους KDTT με τη μέθοδο σύνδεσης των περιελίξεων:

• Διαδοχική διέγερση (στην παλιά ρωσική λογοτεχνία και από παλιούς ηλεκτρολόγους μπορείτε να ακούσετε το όνομα "Serial", από την αγγλική σειρά). Εδώ, η περιέλιξη πεδίου συνδέεται σε σειρά με την περιέλιξη οπλισμού. Η υψηλή ροπή εκκίνησης είναι το πλεονέκτημα ενός τέτοιου σχήματος και το μειονέκτημά του είναι η πτώση της περιστροφικής ταχύτητας με αυξανόμενο φορτίο στον άξονα (μαλακό μηχανικό χαρακτηριστικό) και το γεγονός ότι ο κινητήρας στροβιλίζεται (ανεξέλεγκτη αύξηση της ταχύτητας με επακόλουθη ζημιά στα ρουλεμάν ώθησης και στον οπλισμό) σε ρελαντί ή με φορτίο άξονα μικρότερο από 20-30% του ονομαστικού.
• Παράλληλη (ονομάζεται επίσης "shunt"). Κατά συνέπεια, η περιέλιξη πεδίου συνδέεται παράλληλα με την περιέλιξη οπλισμού. Σε χαμηλές ταχύτητες στον άξονα, η ροπή είναι υψηλή και σταθερή σε ένα σχετικά ευρύ φάσμα στροφών και με μια αύξηση στις περιστροφές μειώνεται. Το πλεονέκτημα είναι σταθερές περιστροφές σε ένα ευρύ φάσμα φορτίου στον άξονα (περιορίζεται από την ισχύ του) και το μειονέκτημα είναι ότι όταν το κύκλωμα σπάσει στο κύκλωμα διέγερσης, μπορεί να πάει στραβά.
• Εξαρτώμενος. Οι περιελίξεις στο πεδίο και οι άγκυρες τροφοδοτούνται από διαφορετικές πηγές. Αυτή η λύση σας επιτρέπει να ελέγχετε με μεγαλύτερη ακρίβεια την ταχύτητα του άξονα. Τα χαρακτηριστικά της εργασίας είναι παρόμοια με το DPT με παράλληλη διέγερση.
• Μικτός. Μέρος της περιέλιξης πεδίου συνδέεται παράλληλα, και μέρος σε σειρά με τον οπλισμό. Συνδυάστε τα πλεονεκτήματα των σειριακών και παράλληλων τύπων.

Το γραφικό σύμβολο στο διάγραμμα που βλέπετε παρακάτω.

Στην ξένη και σύγχρονη ρωσική λογοτεχνία, καθώς και στα διαγράμματα, μπορεί κανείς να βρει μια άλλη αναπαράσταση του UGO για το KDT, όπως φαίνεται στο προηγούμενο σχήμα με τη μορφή κύκλου με δύο τετράγωνα, όπου ο κύκλος αντιπροσωπεύει την άγκυρα και δύο τετράγωνα αντιπροσωπεύουν τις βούρτσες.

Διάγραμμα σύνδεσης και αντίστροφη

Το διάγραμμα σύνδεσης των περιελίξεων στάτορα και ρότορα καθορίζεται κατά την κατασκευή και, ανάλογα με το πού χρησιμοποιείται ένας συγκεκριμένος κινητήρας, πρέπει να επιλέξετε την κατάλληλη λύση. Σε ορισμένους τρόπους λειτουργίας (λειτουργία πέδησης, για παράδειγμα), τα κυκλώματα εναλλαγής περιέλιξης ενδέχεται να αλλάξουν ή να εισαγάγουν πρόσθετα στοιχεία.

Περιλαμβάνουν κινητήρες συλλέκτη DC χαμηλής ισχύος που χρησιμοποιούν: πλήκτρα ημιαγωγών (τρανζίστορ), διακόπτες εναλλαγής ή κουμπιά, εξειδικευμένα μικροκυκλώματα οδηγού ή χρήση ρελέ χαμηλής ισχύος. Μεγάλα ισχυρά μηχανήματα συνδέονται στο δίκτυο DC μέσω διπολικής επαφείς.

Παρακάτω βλέπετε ένα αντίστροφο κύκλωμα για τη σύνδεση ενός κινητήρα DC σε ένα δίκτυο 220V. Στην πράξη, το κύκλωμα θα είναι παρόμοιο στην παραγωγή, αλλά δεν θα υπάρχει γέφυρα διόδων σε αυτό, καθώς όλες οι γραμμές για τη σύνδεση τέτοιων κινητήρων είναι τοποθετημένες από υποσταθμούς έλξης, όπου το εναλλασσόμενο ρεύμα διορθώνεται.

Το αντίστροφο πραγματοποιείται αλλάζοντας την πολικότητα στο τύλιγμα του πεδίου ή στο οπλισμό. Είναι αδύνατο να αλλάξετε την πολικότητα τόσο εκεί όσο και εκεί, καθώς η κατεύθυνση περιστροφής του άξονα δεν θα αλλάξει, όπως συμβαίνει με τους κινητήρες γενικής συλλογής όταν λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα.

Για την ομαλή εκκίνηση του κινητήρα, μια συσκευή ρύθμισης, για παράδειγμα, ένας ρεοστάτης, εισάγεται στο κύκλωμα τροφοδοσίας της περιέλιξης οπλισμού ή της περιέλιξης οπλισμού και της περιέλιξης διέγερσης (ανάλογα με το σχήμα σύνδεσης), η ταχύτητα του άξονα ελέγχεται επίσης με τον ίδιο τρόπο, αλλά αντί για έναν ρεοστάτη, συχνά χρησιμοποιούν ένα σύνολο σταθερών αντιστάσεων συνδεδεμένων χρησιμοποιώντας ένα σετ επαφών.

Στις σύγχρονες εφαρμογές, η ταχύτητα περιστροφής αλλάζει χρησιμοποιώντας διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM) και ένα κλειδί ημιαγωγού, το οποίο είναι ακριβώς αυτό που γίνεται σε ένα ασύρματο ηλεκτρικό εργαλείο (ένα κατσαβίδι, για παράδειγμα). Η αποτελεσματικότητα αυτής της μεθόδου είναι πολύ υψηλότερη.

Πεδίο εφαρμογής

Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται παντού τόσο στην καθημερινή ζωή όσο και σε βιομηχανικές συσκευές και μηχανισμούς, ας εξετάσουμε εν συντομία το πεδίο εφαρμογής τους:

• Στα αυτοκίνητα, 12V και 24V συλλέκτες DCT χρησιμοποιούνται για την κίνηση των υαλοκαθαριστήρων (υαλοκαθαριστήρες), σε ανυψωτικά παραθύρων, για την εκκίνηση του κινητήρα (ένας εκκινητής είναι ένας κινητήρας συλλεκτών DC της σειράς ή μικτής διέγερσης) και άλλων δίσκων.
• Σε μηχανισμούς ανύψωσης (γερανοί, ανελκυστήρες κ.λπ.) χρησιμοποιούνται KDTT, τα οποία λειτουργούν από ένα δίκτυο DC με τάση 220V ή οποιαδήποτε άλλη διαθέσιμη τάση.
• Στα παιδικά παιχνίδια και τα χαμηλής ισχύος ραδιο-ελεγχόμενα μοντέλα, χρησιμοποιείται το KDPT με τριπολικό ρότορα και μόνιμους μαγνήτες σε στάτορα.
• Σε ένα χειροκίνητο ασύρματο ηλεκτρικό εργαλείο - μια ποικιλία από τρυπάνια, μύλοι, ηλεκτρικά κατσαβίδια κ.λπ.

Σημειώστε ότι σε ένα σύγχρονο ακριβό ηλεκτρικό εργαλείο, έχουν εγκατασταθεί κινητήρες χωρίς ψήκτρες, αλλά κινητήρες χωρίς ψήκτρες.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Θα αναλύσουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα ενός κινητήρα συλλεκτών DC. Οφέλη:

1. Η αναλογία μεγέθους προς ισχύ (δείκτες βάρους και μεγέθους).
2. Απλότητα προσαρμογής στροφών και εφαρμογή απαλής εκκίνησης.
3. Εκκίνηση ροπής.

Τα μειονεκτήματα του KDPT είναι τα εξής:

1. Φθαρμένα πινέλα. Οι πολύ φορτωμένοι κινητήρες που χρησιμοποιούνται τακτικά απαιτούν τακτική επιθεώρηση, αντικατάσταση βουρτσών και συντήρηση του συγκροτήματος πολλαπλής.
2. Ο συλλέκτης φθείρεται λόγω τριβής με πινέλο.
3. Είναι δυνατή η σπινθήρα με βούρτσα, η οποία περιορίζει τη χρήση σε επικίνδυνα μέρη (στη συνέχεια χρησιμοποιήστε KDTT αντιεκρηκτική εκτέλεση).
4. Λόγω της συνεχούς εναλλαγής των περιελίξεων, αυτός ο τύπος κινητήρα DC εισάγει παρεμβολές και παραμόρφωση στο κύκλωμα τροφοδοσίας ή στο δίκτυο, γεγονός που οδηγεί σε δυσλειτουργίες και προβλήματα στη λειτουργία άλλων στοιχείων κυκλώματος (ιδιαίτερα σχετικό με ηλεκτρονικά κυκλώματα).
5. Με μόνιμους μαγνήτες μαγνητών, οι μαγνητικές δυνάμεις εξασθενούν (απομαγνητίζουν) με την πάροδο του χρόνου και η απόδοση του κινητήρα μειώνεται.

Εξετάσαμε λοιπόν τι είναι ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος, πώς σχεδιάζεται και ποια είναι η αρχή λειτουργίας του. Εάν έχετε απορίες, ρωτήστε τα στα σχόλια κάτω από το άρθρο!

Σχετικά υλικά:

• Τι είναι η άνοδος και η κάθοδος
• Πώς λειτουργεί ο μαγνητικός εκκινητής
• Πώς να μειώσετε την τάση
• Τι είναι ένας επαγωγικός κινητήρας