Elektryczny silnik kolektorowy jest synchroniczną maszyną elektryczną, w której przełącznik prądu w uzwojeniu i czujnik położenia wirnika są wykonane w postaci tego samego urządzenia - zespołu szczotki-kolektora. To urządzenie ma różne typy.
Trójbiegunowy wirnik na łożyskach;
Dwubiegunowy stojan z magnesem trwałym;
Jako szczotki węzła kolekcjonerskiego.
Zestaw ten jest charakterystyczny dla najbardziej energooszczędnych rozwiązań, zwykle stosowanych w zabawkach dla dzieci, gdzie więcej mocy nie jest wymagane. Struktura mocniejszych silników zawiera kilka elementów konstrukcyjnych:
Cztery szczotki grafitowe w formie kolektora;
Wirnik z wieloma biegunami na łożyskach tocznych;
Stojan z magnesem stałym z czterema słupami.
Najczęściej urządzenie tego rodzaju silnika elektrycznego stosowane jest w nowoczesnych samochodach do realizacji napędu wentylatora układu chłodzenia i wentylacji, pomp spryskiwaczy, wycieraczek i innych elementów. Są bardziej złożone jednostki.
Moc silnika elektrycznego o mocy kilkuset watów oznacza użycie czterobiegunowego stojana wykonanego z elektromagnesów. Do podłączenia jego uzwojeń można wykorzystać na kilka sposobów:
Zgodnie z wirnikiem. W tym przypadku uzyskuje się duży maksymalny moment obrotowy, jednak ze względu na wysoką prędkość obrotową biegu jałowego istnieje wysokie ryzyko uszkodzenia silnika.
Równolegle z wirnikiem. W tym przypadku prędkość pozostaje stabilna w zmiennych warunkach obciążenia, ale maksymalny moment obrotowy jest wyraźnie mniejszy.
Mieszane wzbudzenie, gdy część uzwojenia jest połączona szeregowo i częściowo równolegle. W tym przypadku łączy się zalety poprzednich opcji. Ten typ jest używany do rozruszników samochodowych.
Niezależne wzbudzenie, które wykorzystuje oddzielne źródło zasilania. W tym przypadku uzyskano charakterystykę odpowiadającą połączenie równoległe. Ta opcja jest używana dość rzadko.
Elektryczny silnik kolektorowy ma pewne zalety: są łatwe w produkcji, naprawach, obsłudze, a ich żywotność jest wystarczająco duża. Jako niedogodności zazwyczaj podkreśla się następujące: efektywne projekty takich urządzeń są zwykle szybkie i mają niski moment obrotowy, więc większość napędów wymaga zainstalowania skrzyń biegów. To stwierdzenie jest w pełni uzasadnione, ponieważ wolno poruszająca się maszyna elektryczna charakteryzuje się niską sprawnością, a także związanymi z tym problemami chłodzenia. Te ostatnie są takie, że trudno im znaleźć eleganckie rozwiązanie.
Ta opcja jest rodzajem stałego kolektora prądu zdolnego do działania na prądzie stałym i przemiennym. Urządzenie jest szeroko stosowane w niektórych typach urządzeń gospodarstwa domowego i narzędzi ręcznych ze względu na mały rozmiar, niską wagę, niski koszt i łatwość regulacji zwojów. Jest dość często spotykany jako pojazd trakcyjny na kolei w USA i Europie. Możesz rozważyć silnik urządzenia.
Aby lepiej zrozumieć ten problem, należy rozważyć bardziej szczegółowo, co stanowiło podstawę prezentowanego urządzenia. Typ uniwersalnego kolektora silnika to urządzenie prąd stałyz konsekwentnie połączonymi uzwojeniami wzbudzenia zoptymalizowanymi do pracy na prądzie przemiennym domowej sieci zasilania elektrycznego. Silnik obraca się w jednym kierunku, niezależnie od polaryzacji. Wynika to z faktu, że uzwojenie stojana i wirnika prowadzi do jednoczesnej zmiany ich biegunów magnetycznych, a dzięki temu wynikowy moment jest skierowany w jednym kierunku.
Kolektor polega na użyciu magnetycznie miękkiego materiału w konstrukcji stojana, który charakteryzuje się małą histerezą. Aby zmniejszyć utratę tego elementu wykonano kompozyty z izolacją. Jako podzbiór maszyn zbierających prąd przemienny Zwyczajowo izoluje się impulsowe agregaty prądowe, które uzyskuje się przez prostowanie prądu obwodu jednofazowego bez stosowania wygładzania tętnień.
Najczęściej charakteryzuje skręcie: w trybie niskiej szybkości uzwojenia stojana, nie pozwala na przepływ prądu zużywają więcej niż określony limit, i ogranicza maksymalny moment obrotowy silnika 3-5 na nominalnej. Zbliżanie charakterystyk mechanicznych uzyskiwanych za pomocą partycji uzwojeń stojana - poszczególne wyniki są wykorzystywane do podłączenia AC.
Raczej trudne zadanie polega na komutacji potężnej maszyny zbierającej AC. W momencie, gdy punkt neutralny przechodzi, pola magnetyczne, które styka się z wirnikiem, zmienia swój kierunek i ten staje się przyczyną sekcję generowania reaktywnej siła elektromotoryczna. Dzieje się tak, gdy pracujesz z AC. W maszynie kolektorowej AC ma również reaktywne pole elektromagnetyczne. Transformator EMF jest również zauważony, ponieważ wirnik znajduje się w polu magnetycznym stojana, pulsując w czasie. Łagodny rozruch silnika komutatora nie jest możliwe, ponieważ w tym momencie amplituda maszynie będzie maksymalna, ale jak można zbliżyć się do prędkości synchronizmu jest proporcjonalna do spadku. W miarę dalszego przyspieszenia będzie obserwowany nowy wzrost. Aby rozwiązać problem przełączania w tym przypadku, proponuje się kilka następujących po sobie kroków:
Przy projektowaniu należy preferować sekcję jednokierunkową, która ograniczy przepływ adhezji.
Skuteczna odporność na celu podniesienia sekcję do której elementy są najbardziej obiecującymi rezystorów w płytach kolektorowych, w których występuje dobre chłodzenie.
Kolektor musi być aktywnie wypolerowany za pomocą szczotki o maksymalnej twardości i najwyższej odporności.
Reaktywna siła elektromotoryczna mogą być skompensowane przez zastosowanie dodatkowych bieguny z kolejnymi zwojami, a równolegle uzwojenia transformatora przydatnych do kompensacji pola elektromagnetyczne. Ponieważ wartość ostatni parametr zależy od prędkości kątowej wirnika oraz prądu magnesującego, takie uzwojenia wymagają regulacji slave, który nie jest jeszcze istnieje.
Częstotliwość obwodów zasilania powinna być jak najniższa. Najpopularniejsze opcje to 16 i 25 Hz.
Odwrócenie DCB następuje poprzez przełączenie polaryzacji włączenia uzwojenia stojana lub wirnika.
Dla porównania stosuje się następujące warunki: urządzenia są podłączone do gospodarstwa domowego sieć elektryczna przy napięciu 220 woltów i częstotliwości 50 Hz moc silników jest taka sama. Różnica w mechanicznej charakterystyce urządzeń może być wadą lub zaletą w zależności od wymagań dla napędu.
Tak więc, silnik kolektora AC: zalety w porównaniu z jednostką DC:
Włączenie do sieci odbywa się bezpośrednio, bez potrzeby korzystania z dodatkowych komponentów. W przypadku jednostki prądu stałego wymagana jest poprawka.
Prąd rozruchowy jest znacznie mniejszy, co jest bardzo ważne dla urządzeń wykorzystywanych w życiu codziennym.
W obecności obwodu kontrolnego jego urządzenie jest znacznie prostsze - reostat i tyrystor. Jeśli komponent elektroniczny ulegnie awarii, elektryczny silnik kolektorowy, którego cena zależy od mocy i waha się od 1400 rubli i więcej, pozostanie sprawny, ale natychmiast włączy się z pełną mocą.
Są pewne wady:
Ze względu na straty magnetyzacji stojana i indukcyjność ogólna wydajność jest wyraźnie zmniejszona.
Maksymalny moment obrotowy również się zmniejsza.
Jednofazowe elektryczne silniki kolektorowe mają pewne zalety w porównaniu z asynchronicznymi:
Zwartość;
Brak wiązania z częstotliwością i szybkością sieci;
Znaczny moment rozruchowy;
Proporcjonalne zmniejszenie i zwiększenie obrotów tryb automatyczny, jak również zwiększenie momentu obrotowego przy rosnącym obciążeniu, podczas gdy napięcie zasilania pozostaje niezmienione;
Kontrola prędkości może być płynna w dość szerokim zakresie poprzez zmianę napięcia zasilania.
Przy zmianie momentu obciążenia będzie niestabilny;
Moduł szczotka-kolektor sprawia, że urządzenie nie jest bardzo niezawodne (potrzeba użycia najbardziej sztywnych szczotek znacznie zmniejsza zasoby);
Przełączanie prądu przemiennego powoduje silne wyładowanie łukowe w kolektorze, z powstawaniem zakłóceń radiowych;
Wysoki poziom hałasu w miejscu pracy;
Kolektor charakteryzuje się dużą liczbą części, co sprawia, że silnik jest dość masywny.
Nowoczesny elektryczny silnik kolektorowy charakteryzuje się zasobem porównywalnym z możliwościami mechanicznych kół zębatych i elementów roboczych.
Podczas porównywania kolektorów i silników asynchronicznych o tej samej mocy, niezależnie od częstotliwość znamionowa ostatnia, zmienia się inna cecha. Ponadto zostanie to opisane bardziej szczegółowo. Uniwersalny silnik kolektora realizuje "miękką" charakterystykę. W tym przypadku moment jest wprost proporcjonalny do obciążenia na wale, a obroty są odwrotnie proporcjonalne do niego. Moment nominalny zwykle mniej niż 3-5 razy. Ograniczanie prędkości biegu jałowego jest scharakteryzowane wyłącznie przez straty silnika, a włączenie potężnej jednostki bez obciążenia może się zwinąć.
Charakterystyka silnik indukcyjny jest "wentylatorem", to znaczy, że jednostka utrzymuje prędkość obrotową zbliżoną do nominalnej, zwiększając moment tak ostro, jak to możliwe, z niewielkim spadkiem prędkości. Jeśli mówimy o znaczącej zmianie tego wskaźnika, moment obrotowy silnika nie tylko nie wzrasta, ale spada do zera, co prowadzi do całkowitego zatrzymania. Prędkość na biegu jałowym nieznacznie przekracza nominalną, pozostając stałą. Charakterystyka jednofazowego silnika asynchronicznego jest dodatkowym zestawem problemów związanych z uruchomieniem, ponieważ się nie rozwija moment rozpoczęcia w normalnych warunkach. Pole magnetyczne jednofazowego stojana, pulsujące w czasie, rozdziela się na dwa pola o przeciwnych fazach, co uniemożliwia start bez wszelkiego rodzaju sztuczek:
Zdolność tworzenia sztucznego etapu;
Podziel rowek;
Aktywna odporność, tworząc sztuczną fazę.
Teoretycznie pole wirujące w antyfazie redukuje maksymalną efektywność jednofazowej asynchronicznej jednostki do 50-60% z powodu strat w przesyconym układzie magnetycznym i uzwojeń obciążonych prądami przeciwprąsłowymi. Okazuje się, że są dwa na tym samym wale samochody elektryczne, podczas gdy jeden działa w trybie motorycznym, a drugi - w trybie sprzeciwu. Okazuje się, że jednofazowe silniki kolektorów nie znają konkurentów w odpowiednich sieciach. Co zasłużyło na tak dużą popularność.
Charakterystyka mechaniczna silnika elektrycznego zapewnia mu pewną sferę użytkowania. Niskie prędkości, ograniczone przez częstotliwość sieci prądu przemiennego, sprawiają, że asynchroniczne jednostki o podobnej mocy są duże pod względem masy i rozmiaru w porównaniu do uniwersalnych kolektorów. Jednak przy włączeniu falownika do obwodu zasilania o wysokiej częstotliwości można uzyskać porównywalne rozmiary i masy. Pozostaje sztywność charakterystyk mechanicznych silnika elektrycznego, do których dodawane są straty przy konwersji prądu, a także wzrost częstotliwości, straty magnetyczne i indukcyjne rosną.
Silnik kolektora prądu przemiennego ma analog, który jest najbliżej niego charakterystyka mechaniczna, - zawór, w którym zespół szczotki-kolektora został zastąpiony falownikiem wyposażonym w czujnik położenia wirnika. Jako elektroniczny analog tego urządzenia stosowany jest następujący układ: prostownik, silnik synchroniczny z czujnikiem kąta obrotu, w połączeniu z falownikiem. Jednak obecność magnesów trwałych w wirniku prowadzi do spadku maksymalny moment zachowując wymiary.
Urządzenie z kolektorem silnika demonstruje sposób konwertowania instrumentu energia elektryczna w mechanice i w przeciwnym kierunku. Mówi o tym, że można go wykorzystać jako generator. Warto bardziej szczegółowo przyjrzeć się elektrycznemu kolektorowi, którego obwód zademonstruje jego możliwości.
Prawa fizyki wyraźnie wskazują, że kiedy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik w polu magnetycznym, przyłożona jest do niego pewna siła. W tym przypadku działa zasada prawej ręki, która ma bezpośredni wpływ na moc silnika elektrycznego. Silnik kolektorowy działa dokładnie zgodnie z tą podstawową zasadą.
Fizyka uczy nas, że podstawą do tworzenia niezbędnych rzeczy są drobne zasady. To była podstawa do stworzenia ramy obracającej się w polu magnetycznym, która umożliwiła stworzenie kolektora silnika elektrycznego. Schemat pokazuje, że para przewodników jest umieszczona w polu magnetycznym, którego prąd skierowany jest w przeciwnych kierunkach, a więc także i na siłę. Ich suma daje niezbędny moment obrotowy. Urządzenie silnika elektrycznego jest znacznie bardziej skomplikowane, ponieważ do niego dodano cały zespół niezbędnych elementów, w szczególności kolektor zapewniający ten sam kierunek prądu nad biegunami. Nierówności skoku wyeliminowano poprzez umieszczenie kilku dodatkowych cewek na kotwicy, przy czym magnesy stałe zastąpiono cewkami, co pozwoliło uniknąć potrzeby podawania prądu stałego. To pozwoliło nam uzyskać pojedynczy kierunek momentu obrotowego.
Jak każde inne urządzenie, urządzenie to może z jakiegoś powodu ulec awarii. Jeśli silnik elektryczny, którego zdjęcie widnieje w naszym przeglądzie, nie może uzyskać wymaganej liczby obrotów, lub wałek nie obraca się podczas rozruchu, należy sprawdzić, czy jego bezpieczniki zostały spalone, czy są jakieś przerwy obwód elektryczny Zakotwicza, niezależnie od tego, czy samo urządzenie nie jest przeciążone. Bardzo często przeciążenie prowadzi do zużycia prądu o nieprawidłowej wartości. Aby wyeliminować ten błąd, należy dokładnie sprawdzić mechaniczną skrzynię biegów i hamulec, a następnie wyeliminować przyczyny przeciążeń.
Urządzenie silnika elektrycznego jest takie, że po uruchomieniu zużywa pewną ilość prądu. Jeśli jest większa wartość nominalna, wymagane jest sprawdzenie spójności połączenia równoległych i szeregowych uzwojeń względem siebie, jak również w odniesieniu do rezystora. Podczas naprawy silników elektrycznych własnymi rękami najczęściej popełniane są określone błędy. W szczególności uzwojenie bocznikowe może być połączone szeregowo z opornością elektryczną opornika lub połączone z jednym biegunem sieci elektrycznej.
Sprawdzić zgodność połączenia uzwojenia wzbudzenia przez połączenie jednego z końców uzwojenia bocznikowego z końcem kotwy, a drugi - z przewodem elektrycznym biegnącym od łuku opornika. Zwykle jest to przekrój tego przewód elektryczny nieznacznie mniejsze niż pozostałe, dzięki czemu można je wykryć bez miernika megaomów. Po włączeniu przełącznika zasilania i przesunięciu suwaka opornika w położenie środkowe, zasilanie jest dostarczane do wolnych końców. Za pomocą lampy kontrolnej wszystkie przewodzące końce są kolejno sprawdzane. Kiedy dotkniesz jednego z nich, lampa powinna się zaświecić, ale nie z drugiej. W ten sposób testowany jest cały silnik. Cena pracy do wykonania będzie zależeć od rodzaju awarii jednostki.
Jeżeli podczas pracy urządzenia zaobserwowana zostanie liczba obrotów mniejsza niż nominalna, główne przyczyny tego stanu są zwykle następujące: niskie napięcie sieciowe, przeciążenie urządzenia, wysoki prąd wzbudzający. W przypadku stwierdzenia niezdolności odwrotnej natury konieczne jest sprawdzenie obwodu wzbudzenia, wyeliminowanie wszystkich wykrytych defektów, po których można ustawić normalną wartość prądu wzbudzenia. W niektórych przypadkach może być konieczne przewinięcie silników.
Gdy przyczyną awarii urządzenia jest błędne powiązanie równoległych i szeregowych zwojów pola, konieczne jest przywrócenie prawidłowej kolejności połączenia. Jeśli niemożliwe jest rozwiązanie tego problemu w prosty sposób, może być konieczne przewijanie silników elektrycznych. Konieczne jest również sprawdzenie wartości napięcia w sieci elektrycznej, ponieważ wraz ze wzrostem jej nominalnej szybkości, prędkość urządzenia może wzrosnąć.
Tworzenie strumienia magnetycznego do tworzenia chwili. Induktor musi również zawierać magnesy trwałe albo uzwojenie pola. Induktor może być częścią zarówno wirnika, jak i stojana. W silniku pokazanym na rys. 1, układ wzbudzenia składa się z dwóch magnesów stałych i jest częścią stojana.
Zgodnie z konstrukcją stojana, silnik kolektora może być i.
Obwód silnika kolektora z magnesem stałym
Silnik zbierający DC z magnesami trwałymi jest najczęstszym z QDCT. Ten silnik zawiera magnesy trwałe, które wytwarzają pole magnetyczne w stojanie. Silniki DC z magnesami trwałymi (КДПТ ПМ) są zwykle używane do zadań, które nie wymagają dużej mocy. КДПТ ПМ jest tańszy w produkcji niż silniki kolektorowe z uzwojeniami wzbudzającymi. W tym przypadku moment ДПТ ПМ jest ograniczony przez pole stałych magnesów stojana. Magnes trwały QDCT reaguje bardzo szybko na zmiany napięcia. Ze względu na stałe pole stojana łatwo kontrolować prędkość silnika. Wadą silnika prądu stałego z magnesami stałymi jest to, że z biegiem czasu magnesy tracą swoje właściwości magnetyczne, co skutkuje zmniejszeniem pola stojana i zmniejszeniem wydajności silnika.
Niezależny obwód wzbudzenia
Równoległy obwód wzbudzenia
Sekwencyjny obwód wzbudzenia
Schemat mieszane podniecenie
W niezależnych silnikach wzbudzenia uzwojenie wzbudzenia nie jest elektrycznie połączone z uzwojeniem (rysunek powyżej). Zwykle napięcie wzbudzenia U OB różni się od napięcia w obwodzie twornika U. Jeśli napięcia są równe, uzwojenie wzbudzenia jest połączone równolegle z uzwojeniem twornika. Zastosowanie niezależnego lub równoległego wzbudzenia w silniku elektrycznym jest określone przez elektryczny obwód napędowy. Właściwości (charakterystyka) tych silników są takie same.
W silnikach o wzbudzeniu równoległym prądy wzbudzenia (cewka indukcyjna) i zwora są niezależne od siebie, a całkowity prąd silnika jest równy sumie prądu uzwojenia wzbudzenia i prądu twornika. Podczas normalna praca, ze wzrostem napięcia moc zwiększa całkowity prąd silnika, co prowadzi do zwiększenia pola stojana i wirnika. Wraz ze wzrostem pełny prąd prędkość silnika również wzrasta, a moment maleje. Podczas ładowania silnika prąd twornika wzrasta, co powoduje zwiększenie pola kotwicy. Gdy prąd twornika wzrasta, prąd cewki indukcyjnej (uzwojenie wzbudzenia) maleje, co powoduje zmniejszenie pola cewki indukcyjnej, co prowadzi do zmniejszenia prędkości silnika i zwiększenia momentu obrotowego.
Silnik zbierający o równoległym wzbudzeniu ma moment malejący przy wysokich obrotach i wysokim, ale bardziej stałym momencie przy niskich obrotach. Prąd w uzwojeniu induktora i zwory nie zależy od siebie, więc całkowity prąd silnika elektrycznego jest równy sumie prądów cewki i zwory. W rezultacie ten typ silnika ma doskonałą funkcję kontroli prędkości. Silnik kolektora prądu stałego z równoległym uzwojeniem wzbudzenia jest powszechnie stosowany w aplikacjach wymagających mocy większej niż 3 kW, w szczególności w zastosowaniach motoryzacyjnych i przemysłowych. W porównaniu z tym, silnik równoległego wzbudzenia nie traci swoich właściwości magnetycznych z czasem i jest bardziej niezawodny. Wadami równoległego silnika wzbudzenia są wyższe koszty i możliwość wymknięcia się spod kontroli silnika, jeśli prąd cewki wzrośnie do zera, co z kolei może doprowadzić do awarii silnika.
W silnikach elektrycznych o wzbudzeniu sekwencyjnym uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z uzwojeniem twornika, a prąd wzbudzenia równy bieżącemu kotwice (I in = I a), które dają silnikom specjalne właściwości. Przy małych obciążeniach, gdy prąd twornika jest mniejszy prąd znamionowy (Ja noszę) i układ magnetyczny silnika nie jest nasycony (F ~ I a), moment elektromagnetyczny proporcjonalna do kwadratu prądu w uzwojeniu twornika:
Wraz ze wzrostem obciążenia system magnetyczny silnika staje się nasycony, a proporcjonalność między prądem Ia a strumieniem magnetycznym F zostaje zakłócona. Przy znacznym nasyceniu strumień magnetyczny Φ ze wzrostem I i praktycznie nie wzrasta. Wykres zależności M = f (I a) w części początkowej (gdy system magnetyczny nie jest nasycony) ma kształt paraboli, a następnie, gdy jest nasycony, odchyla się od paraboli, a w obszarze dużych obciążeń zamienia się w linię prostą.
Ważne: Niedopuszczalne jest włączenie szeregu silników wzbudzających do sieci na biegu jałowym (bez obciążenia na wale) lub przy obciążeniu mniejszym niż 25% wartości nominalnej, ponieważ przy niewielkich obciążeniach częstotliwość obrotu twornika gwałtownie wzrasta, osiągając wartości, przy których możliwe jest mechaniczne zniszczenie silnika, a więc w napędach przy silnikach o wzbudzeniu sekwencyjnym niedopuszczalne jest stosowanie napędu pasowego, jeżeli jest on uszkodzony, silnik przełącza się w tryb jałowy. Wyjątkiem są silniki szeregowe o mocy do 100-200 W, które mogą pracować w trybie jałowym, ponieważ straty mechaniczne i magnetyczne przy dużych prędkościach są współmierne do mocy znamionowej silnika.
Zdolność sekwencyjnych silników wzbudzenia do opracowania dużego momentu elektromagnetycznego zapewnia im dobre właściwości początkowe.
Silnik kolektora o sekwencyjnym pobudzeniu ma wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach i rozwija wysoką prędkość bez obciążenia. Ten silnik elektryczny jest idealny dla urządzeń, które potrzebują rozwinąć wysoki moment (dźwigi i wyciągarki), ponieważ prąd stojana i wirnika zwiększa się pod obciążeniem. W przeciwieństwie do równoległych silników wzbudzających, silnik wzbudzający szeregowy nie ma dokładnej charakterystyki regulacji prędkości, a w przypadku zwarcie pobudzenie wzbudzenia może stać się niekontrolowane.
Silnik mieszanego wzbudzenia ma dwa uzwojenia wzbudzenia, jeden z nich jest połączony równolegle z uzwojeniem twornika, a drugi jest połączony szeregowo. Stosunek sił magnetyzujących uzwojeń może być różny, ale zwykle jedno z uzwojeń wytwarza dużą siłę magnetyzującą, a to uzwojenie jest nazywane głównym, drugie uzwojenie nazywane jest pomocniczym. Uzwojenia wzbudzenia mogą być włączane i liczone, a zatem strumień magnetyczny jest tworzony przez sumę lub różnicę sił magnetyzacji uzwojeń. Jeżeli uzwojenia są zawarte zgodnie z, to charakterystyki prędkości takiego silnika są umiejscowione między charakterystyką prędkości silników wzbudzenia równoległego i szeregowego. Przełączanie krzyżowe jest stosowane, gdy konieczne jest uzyskanie stałej prędkości obrotowej lub zwiększenie prędkości obrotowej przy rosnącym obciążeniu. Zatem charakterystyka działania silnika wzbudzenia mieszanego jest zbliżona do charakterystyki silnika wzbudzającego równoległego lub szeregowego, w zależności od tego, które uzwojenie wzbudzenia odgrywa główną rolę.
Historycznie, pierwszy silnik elektryczny pracował na prądzie stałym, ponieważ w momencie jego wynalezienia w 1834 roku przez Borisa Jacobiego jedynym źródłem prądu były baterie galwaniczne.
Zasada działania silnika prądu stałego jest prosta: w najprostszym przypadku ma on jedną parę biegunów na stojanie i wirniku, a kierunek prądu w uzwojeniu wirnika dwa razy na obrót zmienia się za pomocą specjalnego urządzenia - kolektora, który jest zestawem płytek odpowiadającym liczbie zwojów wirnika.
Gdy wirnik obraca się, różne sekcje uzwojenia są połączone szeregowo za pomocą szczotek z zewnętrznym źródłem prądu stałego. Ponieważ silnik elektryczny z wirnikiem dwubiegunowym ma dwa martwe punkty, w których rozruch bez zewnętrznego impulsu jest niemożliwy (bieguny wirnika są dokładnie przeciwległe do biegunów stojana, a wypadkowa siła odpychająca wynosi zero), w praktyce stosowane są tylko wirniki wielobiegunowe. Ponadto wzrost liczby biegunów zwiększa równomierność obrotu wirnika.
Połączenie uzwojenia twornika może być inne:
Niezależny.
Uzwojenie wirnika nie ma bezpośredniego połączenia ze stojanem, takie połączenie jest używane w obwodach z regulacją prędkości.
Serial.
Uzwojenie twornika jest połączone szeregowo ze stojanem. Wraz ze wzrostem obciążenia silnika szeregowego jego obroty gwałtownie spadają (ale wzrasta moment obrotowy), przy malejącym obciążeniu możliwe jest oddzielenie. Z tego powodu wzbudzenie szeregowe nie jest stosowane, gdy silnik jest w stanie jałowym. Klasycznym przykładem silnika seryjnego jest elektryczny rozrusznik samochodowy.
Przeciąganie
Kotwica jest połączona równolegle ze stojanem. W przypadku przeciążenia moment obrotowy na rotorze nie zmienia się, w przypadku braku obciążenia nie następuje rozdzielenie.
Mieszane.
Armatura ma dwa uzwojenia połączone szeregowo ze stojanem i równolegle do niej. Zgodnie z ich charakterystyką elektromechaniczną złożone silniki elektryczne znajdują się między szeregowymi i bocznikowymi - są zdolne do zwiększania momentu obrotowego przy rosnącym obciążeniu i jednocześnie nie są podatne na odstępy na biegu jałowym.
Wymieszanie mieszane jest często stosowane w elektronarzędziach, gdzie konieczne jest ograniczenie maksymalnej prędkości i odporności na wzrost obciążenia.
W zależności od wzajemnego kierunku strumieni magnetycznych obu zwojów wyróżnia się bezpośrednie i odwrotne połączenie: z odwrotnym włączeniem i odpowiednią konstrukcją wirnika, możliwe jest utrzymanie stabilnych obrotów przy zmianie obciążenia, ale schemat ten jest podatny na okresowe wahania prędkości obrotowej.
Pole magnetyczne stojana jest stałe, więc stojan może być wykonany z magnesów o dużej mocy bez uzwojenia. Zmniejsza to koszt miedzi na produkcji silnika elektrycznego i zmniejsza jego koszt.
Dziedzina zastosowania silników prądu stałego to przede wszystkim urządzenia i systemy zasilane bateryjnie: od mikrosilników kieszonkowych graczy po potężne elektryczne rozruszniki samochodowe, silniki trakcyjne lekkich pojazdów elektrycznych i samochodów elektrycznych oraz elektronarzędzia zasilane z akumulatora.
Ze wszystkimi jego zaletami (prostota urządzenia, wysoka wydajność, łatwość odwracania) silniki prądu stałego mają szereg poważnych wad:
Najbardziej oczywistym sposobem kontrolowania prędkości silnika prądu stałego jest zmiana prądu w jego uzwojeniach i, w konsekwencji, strumienia magnetycznego. Początkowo do obwodu zasilania wirnika należał silny reostat, jednak ta metoda sterowania miała oczywiste wady:
Złożoność automatycznej konserwacji obrotów.
Silnik reostatowy był napędzany ręcznie lub przymocowany do regulatora odśrodkowego. W każdym razie gwałtowny wzrost obciążenia nie mógł być szybko zrekompensowany.
Duża utrata mocy.
Na mocnych silnikach elektrycznych reostat znacznie się nagrzał, zmniejszając sprawność układu napędowego i wymagając wprowadzenia dodatkowego chłodzenia.
Aplikacja stabilizator liniowy w przypadku sterowania silnikiem jest to wymiana mechanicznego reostatu na elektroniczny: zmieniając moc rozpraszaną przez liniowy stabilizator, zmienia się prąd w uzwojeniach silnika.
Główną zaletą tego schematu jest możliwość tworzenia urządzeń w celu utrzymania prędkości przy wysokiej szybkości reakcji. Jak wiadomo, podczas obrotu kolektora występują gwałtowne skoki prądu w momencie podłączenia kolejnej sekcji uzwojenia wirnika.
Częstotliwość tych impulsów jest ściśle proporcjonalna do prędkości silnika, która jest szeroko stosowana w urządzeniach kontrolnych do silników kolektorowych. Na przykład podnośnik szyb samochodowych automatycznie wyłącza zasilanie silnika, przestając naprawiać tętnienie prądu w obwodzie zasilania podnoszącego okno (wykrywanie momentu zatrzymania silnika).
Poprawa elektroniki mocy, a zwłaszcza tworzenie kluczy o niskim spadku napięcia w stanie otwartym (IGBT, MOSFET) umożliwiły stworzenie elektronicznych układów sterowania modulacją szerokości impulsu. Istotą modulacji szerokości impulsu (w skrócie PWM) jest zmiana czasu trwania impulsów prądowych przy zachowaniu ich stałej częstotliwości.
Ta metoda regulacji ma znacznie większą skuteczność, ponieważ nie ma elementu, na którym nadmierna moc jest rozpraszana, jak miało to miejsce w przypadku reostatu lub liniowego regulatora napięcia.
Głównym problemem obwodów szerokości impulsu jest indukcyjność uzwojeń silnika. Uniemożliwia natychmiastowe zwiększenie i zmniejszenie prądu, zniekształcając kształt prostokątnego sygnału przyłożonego do silnika elektrycznego. Z kolei jeśli stopień mocy regulatora PWM jest nieprawidłowo zaprojektowany, może to doprowadzić do przegrzania przełączników zasilania i gwałtownego spadku wydajności.
W momencie włączenia silnika prądu stałego do sieci zasilającej następuje znaczny wzrost prądu, ponieważ prąd rozruchowy silnika kilkukrotnie (przy mocy mierzonej kilowcami - do 20) przekracza prąd znamionowy. Z tego powodu bezpośredni rozruch silników elektrycznych jest stosowany tylko przy małej mocy.
Popularnym sposobem zmniejszenia obciążenia sieci podczas uruchamiania silników elektrycznych dużej mocy jest rozpoczęcie pracy z opornikiem. W tym przypadku, w momencie włączenia silnika, obwód wirnika jest zasilany przez silny rezystor lub zestaw rezystorów, ponieważ zestaw obrotów jest zwarty przez specjalne styczniki. Oscylogram prądu twornika w tym przypadku zbliża się do zęba piłokształtnego, a amplituda pulsacji zależy od liczby stopni wyjściowego reostatu.
W przypadkach, gdy obciążenie silnika znajduje się w określonym z góry zakresie, rozruch reostatu odbywa się w trybie automatycznym z wykorzystaniem przekaźnika czasowego. Schemat ten jest stosowany w wielu pociągach elektrycznych, ale ręczne sterowniki obsługiwane przez mechaników są również powszechne.
Brak reostycznego rozruchu oznacza dużą stratę ciepła dla reostatów, dzięki czemu muszą one mieć dużą moc, aw niektórych przypadkach sztuczne chłodzenie.
Jest to pozbawione początku przez zmianę napięcia zasilania, które jest stosowane w przypadkach, gdy źródło prądu może być sterowane, na przykład, w elektrycznych przekładniach prądu stałego: w momencie rozruchu silnik napędzający generator pracuje z minimalną prędkością, stopniowo zwiększając je, gdy przyspiesza.
Mogą być również używane prostowniki zarządzane, ale ta metoda jest bardziej odpowiednia dla silników o małej mocy.
© 2012-2017 Wszelkie prawa zastrzeżone.
Wszystkie materiały przedstawione na tej stronie służą wyłącznie celom informacyjnym i nie mogą być wykorzystywane jako wytyczne lub dokumenty regulacyjne.
Bezszczotkowe silniki prądu stałego są również określane jako typ zaworowy w literaturze zagranicznej, BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) lub PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).
Strukturalnie, bezszczotkowy silnik składa się z wirnika z magnesami trwałymi i stojana z uzwojeniami. Zwracam uwagę na to, że w silniku kolektora, przeciwnie, uzwojenia znajdują się na wirniku.
kolekcjoner i bezszczotkowy
Aby dowiedzieć się, dlaczego silniki bezszczotkowe są tak wydajne i mają dużą moc, musisz wiedzieć, jak działa standardowy silnik kolektora.
Konwencjonalne silniki kolektorów mają tylko dwa przewody (dodatni i ujemny), które łączą silnik z regulatorem prędkości. Wewnątrz obudowy silnika widać dwa zakrzywione magnesy stałe, aw środku znajduje się wał z kotwicą, na którym nawinięte są zwoje drutu miedzianego. Po jednej stronie wałka twornika zamontowane jest koło silnikowe, po drugiej stronie wału znajduje się tak zwany kolektor wykonany z miedzianych płyt, przez który prąd doprowadzany jest do uzwojeń twornika za pomocą szczotek węglowych.
silnik kolektora
Gdy standardowy silnik kolektora zacznie się obracać.
Gdy uzwojenia twornika naprzemiennie otrzymują stałą prąd elektrycznypowstaje w nich pole elektromagnetyczne, które z jednej strony ma biegun "północny", a z drugiej biegun "południowy". Ponieważ "północny" biegun dowolnego magnesu jest automatycznie odpychany z "północnego" bieguna innego magnesu, pole elektromagnetyczne jednego z uzwojeń twornika, współdziałające z biegunami magnesów stałych stojana, powoduje obrót twornika. Prąd przepływa przez kolektor i szczotki do następnego uzwojenia twornika, co powoduje, że zwora wraz z wałem silnika kontynuuje obracanie i tak dalej, aż do momentu przyłożenia napięcia do silnika. Z reguły szkielet silnika kolektora ma trzy uzwojenia (trzy bieguny) - nie pozwala to zablokować silnika w jednej pozycji.
Wady silników kolektorów są wykrywane, gdy trzeba uzyskać ogromną liczbę zwojów od nich. Ponieważ szczotki muszą zawsze stykać się z kolektorem, tarcie następuje w miejscu kontaktu, które znacznie wzrasta, szczególnie przy dużych prędkościach. Jakakolwiek usterka kolektora prowadzi do znacznego zużycia szczotek i uszkodzenia styku, co z kolei zmniejsza sprawność silnika. Dlatego poważni gracze szlifują i polerują kolektor silnika i wymieniają szczotki po prawie każdym wyścigu. Zespół kolektora standardowego silnika jest również źródłem zakłóceń radiowych i wymaga specjalnej uwagi i konserwacji.
Zobaczmy teraz, jak działa bezszczotkowy silnik.
Główną cechą konstrukcji silnika bezszczotkowego jest to, że jest ona zasadniczo podobna do silnika zbierającego, ale wszystko jest ułożone tak, jakby "na wylot" i nie ma w nim kolektora i szczotek. Magnesy trwałe, które są zamontowane na silniku zbierającym na stacjonarnym stojanie, są umieszczone wokół wału bezszczotkowego silnika, a to urządzenie nazywa się wirnikiem. Uzwojenia drutu silnika bezszczotkowego są umieszczone wokół wirnika i mają kilka różnych biegunów magnetycznych. Bezczujnikowe silniki bezszczotkowe mają czujnik na rotorze, który wysyła sygnały o położeniu wirnika do procesora elektronicznego regulatora prędkości.
bezszczotkowy silnik
Ze względu na brak kolektora i szczotek w silniku bezszczotkowym nie ma części zużywających się, z wyjątkiem łożysk kulkowych z wirnikiem, co automatycznie zwiększa jego wydajność i niezawodność. Obecność czujnika kontroli obrotu wirnika również znacznie poprawia wydajność. W silnikach kolektorowych nie występuje iskrzenie szczotek, co znacznie zmniejsza występowanie interferencji, a brak węzłów o zwiększonym tarciu wpływa korzystnie na temperaturę pracy silnika, co również zwiększa jego wydajność.
Jedyną możliwą wadą układu bezszczotkowego jest nieco wyższy koszt, ale każdy, kto doświadczył dużej mocy bezszczotkowego systemu, czuł piękno braku konieczności okresowego zastępowania szczotek, sprężyn, kolektorów i kotew, szybko doceniłby ogólne oszczędności i nie wróciłby do silników kolektorów ... nigdy!
Oprócz podstawowych wymiarów i różnych parametrów, silniki bezszczotkowe można podzielić według typu: z czujnikiem i bez czujnika. Silnik z czujnikiem wykorzystuje bardzo mały czujnik na wirniku, a oprócz trzech grubych kabli, przez które silnik otrzymuje moc, ma dodatkową pętlę cienkich drutów, które łączą silnik z regulatorem prędkości. Dodatkowe przewody przesyłają informacje z czujnika o położenie wirnika setki razy na sekundę. Te informacje są przetwarzane. regulator elektroniczny prędkość, która pozwala silnikowi działać tak płynnie i wydajnie, jak to tylko możliwe. Takie silniki są używane przez zawodowych kierowców, jednak takie silniki są znacznie droższe i trudniejsze w użyciu.
Bezczujnikowy system bezszczotkowy, jak można się domyślić, nie ma czujników i dodatkowych przewodów, a wirnik takich silników obraca się bez dokładnej rejestracji położenia i obrotów przez regulator prędkości. To sprawia, że silnik i regulator prędkości są łatwiejsze w produkcji, łatwiejsze do zainstalowania i ogólnie tańsze. Systemy bezczujnikowe są w stanie zapewnić taką samą moc jak systemy czujników, po prostu z mniejszą dokładnością, i jest to idealne rozwiązanie dla amatorów i początkujących.
Zasada działania elektrycznego silnika kolektorowego (rys.) Opiera się na następujących założeniach: jeżeli przewód pomiędzy prądem a prostokątną ramą z osią obrotu znajduje się pomiędzy biegunami magnesu stałego (lub elektromagnesu), wówczas ta rama zacznie się obracać. Kierunek obrotu zależy od kierunku prądu w ramie. Prąd w ramie ze źródła prądu stałego może być zasilany przez pół-pierścieniowe styki przymocowane do końców ramy i przez elastyczne przesuwne styki - szczotki (ryż, a). Zwróć uwagę, że obracająca się część silnika nazywa się kotwicą, a część nieruchoma nazywa się stojanem.
Półokrągłe styki zapewniają przełączanie prądu w ramie co pół obrotu, tj. Ciągły obrót ramy w jednym kierunku. W rzeczywistych silnikach kolektorów istnieje wiele takich ram, więc cały krąg kontaktów nie jest już podzielony na dwa, lecz na większą liczbę kontaktów.
Rys. Silnik kolektora: a - zasada działania; b - szkolenie silnika zbierającego; in - kotwice treningowych silników zbierających; g - kotwica prawdziwego silnika elektrycznego
Styki te tworzą kolektor - stąd nazwa tego silnika elektrycznego. Styki kolektora wykonane są z miedzi, a szczotki z grafitu. Najprostszą naprawą silnika elektrycznego jest zastąpienie szczotek, których zapasowy zestaw często jest uwzględniany przy sprzedaży urządzeń z takimi silnikami.
Silniki kolekcjonerskie są szeroko stosowane.
Silniki kolekcjonerskie. Są one nazwane po jednym z węzłów wirnika - kolektorze (cylindrze zbudowanym z izolowanych miedzianych płyt, do których lutowane są końce drutów nawojowych). Szczotki stojana stykają się z kolektorem. Kolektor dostarcza prąd do uzwojenia wirnika połączonego szeregowo z uzwojeniem stojana.
Silniki elektryczne kolektorów mają dużą prędkość obrotową wirnika, dlatego są używane w takich produktach i maszynach jak odkurzacze, maszyny kuchenne itd. Mają małą masę i całkowite wymiary. W przypadku maszyn domowych stosuje się głównie uniwersalny wbudowany elektryczny silnik kolektorowy.
Silniki kolektorów pracujące ze źródła prądu przemiennego i stałego, nazwa uniwersalna. Istnieją silniki do pracy przy niskim napięciu ze źródeł prądu. Silniki kolekcjonerskie rozwijają wysokie prędkości obrotowe bez obciążenia, więc ich rozruch w maszynach domowych odbywa się najczęściej pod obciążeniem, dla którego napędzane części maszyny są umieszczone bezpośrednio na wale silnika, na przykład wentylator w odkurzaczu.
Podczas pracy silników kolektorowych ich wady objawiają się wzrostem poziomu hałasu, zakłóceniami odbioru radiowego, iskrzeniem i awarią szczotek węglowych, złożonością konserwacji. Takie silniki są mniej niezawodne, trudne do wyprodukowania i drogie. Mają jednak szereg znaczących zalet w stosunku do asynchronicznych, dzięki czemu są wykorzystywane w urządzeniach domowych. To dobre dane wyjściowe, możliwość uzyskania wysokich prędkości obrotowych (do 25 000 r / min) i płynna regulacja prędkości w szerokim zakresie, wszechstronność.
Sprawność silnika w sprzęcie gospodarstwa domowego zależy od zgodności z wymaganiami dotyczącymi sposobu działania produktu, co jest koniecznie wskazane w dokumencie operacyjnym. Szczególnie ważne jest przestrzeganie tych wymagań w odniesieniu do produktów i maszyn o krótkoterminowych i powtarzających się krótkoterminowych trybach pracy (suszarki do włosów, miksery itp.), Aby zapobiec przegrzaniu silnika i jego awarii.
Zgodnie z metodą chłodzenia silniki są podzielone na silniki z naturalnym i sztucznym chłodzeniem. Ponadto urządzenie wentylacyjne, zwłaszcza niezależne, musi być utrzymywane i konserwowane.
