Коллекторный электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

Принцип работы

Всасывающий коллектор функционирует по очень простой схеме. Когда мотор заводится, воздушный клапан открывается. В процессе перемещения поршня к нижней мертвой точки на такте всасывания в полости создается разрежение. Как только впускной клапан открывается, порция воздуха с большой скоростью движется в освободившуюся полость.

• Моновпрыск – от фильтра поступает очередная порция воздуха. Она проходит через карбюратор или полость, в которой установлена топливная форсунка (если мотор оснащен инжекторной ТС). В этой полости воздух перемешивается с топливом. Благодаря разряжению в цилиндре эта порция всасывается через поднятый клапан системы впуска;
• Многоточечный впрыск – в каждой трубе коллектора размещены индивидуальные топливные форсунки. Когда открывается соответствующий клапан, воздух подается по подходящей к нему трубе. Одновременно происходит распыление топлива.
• Прямой впрыск – всасывается исключительно воздух. Клапан опускается, поршень сжимает воздух в цилиндре. В конце такта сжатия через форсунку топливо под давлением подается в сжатую среду. В дизельных ДВС происходит идентичный процесс, только воздух сжимается сильнее.

Все современные двигатели оснащаются электронной системой, которая управляет подачей воздуха и топлива. Благодаря этому мотор работает более стабильно. Размеры патрубков подбираются под параметры мотора еще на стадии изготовления силового агрегата.

Как запустить бесколлекторный двигатель?

Чтобы заставить работать приводы данного типа, потребуется специальный контроллер (см. рис. 6). Без него запуск невозможен.

Рис. 6. Контроллеры бесколлекторных двигателей для моделизма

Собирать самому такое устройство нет смысла, дешевле и надежней будет приобрести готовый. Подобрать его можно по следующим характеристикам, свойственным драйверам шим каналов:

Максимально допустимая сила тока, эта характеристика приводится для штатного режима работы устройства. Довольно часто производители указывают такой параметр в названии модели (например, Phoenix-18). В некоторых случаях приводится значение для пикового режима, который контролер может поддерживать несколько секунд.
Максимальная величина штатного напряжения для продолжительной работы.
Сопротивление внутренних цепей контроллера.
Допустимое число оборотов, указывается в rpm. Сверх этого значения контроллер не позволит увеличить вращение (ограничение реализовано на программном уровне)

Следует обратить внимание, что частота вращения всегда приводится для двухполюсных приводов. Если пар полюсов больше, следует разделить значение на их количество

Например, указано число 60000 rpm, следовательно, для 6-и магнитного двигателя частота вращения составит 60000/3=20000 prm.
Частота генерируемых импульсов, у большинства контролеров этот параметр лежит в пределах от 7 до 8 кГц, более дорогие модели позволяют перепрограммировать параметр, увеличив его до 16 или 32 кГц.

Обратим внимание, что первые три характеристики определяют мощность БД

Реверсивное включение двигателей постоянного тока

Наиболее просто осуществить реверс двигателя постоянного тока, у которого статор с постоянными магнитами. Достаточно изменить полярность питания, чтобы ротор начал вращаться в обратную сторону.

Сложнее осуществить реверсирование мотора с электромагнитным возбуждением (последовательным, параллельным). Если просто поменять полярность питающего напряжения, то направление вращения ротора не изменится. Чтобы изменить направление вращения, достаточно поменять полярность только в обмотке возбуждения или только на щетках ротора.

Для осуществления реверса двигателей большой мощности полярность следует менять на якоре. Разрыв обмотки возбуждения на работающем моторе может привести к неисправности, т.к. возникающая ЭДС имеет повышенное напряжение, которое способно повредить изоляцию обмоток. Что приведет к выходу электродвигателя из строя.

Для осуществления обратного направления вращения ротора применяют мостовые схемы на реле, контакторах или транзисторах. В последнем случае можно и регулировать скорость вращения.

На рисунке представлена схема на транзисторах. В качестве иллюстрации работы транзисторы заменены контактами переключателя. Аналогично выполняются мостовые схемы не на биполярных, а на полевых транзисторах.

КПД такой схемы значительно выше, чем на транзисторах. Управление осуществляется микроконтроллером или простыми логическими схемами, предотвращающими одновременную подачу сигналов.

Компоновка и принцип работы

Подвижная часть коллекторного двигателя, как и любого другого, механически сбалансирована и закреплена в подшипниках вращения, вмонтированных в неподвижную станину.

Стационарный статор и вращающийся ротор имеют собственные обмотки из изолированного провода. По ним протекает электрический ток, создающий магнитные поля со своими полюсами: северным N и южным S.

При взаимодействии этих двух электромагнитных полей создается вращение ротора.

Поскольку к обеим обмоткам необходимо постоянно подводить напряжение, а ротор вращается, то для него смонтировано специальное устройство: коллектор с щеточным механизмом.

Коллекторный двигатель

Коллекторные двигатели бывают трехфазные и однофазные. Однофазные двигатели применяются в электрической тяге и для приводов малых и средних мощностей.
 

Коллекторные двигатели изготовляются в защищенном исполнении во избежание случайных прикосновений к вращающимся и токоведущим частям и попадания внутрь машины посторонних предметов и капель воды, падающих отвесно.
 

Коллекторные двигатели могут быть постоянного, переменного тока и универсальными, способными работать как от сетей постоянного, так и от сетей переменного тока. Коллекторные двигатели-постоянного тока выпускаются либо с параллельным ( независимым) возбуждением, либо с последовательным возбуждением, либо с постоянными магнитами.
 

Коллекторные двигатели с последовательным возбуждением имеют небольшой сдвиг фаз между током в якоре и магнитным потоком индуктора и применяются для включения в сеть переменного тока.
 

Коллекторные двигатели могут быть построены как для однофазного, так и для трехфазного тока и раз — деляются по роду своих характеристик на две основные группы: 1) двигатели последовательные, которые резко изменяют свою скорость с изменением нагрузки и дают высокую скорость при малых значениях тормозного момента на валу, развивая в то же время большой начальный вращающий момент при относительно малом потреблении тока; 2) двигатели шунтовые, скорость которых меняется при изменении нагрузки весьма мало благодаря тому, что магнитный поток их, определяясь током ответвленной возбуждающей цепи, меняется при нагрузке незначительно. Скорость этих двигателей может быть изменяема вверх или — вниз от синхронной в широких пределах. Нек-рые — из них допускают вполне плавное изменение-скорости, другие-лишь ступенями.
 

Мощные коллекторные двигатели мощностью до 1500 кВт применяются в качестве тяговых в ряде западноевропейских стран.
 

Коллекторные двигатели компрессоров и вентиляторов имеют последовательное возбуждение, а преобразователи и делители напряжения, которые могут работать без нагрузки, обычно выполняют со смешанным возбуждением. Обмотки параллельного или независимого возбуждения этих машин создают магнитный поток, достаточный для ограничения их частоты вращения в допустимых пределах при работе без нагрузки. Генераторы преобразователей постоянного тока обычно имеют смешанное возбуждение. Большую магнитодвижущую силу у них создает обмотка независимого возбуждения. Генераторы служебного тока выполняют с параллельным регулируемым возбуждением.
 

Однофазные последовательные коллекторные двигатели ( рис. 6.9) имеют сосредоточенную обмотку возбуждения 0В, расположенную на явновыраженных полюсах и соединенную последовательно с многофазной обмоткой якоря Я, секции которой присоединены к коллектору. Для снижения потерь в стали статор и ротор выполняются шихтованными. Конструкция однофазных коллекторных двигателей сходна с конструкцией двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.
 

Коллекторные двигатели серии МУН предназначены для привода различных механизмов промышленного применения.
 

Коллекторный двигатель однофазного тока частотой 5Q гц состоит из статора, якоря, щеточного устройства и подшипниковых щитов.
 

Коллекторные двигатели малой мощности выпускаются в массовых количествах, поэтому для изолировки пазов и обмотки якорей разработано много типов полуавтоматических станков. Таким образом ручные обмотки механизированы в большей степени, чем катушечные обмотки машин средней мощности. Поэтому название обмоток скорее определяет порядок укладки проводов в пазы, чем технологию выполнения.
 

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.

Как изменить направление вращения однофазного асинхронного двигателя

Рис. 1 Схема подключения двигателя однофазного асинхронного двигателя с пусковым конденсатором.

Возьмем за основу уже подключенный однофазный асинхронный двигатель, с направлением вращения по часовой стрелке (рис.1).

• точками A, B условно обозначены начало и конец пусковой обмотки, для наглядности к этим точкам подключены провода коричневого и зеленого цвета соответственно.
• точками С, В условно обозначены начало и конец рабочей обмотки, для наглядности к этим точкам подключены провода красного и синего цвета соответственно.
• стрелками указано направление вращения ротора асинхронного двигателя

Задача. Изменить направление вращения однофазный асинхронный двигатель в другую сторону – против часовой стрелки. Для этого достаточно переподключить одну из обмоток однофазного асинхронного двигателя – либо рабочую либо пусковую.Вариант №1 Меняем направление вращения однофазного асинхронного двигателя, путем переподключения рабочей обмотки.

Рис.2 При таком подключении рабочей обмотки, относительно рис. 1, однофазный асинхронный двигатель будет вращаться в противоположную сторону.Вариант №2 Меняем направление вращения однофазного асинхронного двигателя, путем переподключения пусковой обмотки.

Рис.3 При таком подключении пусковой обмотки, относительно рис

1, однофазный асинхронный двигатель будет вращаться в противоположную сторону.Важное замечание. Такой способ изменить направление вращения однофазного асинхронного двигателя возможен только в том случае, если на двигателе имеется отдельные отводы пусковой и рабочей обмотки

Рис.4 При таком подключении обмоток двигателя, реверс невозможен.

На рис. 4 изображен довольно распространенный вариант однофазного асинхронного двигателя, у которого концы обмоток В и С, зеленый и красный провод соответственно, соединены внутри корпуса. У такого двигателя три вывода, вместо четырех как на рис. 4 коричневый, фиолетовый, синий провод.

UPD 03/09/2014 Наконец то удалось проверить на практике, не очень правильный, но все же используемый метод смены направления вращения асинхронного двигателя. Для однофазного асинхронного двигателя, который имеет только три вывода, возможно заставить ротор вращаться в обратном направлении, достаточно поменять местами рабочую и пусковую обмотку. Принцип такого включения изображен на рис.5

Конструкция щеточного аппарата

Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточный аппарат, который состоит из щеток, щеткодержателей, щеточных пальцев, щеточной траверсы и токособирающих шин.

Одна из типичных конструкций щеткодержателя показана на рисунке 5. Щеткодержатели укрепляются на щеточных пальцах. На каждом щеточном пальце обычно помещают несколько или целый ряд щеткодержателей со щетками, которые работают параллельно. Щеточные пальцы, число которых обычно равно числу главных полюсов, крепятся к щеточной траверсе (рисунок 7)

и электрически изолируются от нее. Траверса крепится к неподвижной части машины: в машинах малой и средней мощности – к втулке подшипникового щита, а в крупных машинах – к станине. Обычно предусматривается возможность поворота траверсы для установки щеток в правильное положение. Полярности щеточных пальцев чередуются, и все пальцы одной полярности соединяются между собой сборными шинами. Шины с помощью отводов соединяются с выводными зажимами или с другими обмотками машины.

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Источник



Обмотки и зубья

Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется медным проводом. Провод может быть одножильным или состоять из нескольких изолированных жил. Статор выполняется из нескольких сложенных вместе листов магнитопроводящей стали.

Количество зубьев статора должно делиться на количество фаз. т.е. для трехфазного бесколлекторного двигателя количество зубьев статора должно делиться на 3. Количество зубьев статора может быть как больше так и меньше количества полюсов на роторе. Например существуют моторы со схемами: 9 зубьев/12 магнитов; 51 зуб/46 магнитов.

Двигателя с 3-х зубым статором применяют крайне редко. Поскольку в каждый момент времени работает только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор не равномерно по всей окружности (см. рис.).

Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее.

В этом случае магнитные силы, воздействующие на ротор, компенсируют друг друга. Дисбаланса не возникает.

Варианты распределения обмоток фаз по зубьям статора

Вариант обмотки на 9 зубов

Вариант обмотки на 12 зубов

В приведенных схемах число зубов выбрано таким образом, чтобы оно делилось не только на 3. Например, при 36 зубьях приходится 12 зубьев на одну фазу. 12 зубьев можно распределить так:

Наиболее предпочтительна схема 6 групп по 2 зуба.

Существует двигатель с 51 зубом на статоре! 17 зубов на одну фазу. 17 – это простое число, оно нацело делится только на 1 и на само себя. Как же распределить обмотку по зубьям? Увы, но я не смог найти в литературе примеров и методик, которые помогли бы решить эту задачу. Оказалось, что обмотка распределялась следующим образом:

Рассмотрим реальную схему обмотки.

Обратите внимание, что обмотка имеет разные направления намотки на разных зубьях. Разные направления намотки обозначаются прописными и заглавными буквами. Детально о проектировании обмоток можно прочитать в литературе, предложенной в конце статьи

Детально о проектировании обмоток можно прочитать в литературе, предложенной в конце статьи.

Классическая обмотка выполняется одним проводом для одной фазы. Т.е. все обмотки на зубьях одной фазы соединены последовательно.

Обмотки зубьев могут соединяться и параллельно.

Так же могут быть комбинированные включения

Параллельное и комбинированное включение позволяет уменьшить индуктивность обмотки, что приводит к увеличению тока статора (следовательно и мощности) и скорости вращения двигателя.

Для чего нужен и как устроен выпускной коллектор

Как мы уже сказали, выпускной коллектор, является первой деталью выпускной системы автомобиля и непосредственно подсоединён к двигателю.

На первый взгляд, может показаться, что его роль достаточно проста – собирать то, что остаётся от топлива из камер сгорания цилиндров мотора, и передавать это дальше по системе.

Но если вникнуть в вопрос глубже, то окажется, что от выпускного коллектора зависят и параметры силового агрегата – мощность и крутящий момент.

Конструктивно элемент очень прост. Представляет он собой несколько труб (по одной на каждый цилиндр), которые с одного конца подсоединены к двигателю, а с другого сходятся в одну большую трубу.

Более никаких деталей в выпускном коллекторе вы не найдёте.

Изготавливается он из жаропрочных сплавов, например, чугун или специальная сталь. В редких случаях даже из керамики.

Дело в том, что условия, с которыми сталкивается выпускной коллектор, нельзя назвать дружелюбными – температура узла из-за раскалённых газов может достигать 900 – 1300 градусов. Настоящий ад.

Поэтому бытует мнение, что элемент может прогореть, но на самом деле такое практически никогда не случается – по сути, данную деталь выхлопной системы можно назвать вечной.

Коллекторный тяговый электродвигатель

Коллекторный тяговый электродвигатель — коллекторная электрическое машина тягового исполнения, используемая для привода колёсных пар подвижного состава. Различают коллекторные тяговые электродвигатели постоянного тока, пульсирующего тока и однофазного переменного тока. Впервые коллекторные тяговые электродвигатели постоянного тока, работавший от гальванической батареи, применил в 1838 Б. С. Якоби для движения судна по р. Неве. Коллекторные тяговые электродвигатели для тяги на железных дорогах демонстрировался в кон. 70-х гг. 19 в. (опыты Ф. А. Пироцкого для привода колёсной пары вагона в 1876 в Сестрорецке; макет электровоза Э. В. Сименса в 1879 на берлинской промышленной выставке). В 80-х гг. коллекторные тяговые электродвигатели начали использовать на гор. трамвае, а затем и на железнодорожном подвижном составе. Коллекторный тяговый электродвигатель для трамваев строились на Рижском («РЭЗ»), Петроградском («Электросила») и Московском («Динамо») заводах. В 1929 построены тяговые двигатели мощностью 340 кВт на напряжение 1500 В для магистральные электровозов ВЛ19. С кон. 40-х гг. производство коллекторных тяговых электродвигателей для электровозов в основные осуществляется в Новочеркасске и Тбилиси, для тепловозов — в Харькове, для моторных вагонов ж. д. и метрополитена— в Риге и Москве. Основные части коллекторных тяговых электродвигателей — неподвижный индуктор и вращающийся якорь. Индуктор, создающий магнитный поток,— стальной (литой или сварной) массивный остов с гл. и дополнительными полюсами. Якорь, вращаясь в индукторе, преобразует электрическое энергию в механическую (режим двигателя), либо механическую в электрическую (режим генератора). Якорь имеет стальной сердечник с обмоткой, подсоединённой к коллектору. Коллектор, набранный из отд. пластин, необходим для изменения направления тока (коммутации) в проводнике якорной обмотки, чтобы не менялось направление вращающего момента при перемещении этого проводника под полюс др. полярности. Процесс коммутации может сопровождаться искрением под щётками; расстройство коммутации при определенные условиях приводит к возникновению электрическое дуги на коллекторе (круговому огню), повреждающей коллектор и щётки. Мощность коллекторных тяговых электродвигателей ограничена условиями коммутации. Коллекторные тяговые электродвигатели постоянного тока питаются непосредственно от контактной сети напряжение 3000—4000 В (за рубежом есть линии на 1500 В). Двигатели соединяют по два и более последовательно для понижения номинального напряжения на коллекторе до 1500 В, реже — 750 В. Изоляцию обмоток от корпуса рассчитывают на макс, напряжение в контактной сети. У тепловозов коллекторные тяговые электродвигатели постоянного тока получают питание от тягового генератора, макс, напряжение которого 750—1050 В. Коллекторные тяговые электродвигатели пульсирующего тока питается от однофазного выпрямителя ЭПС, выдерживает непостоянную пульсацию тока до 30% частотой 100 Гц. Номинальное напряжение на коллекторе 750—1000 В, сила тока — до 1200 А, макс, напряжение до 1200 В. Напряжение коллекторных тяговых электродвигателей регулируется переключением обмоток тягового трансформатора или изменением угла открытия тиристоров (при питании от управляемого выпрямителя). Коллекторные тяговые электродвигатели однофазного переменного тока включают непосредственно на вторичную обмотку трансформатора. В ряде стран Зап. Европы тяговые двигатели питают переменным током пониженной частоты 163/3 Гц. В 50-е гг. на электровозах (Франция) коллекторные тяговые электродвигатели эксплуатировались при промышленной частоте 50 Гц; однако распространение эти двигатели не получили из-за сложности конструкции многощёточного токосъёмного узла и малого вращающего момента. Особенно неперспективными однофазные коллекторные тяговые электродвигатели стали после появления ЭПС с полупроводниковыми выпрямителями. В СССР такие коллекторные тяговые электродвигатели для тяги не применяли. Коэффициент полезного действия коллекторных тяговых электродвигателей постоянного тока достигает 95%. Недостатком коллекторных тяговых электродвигателей является ненадёжный в работе коллекторно-щёточный узел, ограничивающий мощность и требующий регулярного обслуживания при эксплуатации.

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

не так давно я выявил что впускной коллектор у меня в трещинах, резьба под лямбда зондом осыпалась(целы были лишь полтора витка и те нижние), да и еще как потом выяснилось пропускала немного между прокладкой и коллектором.я решил подготовится к этому основательно(гайки то прикипели) купил оригинальную прокладку Citroen/Peugeot 0349.K1 за 260 рублей, визуально замену можно произвести без ямы — открутив только 8 гаек на креплении к головке двигателя и 4 на креплении к катализатору. гайки накручены на шпильки которые вкручены в головку — тут все просто на теплом моторе пролил ведешкой и не спеша большой трещоткой начал откручивать — крайние откручивались с трудом, но откручивалась гайка — шпилька оставалась в моторе, средние наоборот — выходили вместе со шпилькой.так как у меня гладко редко что то проходит — то сломалась одна из шпилек — сильно ее не тянул как потом показало ближайшее рассмотрение — она уже была надломлена ранее.для откручивания болтов от катализатора понадобится большой удлинитель, а лучше два. иначе практически не подлезть к гайке которая ближе к мотору за генератором.

сама замена довольно простая. прокладку надо ставить новую — так как как изначально она выпуклая в местах близких к выпускным отверстиям. при затягивании гаек — становится плоской. но в моем случае прокладка к катализатору уже пережила замену катализатора и вот сейчас замену выпускного, так что думаю и на несколько раз хватит. перед установкой плоскости были обработаны шкуркой — что бы убрать неровности и ржавчину. для выкручивания лямбда зонда была куплена специальная головка с прорезью. все необходимое готово и теперь замене мешает только проблема со сломанной шпилькой.

есть проблема? решаем.полазив по просторам инета было найдено несколько решений:1. наварить гайку и открутить(пользовался ранее на другой машине) — тут не подойдет так как для этого нужно хотябы 1 мм выступания шпильки из блока, иначе сложно приварить да и потечь блок может.2. шпильковерты — видел в продаже, как работают не знаю, но тоже нужно чтоб шпилька торчала.3. азотная кислота — читал что растворят метал но не трогает алюминиевые сплавы. отпало так как лень было проверять на себе и искать кислоту и необходимую пропорцию4. высверлить и вкрутить ремонтную шпильку — отпало так как лень портить блок и добавлять колхоза.

в итоге остановился на решении высверлить дырку меньшего диаметра(шпилька м8 сверла были на 1-5мм) и выкрутить экстрактором, но пугало то что при сверлении шпильку может затянуть еще сильнее и усложнить задачу. решение нашел случайно вспонив что были у отца когда то сверла которые не сверлили при обычном вращении дрели(сверлили только в реверсивном режиме) тоесть левонаправленые сверла! ну ничего такого у меня в наличии небыло поэтому полез на маркет — нашел предложение от 5 тысяч за комплект. решил что тот кто ставил ценник поставил лишнюю цифру… но сверла то нужны! интернет помочь не смог — в продаже нет почти ни у кого с первых трех страниц поиска, либо цены выше крыши. решение нашел случайно — проходил мимо каширского двора и набрел на продавца у которого они были — только у него были не те размеры. в итоге купил что было сверла на 2,7мм и на 4,1 за 30р и 60р соответственно. 80% продавцов смотрели на меня как на ненормального когда я спрашивал «левые сверла или левонаправленые». один сбегал куда то но там их тоже не нашли. тот у кого в итоге купил хранил их в деревянной коробочке под прилавком(на витрине их небыло) немного его пораспрашивал — он сказал что как союз распался так больше сверла и не везли, а это еще старые запасы. услышав это взял по 2 сверла. сверла на 4,1 оказались разной длины но оба острые.экстракторы купил на другом рынке — спарта за 200р(5 штук) и потом нашел в магазине такой же набор но более серьезного производителя за 600, купил и их(откручивал дорогим набором).

Скачать/Распечатать тему Скачивание темы в различных форматах или просмотр версии для печати этой темы.