Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
V domácich elektrických zariadeniach, kde sa používajú elektromotory, sa zvyčajne inštalujú elektromotory s mechanickou komutáciou. Tento typ motora sa nazýva kolektor (ďalej CD). Navrhujeme zvážiť rôzne typy takýchto zariadení, ich princíp prevádzky a konštrukčné vlastnosti. Uvedieme tiež výhody a nevýhody každého z nich, uvedieme príklady rozsahu použitia.
Čo je to kolektorový motor?
Takou definíciou sa rozumie elektrický stroj, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanickú a naopak. Konštrukcia zariadenia predpokladá prítomnosť aspoň jedného vinutia pripojeného k kolektoru (pozri obr. 1).
Na CD sa tento konštrukčný prvok používa na prepínanie vinutí a ako senzor, ktorý umožňuje určiť polohu kotvy (rotora).
Typy KD
Klasifikujte tieto zariadenia podľa typu výkonu, v závislosti od toho existujú dve skupiny KD:
- Jednosmerný prúd Takéto stroje majú vysoký štartovací moment, plynulú reguláciu rýchlosti a relatívne jednoduchú konštrukciu.
- Universal. Môže pracovať ako z konštantného, tak aj variabilného zdroja elektrickej energie. Líšia sa v kompaktnej veľkosti, nízkych nákladoch a jednoduchosti správy.
Prvý z nich je rozdelený do dvoch poddruhov, v závislosti od organizácie induktora, môže byť na permanentných magnetoch alebo špeciálnych budiacich cievkach. Slúžia na vytvorenie magnetického toku potrebného na vytvorenie krútiaceho momentu. CD, ktoré používa budiacu cievku, sa odlišuje typmi vinutí, môže byť:
- nezávislý;
- paralelné;
- konzistentné;
- zmiešané.
Po vysporiadaní sa s týmto druhom zvážte každý z nich.
Univerzálny typ CD
Nižšie uvedený obrázok znázorňuje vzhľad elektrického stroja tohto typu a jeho hlavných konštrukčných prvkov. Tento výkon je typický pre takmer všetky CD.
Legenda:
- A je mechanický prepínač, tiež sa nazýva kolektor, jeho funkcie boli opísané vyššie.
- B - držiaky kefiek, ktoré sa používajú na upevnenie kefiek (zvyčajne z grafitu), cez ktoré prúdi napätie do vinutí kotvy.
- C - Stator jadro (rekrutované z dosiek, materiál, pre ktorý je elektrická oceľ).
- D - vinutia Stator, tento uzol patrí do budiaceho systému (induktor).
- E - Kotvy hriadeľa.
V zariadeniach tohto typu môže byť excitácia sekvenčná a paralelná, ale keďže posledná možnosť nie je teraz vytvorená, nebudeme ju zvažovať. Pokiaľ ide o univerzálne sériové budenie CD, typická schéma takýchto elektrických strojov je uvedená nižšie.
Univerzálne CD môže pracovať zo striedavého napätia vzhľadom na to, že keď nastane zmena polarity, prúd v vinutiach poľa a armatúra tiež zmenia smer. V dôsledku toho krútiaci moment nemení svoj smer.
Vlastnosti a rozsah univerzálneho CD
Hlavné nevýhody tohto zariadenia sa prejavujú, keď je pripojený na zdroje striedavého napätia, čo sa odráža v nasledovnom:
- znížená účinnosť;
- Zvýšené iskrenie v jednotke zberača kefy a tým aj rýchle opotrebovanie.
Skoršie, CD boli široko používané v mnohých domácich spotrebičov (nástroje, práčky, vysávače, atď). V súčasnej dobe výrobcovia takmer prestali používať tento typ motora, pričom uprednostňujú elektrické stroje bez zberačov.
Teraz zvážime kolektorové elektrické stroje pracujúce zo zdrojov konštantného napätia.
CD s induktorom s permanentným magnetom
Štrukturálne sa takéto elektrické stroje odlišujú od univerzálnych v tom, že namiesto budiacich cievok sa používajú permanentné magnety.
Tento typ KD je najbežnejší v porovnaní s inými elektrickými strojmi tohto typu. Je to spôsobené nízkymi nákladmi v dôsledku jednoduchosti konštrukcie, jednoduchým ovládaním rýchlosti otáčania (v závislosti od napätia) a zmenou smeru (stačí zmeniť polaritu). Výkon motora priamo závisí od intenzity poľa vytvoreného permanentnými magnetmi, čo prináša určité obmedzenia.
Hlavný rozsah použitia - nízkoenergetické pohony pre rôzne zariadenia, často používané v detských hračkách.
Medzi výhody patrí nasledovné vlastnosti:
- vysoký moment sily aj pri nízkych rýchlostiach;
- dynamické riadenie;
- nízke náklady.
Hlavnými nevýhodami sú:
- nízky výkon;
- strata magnetov ich vlastností z prehriatia alebo v priebehu času.
Aby sa eliminovala jedna z hlavných nevýhod týchto zariadení (starnutie magnetov) v budiacom systéme, používajú sa špeciálne vinutia, obraciame sa na zváženie takýchto CD.
Nezávislé a paralelné budiace cievky
Prvé z nich dostali tento názov kvôli tomu, že vinutia induktora a armatúry nie sú navzájom spojené a sú napájané oddelene (pozri A na Obr. 6).
Zvláštnosťou tohto spojenia je, že napájací zdroj U a U K musí byť odlišný, inak bude existovať moment sily. Ak nie je možné usporiadať takéto podmienky, potom sa cievka kotvy a induktor pripoja paralelne (pozri B na obr. 6). Oba typy CD majú rovnaké charakteristiky, zistili sme, že je možné ich skombinovať do jednej sekcie.
Moment sily týchto elektrických strojov je vysoký pri nízkych otáčkach a klesá s jeho nárastom. Je charakteristické, že kotvové a cievkové prúdy sú nezávislé a celkový prúd je súčtom prúdov prechádzajúcich týmito vinutiami. V dôsledku toho, keď prúd budiacej cievky klesne na 0, CD s najväčšou pravdepodobnosťou zlyhá.
Rozsah týchto zariadení - elektrárne s kapacitou 3 kW.
Pozitívne vlastnosti:
- neprítomnosť permanentných magnetov odstraňuje problém ich zlyhania v priebehu času;
- vysoký krútiaci moment pri nízkej rýchlosti;
- jednoduché a dynamické riadenie.
nevýhody:
- náklady sú vyššie ako náklady na zariadenia s permanentnými magnetmi;
- neprípustnosť prúdu klesne pod prahovú hodnotu na budiacej cievke, pretože to vedie k rozbitiu.
Sériová poľná cievka
Schéma takéhoto CD je znázornená na obrázku nižšie.
Keďže vinutia sú zapojené do série, prúd v nich bude rovnaký. V dôsledku toho, keď prúd v statorovom vinutí klesne pod nominálnu hodnotu (to sa deje pri malom zaťažení), výkon magnetického toku klesá. Keď sa teda zvýši zaťaženie, úmerne sa zvýši výkonový tok až do úplného nasýtenia magnetického systému, po ktorom sa táto závislosť preruší. To znamená, že ďalší nárast prúdu vo vinutí cievky kotvy nezvyšuje magnetický tok.
Vyššie uvedená vlastnosť sa prejavuje tým, že CD tohto typu nie je možné prevádzkovať pri zaťažení menšom ako je nominálna štvrtinová záťaž. To môže viesť k tomu, že rotor elektrického stroja dramaticky zvýši rýchlosť otáčania, to znamená, že motor pôjde do „vzdialenosti“. Preto tento znak zavádza obmedzenia rozsahu použitia, napríklad v mechanizmoch s remeňovým pohonom. Je to spôsobené tým, že keď sa stroj rozbije, začne pracovať v režime nečinnosti.
Táto funkcia sa nevzťahuje na zariadenia, ktorých výkon je nižší ako 200 W, prípustné sú poklesy záťaže až do pohotovostného režimu.
Výhody CD so sériovou cievkou sú rovnaké ako výhody predchádzajúceho modelu, s výnimkou jednoduchosti a dynamického riadenia. Pokiaľ ide o minusy, mali by zahŕňať:
- vysoké náklady v porovnaní s analógmi permanentných magnetov;
- nízky krútiaci moment pri vysokých rýchlostiach;
- pretože vinutie statora a budiča sú zapojené do série, vznikajú problémy s reguláciou rýchlosti;
- práca bez zaťaženia vedie k poruche CD.
Zmiešané budiace cievky
Ako je zrejmé zo schémy znázornenej na obrázku nižšie, induktor na CD tohto typu má dve cievky zapojené do série a paralelne s vinutím rotora.
Jedna z cievok má spravidla väčšiu magnetizačnú silu, takže sa považuje za hlavnú, druhú - prídavnú (pomocnú). Počítadlo a koordinované zapínanie cievok je povolené v závislosti od toho, intenzita magnetického toku zodpovedá rozdielu alebo súčtu magnetických síl každého vinutia.
Pri zapnutom zapaľovaní sa vlastnosti CD priblížia k zodpovedajúcim indikátorom elektrických strojov s sériovým alebo paralelným budením (v závislosti od toho, ktorá z cievok je hlavná). To znamená, že takéto zahrnutie je relevantné, ak je potrebné dosiahnuť výsledok vo forme konštantnej frekvencie otáčok alebo ich zvýšenia so zvyšujúcim sa zaťažením.
Dôsledné zaradenie vedie k tomu, že vlastnosti CD budú zodpovedať priemernej hodnote elektrických strojov s paralelnými a sériovými budiacimi cievkami.
Jedinou nevýhodou tohto dizajnu sú najvyššie náklady v porovnaní s inými typmi CD. Cena je odôvodnená nasledujúcimi pozitívnymi vlastnosťami:
- magnety nie sú zastarané, ak nie sú takéto;
- nízka pravdepodobnosť zlyhania počas abnormálnej prevádzky;
- vysoký krútiaci moment pri nízkej rýchlosti;
- jednoduché a dynamické riadenie.