МДК 02.01 Типовые технологические процессы обслуживания бытовых машин и приборов 2 лекция

МДК 02.01 Типовые технологические процессы обслуживания бытовых машин и приборов

Лекция №2

Схемы регулирования и особенности электропривода с универсальным коллекторным двигателем

ОБПОУ «КЭМТ»

Определение

Универсальные коллекторные двигатели - это электродвигатели малой мощности последовательного возбуждения с секционированной обмоткой возбуждения, благодаря чему они могут работать как на постоянном, так и на переменном стандартных напряжениях примерно с одинаковыми свойствами и характеристиками. Такие электродвигатели используют для привода маломощных быстроходных устройств и многих бытовых приборов. Они допускают простое, широкое и плавное регулирование скорости.

Из истории коллекторных двигателей

Первые мощные электрические двигатели, способные тянуть составы поездов, основывались на поступательном движении якоря, притягиваемого и толкаемого электромагнитом. Это моторы Кларка и Пейджа, появившиеся в 40-х годах XIX века. Роторные приводы с коллекторами, изобретённые раньше, не обретали должной популярности из-за малой мощности. К последнему типу относились двигатели:

• Якоби.
• Дэвенпорта.
• Ритчи.
• Дэвидсона.
• Фромента.

Начало конструкции коллекторных двигателей заложили Волластон, Фарадей, Ампер, Барлоу и Ритчи. Все последующее – повторение их идей в определённой степени. На момент 1850 года многими инженерами (Джоуль, Скорсби и пр.) вычислено, что электрическая энергия обходится до 25 раз дороже пара. Следовательно, конструкторы упёрлись в необходимость создать генератор, чего и достигли в скором времени (обратимость генераторов и двигателей предсказал Ленц в 1833 году).

Устройство коллекторного двигателя

Схема универсального коллекторного двигателя

Конструкция коллекторного электродвигателя

• 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;
• 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;
• 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 220В 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.

Варианты обмоток возбуждения

• 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. Является наиболее предпочтительным в бытовых машинах.

Схемы подключения обмоток возбуждения

а)Независимое

б)Параллельное

в)Последовательное

г)Смешанное

Преимущества коллекторного двигателя

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

Недостатки коллекторного двигателя

• 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;
• Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Вопросы для самопроверки

• Что такое универсальный коллекторный двигатель? Из чего он состоит?
• Какие существуют варианты обмоток возбуждения?
• Назовите преимущества коллекторного двигателя.
• Назовите недостатки коллекторного двигателя.