Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
V domácích elektrických zařízeních, kde se používají elektromotory, se obvykle instalují elektromotory s mechanickou komutací. Tento typ motoru se nazývá kolektor (dále CD). Navrhujeme zvážit různé typy těchto zařízení, jejich princip fungování a konstrukční vlastnosti. Dále uvedeme výhody a nevýhody každého z nich, uvedeme příklady použití.
Co je to sběratelský motor?
Takovou definicí se rozumí elektrický stroj, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou a naopak. Konstrukce zařízení předpokládá přítomnost alespoň jednoho vinutí připojeného ke kolektoru (viz obr. 1).
U CD se tento konstrukční prvek používá k přepínání vinutí a jako čidla, což umožňuje určit polohu kotvy (rotoru).
Typy KD
Klasifikujte tato zařízení podle typu výkonu, podle toho existují dvě skupiny KD:
- Stejnosměrný proud Tyto stroje mají vysoký rozběhový moment, plynulé řízení rychlosti a relativně jednoduchou konstrukci.
- Univerzální. Může pracovat jak z konstantního, tak proměnlivého zdroje elektrické energie. Rozdíl v kompaktní velikosti, nízkých nákladech a snadném řízení.
První, jsou rozděleny do dvou poddruhů, v závislosti na organizaci induktoru, může být na permanentních magnetech nebo speciálních budicích cívkách. Slouží k vytvoření magnetického toku nezbytného pro tvorbu krouticího momentu. CD, které používá budicí cívku, se rozlišuje podle typů vinutí, mohou být:
- nezávislý;
- paralelní;
- konsekutivní;
- smíšené
Po jednání s tímto druhem zvažte každou z nich.
Univerzální typ CD
Obrázek níže ukazuje vzhled elektrického stroje tohoto typu a jeho hlavních konstrukčních prvků. Tento výkon je typický pro téměř všechny CD.
Legenda:
- A je mechanický přepínač, také se nazývá kolektor, jeho funkce byly popsány výše.
- B - držáky kartáčů, používané k upevnění kartáčů (obvykle z grafitu), kterými proudí napětí do vinutí kotvy.
- C - Stator jádro (rekrutované z desek, materiál, pro který je elektrická ocel).
- D - vinutí statoru, tento uzel patří do budicího systému (induktoru).
- E - Kotvy hřídele.
V zařízeních tohoto typu může být excitace sekvenční a paralelní, ale protože poslední možnost není vytvořena, nebudeme ji zvažovat. Pokud jde o univerzální sériové excitační CD, typické schéma těchto elektrických strojů je uvedeno níže.
Univerzální CD může pracovat ze střídavého napětí vzhledem k tomu, že když dojde ke změně polarity, mění se směr v vinutí pole a armatura. V důsledku toho točivý moment nemění svůj směr.
Vlastnosti a rozsah univerzálního CD
Hlavní nevýhody tohoto zařízení se projevují, když je připojen ke zdrojům střídavého napětí, což se odráží v následujícím:
- snížená účinnost;
- Zvýšené jiskření v jednotce sběrače kartáčů a tím i rychlé opotřebení.
Dříve, CDs byl široce použitý v mnoha domácích spotřebičích (nástroje, pračky, vysavače, etc.). V současné době výrobci téměř přestali používat tento typ motoru a preferovali elektrické stroje bez kolektorů.
Nyní budeme uvažovat kolektorové elektrické stroje pracující ze zdrojů konstantního napětí.
CD s induktorem s permanentním magnetem
Konstrukčně se tyto elektrické stroje liší od univerzálních v tom, že místo excitačních cívek se používají permanentní magnety.
Tento typ KD je ve srovnání s jinými elektrickými stroji tohoto typu nejběžnější. Důvodem je nízká cena díky jednoduchosti konstrukce, jednoduchému řízení rychlosti otáčení (v závislosti na napětí) a změně směru (stačí změnit polaritu). Výkon motoru přímo závisí na síle pole vytvořené permanentními magnety, což přináší určitá omezení.
Hlavní oblast použití - nízkoenergetické pohony pro různá zařízení, často používané v dětských hračkách.
Mezi výhody patří následující vlastnosti:
- vysoký moment síly i při nízkých rychlostech;
- dynamické řízení;
- nízké náklady.
Hlavní nevýhody jsou:
- nízký výkon;
- ztráta magnetů jejich vlastností z přehřátí nebo v průběhu času.
Aby se odstranila jedna z hlavních nevýhod těchto zařízení (stárnutí magnetů) v budícím systému, používají se speciální vinutí, obracíme se na zvážení takových CD.
Nezávislé a paralelní budicí cívky
První z nich dostali tento název vzhledem k tomu, že vinutí induktoru a armatury nejsou vzájemně propojeny a jsou napájeny odděleně (viz A na obr. 6).
Zvláštností tohoto spojení je, že napájecí zdroj U a U K musí být odlišný, jinak dojde k momentu síly. Pokud není možné takové podmínky uspořádat, pak se cívka kotvy a induktor zapojí paralelně (viz B na obr. 6). Oba typy CD mají stejné vlastnosti, zjistili jsme, že je možné je kombinovat do jedné sekce.
Moment síly těchto elektrických strojů je při nízkých otáčkách vysoký a s jeho nárůstem klesá. Je charakteristické, že proudy armatury a cívky jsou nezávislé a celkový proud je součtem proudů procházejících těmito vinutími. V důsledku toho, když proud budící cívky klesne na 0, CD s největší pravděpodobností selže.
Rozsah těchto zařízení - elektrárny o výkonu 3 kW.
Pozitivní rysy:
- nepřítomnost permanentních magnetů odstraní problém jejich selhání v průběhu času;
- vysoký točivý moment při nízké rychlosti;
- jednoduché a dynamické řízení.
Nevýhody:
- náklady jsou vyšší než u zařízení s permanentními magnety;
- nepřípustnost proudu klesne pod prahovou hodnotu na budicí cívce, protože to povede k rozbití.
Cívka sériového pole
Schéma takového CD je znázorněno na obrázku níže.
Protože vinutí jsou zapojena do série, proud v nich bude stejný. V důsledku toho, když proud ve vinutí statoru klesne pod nominální hodnotu (to se stane s malým zatížením), výkon magnetického toku klesá. Když se tedy zatížení zvyšuje, úměrně se zvyšuje výkonový tok až do úplného nasycení magnetického systému, po kterém se tato závislost rozbije. To znamená, že další růst proudu ve vinutí cívky kotvy nezvyšuje magnetický tok.
Výše uvedený znak se projevuje tím, že CD tohoto typu nelze provozovat při zatížení menším než je jmenovité zatížení jedné čtvrtiny. To může vést k tomu, že rotor elektrického stroje dramaticky zvýší rychlost otáčení, to znamená, že motor přejde do „rozteče“. Proto tento znak zavádí omezení rozsahu použití, například u mechanismů s řemenovým pohonem. To je způsobeno tím, že když se praskne, elektrický stroj začne pracovat v klidovém režimu.
Tato funkce neplatí pro zařízení, jejichž výkon je menší než 200 W, pro ně jsou přípustné poklesy zátěže do klidového režimu.
Výhody CD se sériovou cívkou jsou stejné jako u předchozího modelu, s výjimkou jednoduchosti a dynamického řízení. Pokud jde o minusy, měly by zahrnovat:
- vysoké náklady ve srovnání s analogy permanentních magnetů;
- nízký točivý moment při vysokých rychlostech;
- protože stator a vinutí budiče jsou zapojeny do série, vznikají problémy s řízením rychlosti;
- práce bez zatížení vede k poruše CD.
Smíšené budicí cívky
Jak je vidět ze schématu zobrazeného na obrázku níže, induktor na CD tohoto typu má dvě cívky zapojené do série a paralelní s vinutím rotoru.
Jedna z cívek má zpravidla větší magnetizační sílu, takže je považována za hlavní, resp. Druhou - přídavnou (pomocnou). Je povoleno počítadlo a koordinované zapínání cívek, podle toho intenzita magnetického toku odpovídá rozdílu nebo součtu magnetických sil každého vinutí.
Když je zapnuto zapalování, vlastnosti CD se blíží odpovídajícím indikátorům elektrických strojů s sériovým nebo paralelním buzením (v závislosti na tom, který z cívek je hlavní). To znamená, že takové zahrnutí je relevantní, pokud je nutné získat výsledek ve formě konstantní frekvence otáček nebo jejich zvýšení s rostoucí zátěží.
Důsledné zařazení vede k tomu, že vlastnosti CD budou odpovídat průměrné hodnotě elektrických strojů s paralelními a sériovými budícími cívkami.
Jedinou nevýhodou tohoto designu je nejvyšší cena ve srovnání s jinými typy CD. Cena je odůvodněna následujícími pozitivními vlastnostmi:
- magnety se nestanou zastaralými v nepřítomnosti takových;
- nízká pravděpodobnost selhání při abnormálním provozu;
- vysoký točivý moment při nízké rychlosti;
- jednoduché a dynamické řízení.