Меню

Маленький мотор постоянного тока

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ЛЮБЫХ МОДЕЛЕЙ ______________ _____________ СО СКЛАДА И ПОД ЗАКАЗ

Самое популярное

Календарь

П В С Ч П С В
1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30 31

Анонсы новостей

Установка автоматической двери на микроавтобус

Устанавливать автоматические двери для микроавтобусов достаточно популярная услуга. Которая имеет преимущества в использовании, при этом очень удобная система не только для водителя, но и для пассажиров.Преимущество использования автоматической систе.

Архив новостей

  • Май, 2011
  • Апрель, 2011
  • Март, 2011
  • Февраль, 2011
  • Январь, 2011

Просто о двигателях постоянного тока

На первый взгляд моторы постоянного тока кажутся довольно простыми. Подаем напряжение на оба контакта, и даааа, он крутится! А если мы хотим изменить направление движения ? Правильно, меняем провода местами. А что если нужно заставить двигатель вращаться на меньших оборотах? Нужно использовать меньшее напряжение питания. Но как робот может сделать все это автоматически? Как определить, какое напряжение подавать? Почему не 50 а 12 вольт? Что случится, если мотор перегреется? Управление двигателем намного интереснее чем кажется! alt

Считается, что мотор постоянного тока не имеют полярности — имеется в виду, что можно менять полярность питания без каких-то вредных последствий. Обычно моторы постоянного тока питаются напряжением от 6 до 12В. Более мощные питаются от 24В и выше. Но для роботов лучше всего использовать питание в диапазоне 6-12В. Так почему же моторы работают на различном напряжении? Как известно (или должны быть известно), напряжение прямо пропорционально вращающему моменту. Больше напряжение, выше момент. Но не подавайте на мотор 100В, ничего хорошего из этого не выйдет )) Мотор рассчитан на напряжение, при котором он будет работать наиболее эффективно. Если подать слишком маленькое напряжение, мотор едва будет крутиться, если слишком много, он перегреется и обмотки расплавятся. Так что основным правилом можно считать подачу напряжения, приближенного к номинальному. К тому же, несмотря на то, что 24В двигатель может быть мощнее, разве стоит нагружать робота 24В батареями, которые значительно тяжелее и больше? Я предлагаю не использовать напряжения выше 12 вольт для до тех пор, пока не понадобится действительно высокая мощность.

Обязательно нужно обратить внимание на ток. Слишком мало, не будет крутиться. Слишком много и получим расплавившиеся обмотки. Когда покупаете мотор, следует обратить внимание на два значения. Первое — рабочий ток. Это среднее количество тока, потребляемое двигателем для работы при стандартной нагрузке. Умножим это значение на напряжение и получим среднюю мощность, потребляемую двигателем. Другое значение, на которое нужно обратить внимание это ток потребления при заблокированном роторе. Эта величина получается при подаче питания на двигатель и приложении достаточной силы что бы остановить его. Это максимальное значение потребляемого двигателем тока, а значит и максимальное значение потребляемой мощности. Поэтому нужно создавать систему управления таким образом, что бы она выдерживала ток при заблокированном роторе. К тому же, если вы планируете постоянно использовать двигатель, или подавать напряжение выше номинального, хорошо бы охлаждать двигатель для предупреждения перегрева.

Насколько большое напряжение можно подать на двигатель? Обычно все моторы рассчитаны (или должны рассчитываться) на определенную мощность. Мощность это энергия. Неэффективность преобразования электричества в движение напрямую связано с нагревом. Слишком много тепла и обмотки двигателя расплавятся. Поэтому производители моторов (качественных) знают, какая мощность приведет к повреждению двигателя и дают эту информацию в документации на двигатель.Поэкспериментируйте, что бы определить, какое количество тока потребляет двигатель при используемом напряжении.

Мощность [Ватт] = Напряжение [Вольт] * Ток [Ампер]

Для смены направления вращения необходимо изменить полярность питания. Двигатель обладает собственной индукцией и моментом, которые сопротивляются этому изменению напряжения. Поэтому при смене направления вращения двигателя происходит мощный кратковременный выброс. Напряжение импульса может вдвое превышать напряжение питания. Ток примерно равняется максимальному. Отсюда вывод, силовая система управления должна быть рассчитана на мощные электрические импульсы.

При покупке двигателя постоянного тока нужно обратить внимание на два значения крутящего момента. Первый — рабочий крутящий момент. Это момент, на который рассчитан двигатель. Обычно это заявленное значение. Другое значение — момент при заблокированном роторе. Это момент, требуемый для остановки двигателя при вращении. Обычно используется только рабочий момент, но бывают случаи, когда нам нужно знать, насколько можно нагрузить двигатель. Если вы создаете колесного робота, большой момент означает хорошее ускорение. Мое личное правило — если на роботе 2 двигателя, момент каждого должен превышать вес робота на плече равном радиусу колеса. Всегда отдавайте предпочтение моменту перед скоростью. Помните, как сказано выше, значение крутящего момента может изменяться в зависимости от поданного напряжения. Так что если требуется чуть больший момент для того, что бы сломать что-то, подаем напряжение на 20% больше номинального, это безопасно для нас, но даст прирост мощности. Главное помните что это снижает КПД и требует дополнительного охлаждения двигателя.

Скорость довольно сложное понятие когда речь заходит о моторах постоянного тока. Основное правило — двигатель работает наиболее эффективно на максимально возможных оборотах. Очевидно, что это не возможно. Бывает, нам нужно что бы робот двигался медленно. Первое что приходит в голову — шестерни, с их использованием двигатель может крутиться быстро, а с него можно снимать высокий момент. К сожалению, шестерни автоматически снижают эффективность, имея КПД не более 90%, Поэтому заложим 90% скорости и момента на каждую шестерню при расчете редуктора. Например, у нас есть 3 прямозубые шестерни, следовательно соединяя их дважды, мы получим КПД 90% x 90% = 81%. Напряжение и сопротивление вращению очевидно снижают скорость.

Наиболее важной технологией управления мотором постоянного тока на сегодня является Н-мост. После того как Н-мост будет подключен к двигателю, для определения скорости вращения и положения вала нужно использовать энкодер. И наконец, нужно найти хороший способ торможения двигателя.

Подключение конденсатора емкостью несколько микрофарад между клеммами двигателя поможет продлить срок службы. Этот способ отлично работает с шумными и другими недорогими двигателями, почти удваивает ресурс двигателя. Однако, это намного меньше по сравнению с дорогими высококачественными моторами. Дополнительные способы выбора мотора для робота можно найти в статье про динамику роботов.

Источник

Микродвигатели. Виды и устройство. Подключения и особенности

Электродвигатели с небольшой мощностью применяют в аппаратах и механизмах бытового назначения. В доме можно найти несколько микродвигателей: в магнитофонах, пылесосах, холодильниках, измерительной технике. Микродвигатели применяются в системах регулирования автоматического типа, авиации.

В технике бытового применения двигатели используют в пылесосах, бормашинах, швейных машинах, вентиляторах. Например, в конструкции видеокамеры имеется 6 микродвигателей. Сегодня необходимость в микродвигателях велика, появились специальные фирмы, производящие и разрабатывающие их.

Виды микродвигателей

Микродвигатели (МД) постоянного тока применяются для преобразования электрического тока в механическое вращение, называются исполнительными микродвигателями.

Виды микродвигателей разделяются на моторы с обычным, дисковым, полым и беспазовым якорем.

Микродвигатели с обычным якорем

В конструкции магнитный поток образуется возбуждающей обмоткой, находящейся на полюсах, либо постоянными магнитами. В первом варианте систему магнитов создают шихтованной, корпус и полюсы производят одним пакетом из листов, штампованных из профиля. Это требуется, так как микродвигатели эксплуатируются в переходных режимах.

Читайте также:  Расчет тока при параллельном соединении светодиодов

Mikrodvigatel s obychnym iakorem

При втором варианте на корпусе статора размещают мощный постоянный магнит формы цилиндра, либо несколько магнитов, сделанных в виде сердечников полюсов, скоб. В исполнительных моторах систему магнитов создают ненасыщенной, чтобы якорь не влиял на поток и на скорость вращения. Катушку якоря наматывают в пазах якоря и соединяют с ламелями коллектора по такому же принципу, как в обычном исполнении моторов постоянного тока.

Схема с полым якорем

Магнитный поток образуется от обмотки возбуждения или от постоянных магнитов. Якорь сделан в виде стакана, находящегося между полюсами и стоящим на месте сердечником из ферромагнитного материала. Его насаживают на втулку подшипникового щита. Внутри якоря вместо сердечника можно установить неподвижные постоянные магниты формы цилиндра. Катушку якоря наматывают на каркас, пропитывают эпоксидкой, концы катушки припаивают к пластинам. После застывания эпоксидки коллектор и якорь образуют монолит.

Mikrodvigatel s polym iakorem

Инерционный момент полого якоря небольшой, повышается скорость двигателя. Из-за того, что нет насыщения зубцов, повышается индукция микродвигателя в воздушном пространстве микродвигателя, а, следовательно, и его момент вращения и магнитный поток в сравнении с микродвигателями с обычным якорем. Это также увеличивает быстродействие мотора.

Отрицательным явлением микродвигателей с полым якорем стала необходимость серьезного повышения МДС возбуждающей обмотки, потому что воздушный зазор намного больше, чем в моторах обычного вида. Это ведет к повышению веса, габаритов машины и снижения мощности в катушке возбуждения, но КПД этих микродвигателей из-за того, что нет потерь в стали, равен такому же значению, как в конструкции якоря обычного вида.

Микродвигатели с печатной обмоткой

Они имеют конструкцию диска и цилиндра. Дисковый имеет плоскую катушку якоря. Возбуждение создается магнитами с наконечниками из полюсов.

Этот тип микродвигателей оснащен плоской печатной катушкой якоря, которая нанесена на тонкий диск из текстолита или керамики. Возбуждение происходит постоянными магнитами с наконечниками в виде полюсов, сделанных как сегменты колец. Магнитный поток идет в направлении по двум воздушным зазорам и дискового якоря с печатной катушкой, замыкается на 2-х кольцах. Кольца сделаны из магнитномягкой стали, выполняют роль боковой поддержки. Магниты электрические или постоянные располагаются с одной или с двух сторон диска.

Mikrodvigatel s pechatnoi obmotkoi

Печать катушки наносят на диск якоря химическим методом. Проводники расположены с двух сторон радиально, соединяются гальванически по сквозным отверстиям. Воздух является изоляцией проводников. Нанесение печати, соединения производится на станках, процесс механизирован.

Все секции обмотки имеют в составе два проводника. Они находятся на разных сторонах диска. Количество активных проводников мало, ограничивается габаритами диска, для повышения напряжения используют обычную намотку волнового вида. Для снижения расстояния лобовых соединений, микродвигатели изготавливают с несколькими полюсами.

Иногда используют наконечники – полюсы. Они выходят за наружные соединения, становятся их частью. Для увеличения срока работы в конструкциях печатной катушки ставят коллектор. К нему подключают концы секций. В микродвигателях для быстродействия тормоза, от сигнала управления, диск изготавливают из алюминия, вместо изоляционного материала. Во время вращения диска образуются вихревые токи. Они образуют тормозной момент, зависящий от оборотов двигателя. Замедление сильно снижает число оборотов микродвигателя.

Достоинства с применением печатных катушек якоря:
  • Слабый инерционный момент якоря, позволяет обеспечить быстродействие.
  • Лучшая коммутация вследствие небольшой индуктивности, увеличивается срок эксплуатации щеток, увеличивается способность к перегрузкам микродвигателя.
  • Хорошее охлаждение катушки печати, дает возможность увеличить плотность тока в проводах катушки якоря, снизить вес и габариты микродвигателей.
  • Малое влияние якоря, нет ферромагнитных частей, поток по воздуху замыкается.
Отрицательные стороны в сравнении с обычными:
  • Значительная движущая сила возбуждения, зазор увеличен.
  • Большие потери из-за увеличенной плотности тока катушки якоря, при возбуждении магнитными силами, из-за износа проводов печатной катушки.

Цилиндрический якорь также находит свое использование в микродвигателях. Их конструкция похожа на моторы с полым якорем, отличие в методе намотки катушки якоря. На двух сторонах полого якоря способом электромеханического воздействия создают печатную катушку, концы подключают к коллектору. Микродвигатели с печатным якорем в виде цилиндра и с полым якорем имеют похожие свойства.

Микродвигатели асинхронного типа с одной фазой широко распространены. Они изготовлены с учетом требований многих приводов аппаратов и приборов, отличаются малой ценой и шумностью, надежны, не требуют техобслуживания, подвижные контакты отсутствуют.

Подключение

Микродвигатель асинхронного типа имеет различные типы конструкций по числу обмоток: с 1-й, 2-мя, 3-мя обмотками. С одной катушкой в моторе отсутствует момент запуска, надо применять специальный пусковой мотор. В моторе с двумя катушками одна из них главная, соединяется к сети питания.

Для образования запуска нужен ток, который сдвинут по фазе от главной катушки. С этой целью к вспомогательной катушке последовательно подсоединяют сопротивление. Оно может быть разного вида.

Mikrodvigateli podkliuchenie

В схему питания дополнительной катушки подключают конденсатор. Получают угол между фазами 90 градусов. Конденсатор называют рабочим, так как он всегда подключен. При пуске нужно создать увеличенный момент, параллельно емкости Св во время пуска включают емкость пуска Са. Когда двигатель наберет обороты, пусковая емкость отключится от реле.

Для реверсивного направления вала в цепь дополнительной катушки подключают катушку индуктивности, ток пойдет впереди по фазе тока дополнительной катушки. Больше применяют метод сдвига фаз между главной и дополнительной катушками, дополнительную катушку закорачивают.

Основная катушка связана магнитной силой с дополнительной. При включении основной обмотки в другой катушке образуется движущая сила и ток, сдвинутый от основной обмотки. Вал мотора вращается в сторону от основной катушки к дополнительной.

Двигатель асинхронного типа на трех фазах и с 3-мя обмотками применяют в однофазной сети.

Mikrodvigateli podkliuchenie 2

Для образования нужного момента пуска по последовательной схеме с конденсатором включают сопротивление, размер его зависит от размера катушек мотора.

Обмотки

В 1-фазных моторах обмотки имеют разные параметры, в отличие от моторов с тремя обмотками с одинаковыми свойствами.

Для катушек, расположенных симметрично, число пазов на один полюс определяют по формуле:

q = N / 2pm , где N — число пазов; m — число обмоток; р — число полюсов. В катушках несимметричного расположения число пазов значительно меняется, обе катушки различны по числу витков.

Конструкция

На рисунке двигатель с 2-мя сосредоточенными обмотками, по полюсам. Каждая катушка состоит из двух катушек по полюсам. Их надевают на сердечник и устанавливают в ярмо формы квадрата. Обмотки крепятся выступами.

Mikrodvigateli risunok

График индукции поля потока в зазоре схож с синусоидой. Кривая похожа на прямоугольник, если нет выступов. Элемент, сдвигающий фазы, для такого мотора – конденсатор или резистор. Целесообразно подключить вспомогательную катушку, тогда двигатель преобразовывается в асинхронный тип с расщепленными полюсами.

Микродвигатели с расщепленными полюсами применяют из-за малой цены, хорошей надежности, простоты. На статоре есть две обмотки. Основная обмотка подключена сразу в сеть питания. Дополнительная обмотка соединена накоротко, имеет 1-3 витка на один полюс.

Она объединяет часть полюса, это дало название двигателю. Дополнительная обмотка сделана из медной жилы, она делается по соответствующей форме. Выводы катушки сваривают. Ротор мотора изготовлен короткозамкнутым, на концах закреплены охлаждающие ребра, они отводят тепло от катушек статора.

Варианты конструкции моторов изображены на схеме. Основная катушка расположена симметрично от ротора. Двигатель рассеивает магнитный поток в наружной магнитной цепи, КПД менее 15%, моторы изготавливают небольшой мощности до 10 Вт.

Читайте также:  Неразветвленная часть цепи переменного тока состоит из активного

Мотор с симметричными обмотками в изготовлении требует сложного технологического процесса. Он состоит из составного статора, полюса, ротора, шунта магнитного. Полюсы мотора объединены ярмом, катушки находятся внутри системы, магнитные потоки меньше, чем у электродвигателя вышеописанной конструкции.

Mikrodvigateli risunok 2

Для изменения числа оборотов двигателя применяют полюсы перекрестные. Переключение пар производится просто, чтобы их изменить необходимо катушки соединить встречной схемой. В моторах с полюсами расщепленного типа применяется регулирование числа оборотов, которое заключается в переключении с последовательной схемы на параллельную.

Источник

Бесколлекторные малогабаритные двигатели

Продукция нашей компании включает широкий ассортимент электродвигателей малой мощности от европейских производителей Faulhaber, Nanotec, GeorgiiKobold и других. Высокое качество изделий не требует никаких подтверждений, ведь немецкое производство соответствует всем нормам технологического процесса, используется только надежное сырьё, сертифицированное по требованиям безопасности, надежности и долговечности.

Прецизионные бесколлекторные (вентильные, BLDC) микродвигатели постоянного тока

Faulhaber с полым ротором

Диаметр корпуса – 3…44 мм, мощность – 0,0063…212 Вт, номинальный крутящий момент – 0,023…202 мНм, скорость вращения на холостом ходу – 5 300 … 46 500 об/мин

Ссылки на подробное описание бесколлекторных микродвигателей постоянного тока:

Ссылки на сопутствующие компоненты малогабаритного привода:

Ознакомиться с описанием всей продукции компании Faulhaber можно по данной ссылке.

Малогабаритные многополюсные бесколлекторные (вентильные, BLDC) двигатели постоянного тока Dunkermotoren

Диаметр корпуса / Размер стороны фланца – 32,4…95 мм, мощность – 6,0…1 100 Вт, номинальный крутящий момент – 0,026…2,9 Нм, номинальная скорость вращения– до 4 050 об/мин

Ссылки на подробное описание малогабаритных бесколлекторных двигателей постоянного тока:

Бесколлекторные двигатели со встроенной электроникой:

Ссылки на сопутствующие компоненты малогабаритного привода:

Ознакомиться с описанием всей продукции компании Dunkermotoren можно по данной ссылке.

Малогабаритные бесколлекторные (вентильные, BLDC) двигатели постоянного тока постоянного тока Nanotec

Диаметр корпуса – 22…87 мм, мощность – 3,8…750 Вт, номинальный крутящий момент – 0,008…2,1 Нм, номинальная скорость вращения – до 14 000 об/мин

Ссылки на подробное описание бесколлекторных микродвигателей постоянного тока:

Ссылки на сопутствующие компоненты малогабаритного привода:

Ознакомиться с описанием всей продукции компании Nanotec можно по данной ссылке.

Малогабаритные бесколлекторные (вентильные, BLDC) двигатели постоянного тока со встроенным контроллером Georgii Kobold

Диаметр корпуса / Размер стороны фланца – 65…94 мм, мощность – 70…430 Вт, номинальный крутящий момент в продолжительном режиме работы – 0,22…1,8 Нм, номинальная скорость вращения– до 3 750 об/мин, степень защиты IP 64/IP 65, предусмотрено изготовление с планетарным редуктором (i=3:1. 169:1), датчиками на эффекте Холла, резольвером, датчиком абсолютного или относительного отсчёта

Ссылки на подробное описание малогабаритных бесколлекторных двигателей постоянного тока со встроенной электроникой:

Ознакомиться с описанием всей продукции компании Georgii Kobold можно по данной ссылке.

Бесколлекторные (вентильные, BLDC) двигатели постоянного тока Eibl DHT

Диаметр корпуса / Размер стороны фланца – 63…225 мм, номинальное напряжение обмотки — 12 . 96 В, мощность – 0,06…94 кВт, номинальный крутящий момент в продолжительном режиме работы – 0,56…301 Нм, номинальная скорость вращения– до 3 000 об/мин, предусмотрено изготовление с датчиками на эффекте Холла, резольвером, датчиком абсолютного или относительного отсчёта

Ссылки на подробное описание бесколлекторных двигателей постоянного тока:

Ознакомиться с описанием всей продукции компании Eibl DHT можно по данной ссылке.

Двигатели малой мощности имеют следующие преимущества:

  • высокие технические характеристики, энергетические показатели;
  • длительный период эксплуатации, безотказность в работе;
  • защита механизма от воздействий внешних факторов.

Основной сферой применения малогабаритных двигателей постоянного тока являются:

  • различные устройства радиосвязи;
  • электроприводы разных назначений;
  • системы автоматического управления;
  • производственные станки, линии;
  • бытовые и специализированные приборы.

Они являются незаменимыми в тех сферах, где использовать крупные двигатели невозможно. Например, небольшие электродвигатели часто используются в микроэлектронике, медицине, оптике, науке в целом. Кроме этого, они активно применяются на энергетических объектах, системах автоматизации и технологических линиях. Малогабаритные двигатели могут подключаться не только к приводу, но и к аккумулятору и электросети.

Преимущества сотрудничества

Имея многолетний опыт сотрудничества с поставщиками нашей продукции, мы можем обеспечить доступные цены на весь ассортимент бесколлекторных малогабаритных двигателей малой мощности. Мы работаем не только по оптовым заказам, но и выполним единичные по требованиям заказчика.

Узнать подробнее о ценах и технических характеристиках того или иного товара можно связавшись с нами по телефону, указанному на сайте.

Каталог

Несколько слов о компании

Наши специалисты находятся в непосредственном контакте с производителем, поэтому всегда готовы помочь, оперативно дать исчерпывающие ответы на Ваши вопросы, посоветовать оптимальное решение.

Источник



Электрический двигатель постоянного тока

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

Схематическое изображение простейшего ДПТ

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.

Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Схемы подключения обмоток статора

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Читайте также:  Почему человек бьется током с человеком

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Ротор с тремя обмоткамиРисунок 3. Ротор с тремя обмотками Якорь со многими обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Схема электромотора с многообмоточным якорем

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Принцип работы ДПТ

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному



Источник