Для чего нужен коллектор в электродвигателе

Почему искрят щетки в пылесосе: как устранить возможные неисправности

Для чего нужен коллектор в электродвигателе

При эксплуатации пылесоса необходимо периодически проводить профилактический осмотр деталей, содержащихся внутри его корпуса. Понадобится включать электродвигатель.

При этом очень важно обращать внимание на интенсивность появления искр в области его скользящих контактов – щеток. Едва заметное глазу искрение является нормой для исправно работающего мотора. Но сильные и частые проблески свидетельствуют об отклонениях в работе двигателя.

И это повод заняться поиском причин, почему искрят щетки в пылесосе, чтобы не допустить серьезной поломки в дальнейшем.

Интенсивные проблески на щетках могут возникать по ряду причин:

  • выработан ресурс скользящих контактов (изношены пружины или сами щетки);
  • запыленность стенок и контактов на коллекторе и роторе;
  • неисправность в обмотке ротора или статора.

Для определения конкретной неисправности необходимо провести диагностику электродвигателя. Это поможет устранить причину.

Проверяем износ скользящих контактов

Чаще всего причиной обильного искрообразования при работе электромотора могут быть выработавшие свой ресурс или поврежденные щетки. Извлечь эту пару деталей для осмотра несложно. Скользящие контакты крепятся в зависимости от модели при помощи зажимов или болтов.

Важно! Визуальный осмотр дает понять, насколько сильно торцы контактов обуглены, каково состояние пружин, чтобы принять решение о замене новыми.

Если на торце хотя бы одного извлеченного элемента прослеживаются явные повреждения, следы того что они горели, потребуется не только их замена. Также нужен будет визуальный осмотр следующих деталей:

  • коллектора;
  • обмоток ротора или статора.

Совет! Менять щетки следует парами. В некоторых моделях предусмотрена замена элементов в комплекте со щеткодержателем.

Проверка контактов щеточно-коллекторного блока

Причиной искрения исправных деталей блока может быть плохой контакт из-за недостаточного соприкосновения с ламелями коллектора. В ходе эксплуатации пылесоса на поверхностях коммутирующих деталей двигателя образуются шероховатости, которые препятствуют необходимому контакту. Устранить бугорки, канавки и царапины на коллекторе поможет шлифовка при помощи мелкой наждачной бумаги – «нулевки».

Совет! Если щетки излишне искрят, то следует их плотнее прижать к коллектору за счет пружин. При этом нельзя нарушать свободный ход элементов блока.

Профилактика загрязнений электромотора

Графитовые или металлические частички от щеток с течением времени загрязняют ламели коллектора. Это становится причиной появления большого количества искр, перегрева и образования нагара, а также смещения щеток от рабочего (первоначального) положения.

Пыль может накапливаться между контактами на роторе. Необходимо периодически производить очищение поверхности при помощи мелкой наждачной бумаги и обезжиривание посредством протирки спиртом или бензином.

Целостность обмоток ротора и статора

Более серьезными неприятностями, вызывающими сильное искрение электромотора являются межвитковые замыкания обмоток ротора или статора. Такую поломку самостоятельно устранить проблематично. Признаки проблемы с обмоткой такие:

  • работа двигателя сопровождается хлопками;
  • искры разлетаются по кругу;
  • на ламелях коллектора наблюдается почернение;
  • упали обороты электродвигателя.

Совет! Если при визуальном осмотре места повреждения обмотки найти не удается, то можно прибегнуть к помощи электрических измерений посредством мультиметра.

Опытным мастерам-электрикам не составит труда разобраться, как провести электрические замеры:

  • на парных выходах обмоток на пластины коллектора;
  • между коллектором и корпусом ротора (якоря);
  • между корпусом статора и выводом обмоток;
  • прозвонить на целостность обмотку статора.

Важно! Замеры сопротивления и напряжения помогут определить вышедшую из строя комплектующую деталь электромотора. Пылесос с неисправной обмоткой электромотора эксплуатировать нельзя.

Домашним мастерам без специального оборудования делать перемотку неисправного элемента электромотора весьма проблематично. Поэтому необходимо обратиться в сервисную мастерскую. При обращении в ремонтный центр, например, с пылесосом Samsung, могут предложить замену его обмотки или приобретение нового двигателя.

Неправильный угол наклона щеток и износ подшипников

В идеале скользящие контакты должны быть расположены прямо на одной линии по обе стороны от оси вращающегося коллектора. При длительной эксплуатации они могут сместиться, заняв перекошенное положение из-за ослабленного или деформированного крепления, а также вследствие вращения ротора с биениями из-за плохого состояния подшипников.

Важно! Для устранения искрения следует отрегулировать расположение элементов узла посредством предусмотренных производителем креплений (обычно винты).

Щетки, держатели и крепления с механическими повреждениями, со следами коррозии, а также изношенные подшипники подлежат замене. На схематическом рисунке ниже показан коллекторный узел с правильно установленными щетками. Для эксплуатируемой модели техники также можно найти видео в интернете, показывающее весь ремонтный процесс с электродвигателем.

Заключение

Чтобы продлить срок службы электродвигателя пылесоса, нужно регулярно проводить профилактические мероприятия по устранению искрения в области соприкосновения щеток с ламелями коллектора.

Скользящие контакты должны быть постоянно чистыми и прилегать к отполированной коллекторной поверхности настолько плотно, чтобы не препятствовать свободному вращению ротора.

Выработавшие свой ресурс щетки и подшипники нужно менять, а поверхность коллектора необходимо полировать (хорошо очищать). Важно вовремя принимать профилактические меры.

Самые лучшие пылесосы

Пылесос Thomas Aqua Pet & Family на Яндекс Маркете

Пылесос Thomas DryBOX+AquaBOX Cat & Dog на Яндекс Маркете

Пылесос Thomas Perfect Air Feel Fresh на Яндекс Маркете

Пылесос Miele SBAD0 на Яндекс Маркете

Пылесос Thomas DryBox Amfibia на Яндекс Маркете

Источник: https://hitech-online.ru/tehnika-dlya-doma/pylesos/pochemu-iskryat-shhetki.html

Конструкция электродвигателя постоянного тока: видео — Asutpp

Для чего нужен коллектор в электродвигателе

Как известно, электродвигатель постоянного тока – это устройство, которое с помощью двух своих основных деталей конструкции может преобразовывать электрическую энергию в механическую. К таким основным деталям относятся:

  1. статор – неподвижная/статическая часть двигателя, которая вмещает в себе обмотки возбуждения на которые поступает питание;
  2. ротор – вращающаяся часть двигателя, которая отвечает за механические вращения.

Кроме вышеупомянутых основных деталей конструкции электродвигателя постоянного тока, существуют также и вспомогательные детали, такие как:

  1. хомут;
  2. полюса;
  3. обмотка возбуждения;
  4. обмотка якоря;
  5. коллектор;
  6. щётки.

Конструкция электродвигателя постоянного тока

В совокупности все эти детали составляют цельную конструкцию электродвигателя постоянного тока. А теперь давайте более подробно рассмотрим основные детали электродвигателя.

Ярмо ДПТ

Ярмо ДПТ

Ярмо электродвигателя постоянного тока, которое изготавливают в основном из чугуна или стали, является неотъемлемой частью статора или статической частью электродвигателя.

Его основная функция состоит в формировании специального защитного покрытия для более утончённых внутренних деталей двигателя, а также обеспечение поддержки для обмотки якоря.

Кроме того, ярмо служит защитным покрытием для магнитных полюсов и обмотки возбуждения ДПТ, обеспечивая тем самым поддержку для всей системы возбуждения.

Полюса

Полюса двигателя постоянного тока

Магнитные полюса электродвигателя постоянного тока – это корпусные детали, которые крепятся болтами к внутренней стенке статора. Конструкция магнитных полюсов содержит в своей основе только две детали, а именно – сердечник полюса и полюсный наконечник, которые состыкованы друг к другу под влиянием гидравлического давления и прикреплённые к статору.

Конструкция и сборка электродвигателя постоянного тока

Несмотря на это, эти две части предназначены для разных целей.

Полюсный сердечник, например, имеет маленькую площадь поперечного сечения и используется, чтобы удерживать полюсный наконечник на ярмо, тогда как полюсный наконечник, имея относительно большую площадь поперечного сечения, используется для распространения магнитного потока созданного над воздушным зазором между статором и ротором, чтобы уменьшить потерю магнитного сопротивления. Кроме того, полюсный наконечник имеет множество канавок для обмоток возбуждения, которые и создают магнитный поток возбуждения.

Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения

Обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока выполнены вместе с катушками возбуждения (медный провод) навитыми на канавки полюсных наконечников таким образом, что когда ток возбуждения проходит сквозь обмотку, у смежных полюсов возникает противоположная полярность. По существу, обмотки возбуждения выступают в роли некоего электромагнита, способного создать поток возбуждения, внутри которого вращался бы ротор электродвигателя, а потом легко и эффективно его остановить.

Обмотка якоря

Обмотка якоря электродвигателя постоянного тока

Обмотка якоря электродвигателя постоянного тока прикреплена к ротору или вращающейся части механизма, и, как результат, попадает под действие изменяющегося магнитного поля на пути его вращения, что напрямую приводит к потерям на намагничивание.

По этой причине ротор делают из нескольких низко-гистерезисных пластин электротехнической стали, чтобы снизить магнитные потери, типа потери на гистерезис и потери на вихревые токи соответственно. Ламинированные стальные пластины состыковывают друг к другу, чтобы тело якоря получило цилиндрическую структуру.

Тело якоря состоит из канавок (пазов), сделанных из того же материала, что и сердечник, к которому закреплены обмотки якоря и несколько равномерно распределённых по периферии якоря витков медного провода. Пазы канавок имеют пористые клинообразные спаи, чтобы в последствие источаемой во время вращения ротора большой центробежной силы, а также при наличии тока питания и магнитного возбуждения, предотвратить загибания проводника.

Существует два типа конструкции обмотки якоря электродвигателя постоянного тока:

  • петлевая обмотка (у данном случае количество параллельных путей тока между переходниками (А) равно количеству полюсов (Р), то есть А = Р.
  • волновая обмотка (у данном случае количество параллельных путей тока между переходниками (А) всегда равно 2, независимо от количества полюсов, то есть конструкции машины выполнены соответствующим образом).

Коллектор

Коллектор ДПТ

Коллектор электродвигателя постоянного тока – это цилиндрическая структура из состыкованных между собой, но изолированных слюдой, медных сегментов. Если речь идет об ДПТ, то коллектор здесь используется в основном как средство коммутирования или передачи через щётки электродвигателя тока питания от сети на смонтированные во вращающейся структуре обмотки якоря.

Щётки

Щётки электродвигателя постоянного тока

Щётки электродвигателя постоянного тока изготавливают из углеродных или графитных структур, создавая над вращающимся коллектором скользящий контакт или ползунок.

Щётки используют для передачи электрического тока от внешнего контура на вращающуюся форму коллектора, где дальше он поступает на обмотки якоря.

Коллектор и щётки электродвигателя используют, в общем, для передачи электрической энергии от статического электрического контура на область с механическим вращением, или просто ротор.

Источник: https://www.asutpp.ru/konstrukciya-elektrodvigatelya-postoyannogo-toka.html

Электродвигатели: какие они бывают

Для чего нужен коллектор в электродвигателе

В прошлых статьях был рассмотрен принцип работы синхронного и асинхронного электродвигателей, а также рассказано, как ими управлять. Но видов электродвигателей существует гораздо больше! И у каждого из них свои свойства, область применения и особенности.

В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро? Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».

С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструкторские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало – что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото сверху)? Это конденсаторы – при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают помехи. Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810кВт и напряжением 1500В.

Почему ДПТ не делают мощнее? проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности – это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе является не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоамперы – и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ – целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор становится слишком сложно (рекорд — 12,5МВт).

В потребительском качестве ДПТ хорош своей простотой с точки зрения управляемости. Его момент прямо пропорционален току якоря, а частота вращения (по крайней мере холостой ход) прямо пропорциональна приложенному напряжению. Поэтому до наступления эры микроконтроллеров, силовой электроники и частотного регулируемого привода переменного тока именно ДПТ был самым популярным электродвигателем для задач, где требуется регулировать частоту вращения или момент.

Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуждения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вращающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магнитами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят постоянные магниты, в больших – обмотку возбуждения.

Обмотка возбуждения – это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличивается её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем выше развиваемый момент при том же токе якоря.

Но тем выше и ЭДС машины, а значит при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода двигателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напряжении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ.

Вообще, я очень советую изучить уравнения ДПТ – они простые, линейные, но их можно распространить на все электродвигатели – процессы везде схожие.

Универсальный коллекторный двигатель

Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ.

При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутствует «постоянный ток», теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся. Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря.

А ещё? А еще можно сменить полярность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Правильно, направление вращения не изменится.

Так что же мы ждем? Соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть переменного тока! Готово, двигатель будет крутиться.

Есть один только маленький штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает переменный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый «универсальный коллекторный двигатель», который по конструкции является подвидом ДПТ, но прекрасно работает как от переменного, так и от постоянного тока.

Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «прямым приводом»), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Сколько ватт нужно для телевизора

Асинхронный электродвигатель

Еще более распространенным, чем коллекторные двигатели, является асинхронный двигатель. Только распространен он в основном в промышленности – где присутствует трехфазная сеть. Про принцип его работы написана отдельная статья. Если кратко, то его статор – это распределенная двухфазная или трехфазная (реже многофазная) обмотка. Она подключается к источнику переменного напряжения и создает вращающееся магнитное поле.

Ротор можно представлять себе в виде медного или алюминиевого цилиндра, внутри которого находится железо магнитопровода. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется там за счет переменного поля статора (поэтому двигатель на английском языке называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент.

Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контакта, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует меньше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети переменного тока «прямым пуском» – его можно включить коммутатором «на сеть», в результате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 крат, но допустимым).

ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пускового тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности – десятки мегаватт, тоже благодаря отсутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и дешев. Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения.

Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле.

Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.

Минус асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да.

Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представлять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исключительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропорционально регулировать и частоту, и напряжение.

А лучше и вовсе организовать векторное управление, как более подробно было описано в прошлой статье. Но для этого нужен преобразователь частоты – целый прибор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупроводниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулирование частотой было экзотикой – его не на чем было делать. Но сегодня регулируемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты – это уже стандарт-де-факто.

Синхронный электродвигатель

Источник: https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/371749/

Виды электродвигателей

Электрика »Электрооборудование »Электродвигатели

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ПОСТОЯННОГО

Одним из основных стимулов к широкой электрификации, начавшейся в XX веке, стала возможность легкого преобразования энергии электрического тока в механическую — к тому времени уже был известен коллекторный электродвигатель, изобретенный Якоби еще в первой половине XIX века.

Изобретение асинхронного двигателя переменного тока стало еще большим шагом вперед.

Электромотор лишился механически трущихся и искрящих узлов (щеток и коллектора), превзойдя по бесшумности и ресурсу любой другой существовавший в то время тип привода.

Независимо от конструкции, любой электродвигатель устроен одинаково: внутри цилиндрической проточки в неподвижной обмотке (статоре) вращается ротор, в котором возбуждается магнитное поле, приводящее к отталкиванию его полюсов от статора.

Поддержание постоянного отталкивания требует:

  • перекоммутации обмоток ротора, как это делается на коллекторных электродвигателях;
  • создания вращающегося магнитного поля в самом статоре (классический пример – асинхронный трехфазный двигатель).

Достоинства электродвигателей переоценить трудно. Это:

Крайняя простота.

Электродвигатель состоит из минимального количества узлов, поэтому ломаться в нем практически нечему.

Самостоятельный запуск.

Электродвигателю не нужен пусковой импульс, он начинает вращаться сам при включении питания (исключение – однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой, но они практически вышли из употребления). Это позволяет отказаться от холостого хода, включая электромотор только при необходимости.

Отсутствие вибраций.

Так как в электродвигателях энергия магнитного поля непосредственно преобразуется во вращение, при должной балансировке ротора они полностью бесшумны и не создают вибрации.

Легкость управления оборотами и крутящим моментом.

Несмотря на то, что на разных типах электродвигателей это достигается разными способами, управление ими в любом случае достаточно просто и надежно.

Возможность реверса.

На коллекторном двигателе достаточно поменять местами полюса якоря, на трехфазном электромоторе – изменить порядок включения фаз.

Обратимость.

Коллекторные электродвигатели при внешнем приводе начинают работать как электрогенераторы, что позволяет использовать их для рекуперации энергии при торможении электротранспорта.

Электродвигатели переменного тока

Благодаря удобству передачи на большие расстояния и легкости преобразования переменный ток успешно стал стандартом электроснабжения.

В сфере же производства электродвигателей его способность возбуждать переменное магнитное поле в статоре и соответственно индуцировать ток в короткозамкнутой обмотке ротора позволила создать асинхронные электродвигатели. В этом типе двигателей единственным испытывающим трение узлом остаются коренные подшипники якоря.

Ротор такого электродвигателя – это металлический цилиндр, в пазы которого под углом к оси вращения запрессованы или залиты токопроводящие жилы, на торцах ротора объединенные кольцами в одно целое. Переменное магнитное поле статора возбуждает в роторе, напоминающем беличье колесо, противоток и, соответственно, отталкивающее его от статора магнитное поле.

В зависимости от числа обмоток статора асинхронный двигатель может быть:

Однофазным – в этом случае главным недостатком двигателя становится невозможность самостоятельного запуска, так как вектор силы отталкивания проходит строго через ось вращения.

Для начала работы двигателю необходим или стартовый толчок, или включение отдельной пусковой обмотки, создающей дополнительный момент силы, смещающий их суммарный вектор относительно оси якоря.

Двухфазный электродвигатель имеет две обмотки, в которых фазы смещены на угол, соответствующий геометрическому углу между обмотками. В этом случае в электродвигателе создается так называемое вращающееся магнитное поле (спад напряженности поля в полюсах одной обмотки происходит синхронно с нарастанием его в другой).

Такой двигатель становится способным к самостоятельному запуску, однако имеет трудности с реверсом. Поскольку в современном электроснабжении не используются двухфазные сети, фактически электродвигатели этого рода применяются в однофазных сетях с включением второй фазы через фазовращающий элемент (обычно – конденсатор).

Трехфазный асинхронный электродвигатель – наиболее совершенный тип асинхронного мотора, так как в нем появляется возможность легкого реверса – изменение порядка включения фазных обмоток изменяет направление вращения магнитного поля, а соответственно и ротора.

Коллекторные двигатели переменного тока используются в тех случаях, когда требуется получение высоких частот вращения (асинхронные электродвигатели не могут превышать скорость вращения магнитного потока в статоре – для промышленной сети 50 Гц это 3000 об/мин).

Кроме того, они выигрывают в пусковом крутящем моменте (здесь он пропорционален току, а не оборотам) и имеют меньший пусковой ток, меньше перегружая электросеть при запуске. Также они позволяют легко управлять своими оборотами.

Обратной стороной этих достоинств становится дороговизна (требуется изготовление ротора с наборным сердечником, несколькими обмотками и коллектором, который к тому же сложнее балансировать) и меньший ресурс. Помимо необходимости в регулярной замене стирающихся щеток, со временем изнашивается и сам коллектор.

Синхронный электродвигатель имеет ту особенность, что магнитное поле ротора индуцируется не магнитным полем статора, а собственной намоткой, подключенной к отдельному источнику постоянного тока.

Благодаря этому частота его вращения равна частоте вращения магнитного поля статора, откуда и происходит сам термин «синхронный».

Как и двигатель постоянного тока, синхронный двигатель переменного тока является обратимым:

  • при подаче напряжения на статор он работает как электродвигатель;
  • при вращении от внешнего источника он сам начинает возбуждать в фазных обмотках переменный ток.

Основная область использования синхронных электродвигателей – высокомощные приводы. Здесь увеличение КПД относительно асинхронных электромоторов означает значительное снижение потерь электроэнергии.

Также синхронные двигатели используются в электротранспорте. Однако, для управления скоростью в этом случае требуются мощные частотные преобразователи, зато при торможении возможен возврат энергии в сеть.

Электродвигатели постоянного тока

Так как постоянный ток не способен создать изменяющееся магнитное поле, обеспечение непрерывного вращения ротора требует принудительной перекоммутации обмоток, или дискретного изменения направления магнитного поля.

Старейший из известных способов – это использование электромеханического коллектора. В этом случае якорь электродвигателя имеет несколько разнонаправленных обмоток, соединенных с находящимися в соответствующем положении относительно щеток ламелями коллектора.

В момент включения питания возникает импульс в обмотке, соединенной со щетками, после чего ротор проворачивается, и в том же месте относительно полюсов статора включается новая обмотка.

Так как намагниченность статора во время работы коллекторного электродвигателя постоянного тока не изменяется, вместо сердечника с обмотками могут использоваться мощные постоянные магниты, что сделает мотор компактнее и легче.

Коллекторный двигатель не лишен ряда недостатков. Это:

  • высокий уровень помех, как передаваемых в питающую сеть при переключении обмоток якоря, так и возбуждаемых искрением щеток;
  • неизбежный износ коллектора и щеток;
  • повышенная шумность при работе.

Современная силовая электроника позволила избавиться от этих недостатков, применяя так называемый шаговый двигатель – в нем ротор имеет постоянную намагниченность, а внешнее устройство последовательно меняет направление тока в нескольких обмотках статора.

Фактически за единичный импульс тока ротор проворачивается на фиксированный угол (шаг), откуда и пошло название электромоторов такого типа.

Шаговые электродвигатели бесшумны, а также позволяют в широчайших пределах регулировать как крутящий момент (амплитудой импульсов), так и обороты (частотой), а также легко реверсируются изменением порядка следования сигналов.

По этой причине они широко используются в сервоприводах и автоматике, однако их максимальная мощность определяется возможностями силовой управляющей схемы, без которой шаговые двигатели неработоспособны.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Источник: https://eltechbook.ru/jelektrodvigateli_vidy.html

Устройство коллекторного электродвигателя

Чаще статор коллекторного двигателя снабжен двумя полюсами. Безотносительно, пылесос, кухонный комбайн, стиральная машина. Коллекторные двигатели поддаются регулировке, обладают приемлемыми стартовыми характеристиками, контрастируя большинству асинхронных. Для простых граждан недостаток один: шумность. Поэтому в холодильниках, вентиляторах ставится асинхронный двигатель. На вытяжках любые встретим. Рассмотрим устройство коллекторного двигателя.

Внешний вид коллекторного двигателя

Крышка отсека щетки

Новичков волнует вопрос – способ идентификации коллекторного двигателя. Проще простого. Посмотрите фото болгарки, сделано специально для портала ВашТехник: боковины корпуса демонстрируют крышечки из изоляционного материала под шлицевую отвертку. Потрудившись открутить, внутри видим контактные площадки, пружина графитовой щетки. Ключевой признак коллекторного двигателя. Электрический инструмент снабжается приспособлениями быстрой замены графита, который считается расходным материалом.

Контактная площадка и пружина графитовой щётки

Щетки коллекторного двигателя

В коробке прилагается запасной комплект. Фото крупным планом показывает запасные щетки. Каждая включает:

  1. Графитовый электрод. Форма широко варьируется в зависимости от типа двигателя. Графит точат надфилями, напильниками, получая заданные размеры. Не критично. Главное, избежать больших зазоров, форма держателя специально создана снизить люфт. Графитовый электрод стачивается, увеличивается искрение вплоть до появления кругового огня. Коллекторный двигатель сильно разогревается, дымится. Процесс может лицезреть настойчивый зритель Ютуба (см. англоязычный домен).
  2. Контактная латунная площадка служит для подсоединения питания. В бытовых инструментах чаще 230 вольт с одной оговоркой: часть периода синусоиды отсечена. Позволяет регулировать скорость (болгарки забудьте). Больше угол отсечки, ниже скорость движения вала. Регуляторная схема сформирована тиристором, подстраивается переменным резистором.
  3. Пружина протянута меж контактной площадкой и графитовым электродом. Служит целям прижатия. В результате графитовый электрод скользит, обегая коллектор, одновременно смазывая поверхность. Сопротивление щеток, показанных рисунком близко 7 Ом, сопоставимо с обмотками. На переменном токе расклад меняется. Наделенное индуктивностью сопротивление обмоток резко растет, щетки остаются прежними. Графит играет роль ограничительных резисторов, благодаря углероду, ток ротора бессилен подняться выше 15 А.
  4. Ключевой частью щеток назовем тросик высокой гибкости, составленный медными нитями. Хорошо гнется, по мере стачивания графитовой щетки процессом эксплуатации легко растягивается, достигая нужных размеров.

Запасные щетки

У коллекторного двигателя всегда имеются щетки. У некоторых асинхронных моторов присутствуют токосъемники, не делящиеся на секции (реже стоит коллекторный стартер, касается синхронных двигателей). Щеточный аппарат отличается конструкцией от демонстрируемого коллекторным двигателем. Асинхронный мотор выдает сравнительно тихая работа.

Щетки легко раскалываются вибрациями. Одна из причин, почему коллекторные двигатели в промышленности стараются не применять (сложно найти трехфазные модели). Вторая – токосъёмники легко забиваются пылью, требуя регулярной чистки. Впрочем, проблема наблюдается у асинхронных машин с фазным ротором. В последнем случае графитом обычно не пахнет. Итак, рассматриваем сегодня коллекторный однофазный электродвигатель.

Варисторы коллекторного двигателя

Коллекторные двигатели наделены одним неприятным свойством: искрят. Вызывает сильные помехи, идущие обратно в сети снабжения, главное не это. Искрение приводит к невыгодным условиям эксплуатации двигателя. Нужно гасить дугу варисторами. Корпус элементов чаще округлый, с двумя ножками. Одна (см. фото) присоединяется к контактной площадке щетки (непосредственно, посредством латунных переходников), вторая припаивается к корпусу.

Варистор системы защиты двигателя

Варисторов два, защищают коллекторный двигатель с обеих сторон. Механика работы следующая:

  • Повышенная нагрузка вала вызывает сильное искрение, потенциал щетки может значительно превышать среднее действующее значение 230 вольт.
  • Варисторы парно пробиваются, замыкают излишек на корпус, ток поглощается толщей металла, рассеиваясь тепловыми потерями.

Схему считаем бесполезной с точки зрения КПД. Мощность теряется даром. Известен фактор, использующий искрение на пользу.

Схема автоподстройки оборотов коллекторного двигателя

Тиристорная схема подстройки оборотов коллекторного двигателя

Источник: https://vashtehnik.ru/elektrika/ustrojstvo-kollektornogo-elektrodvigatelya.html

Проверка и ремонт коллекторного электродвигателя

Июль 11, 2014

19697 просмотров

В домашнем хозяйстве практически все электродвигатели коллекторные- это синхронные устройства. Как они устроены и работают читайте в нашей предыдущей статье.

Коллекторные электродвигатели стоят в стиральных машинах (но не во всех моделях), пылесосах, электроинструменте, детских игрушках и т. д. Главной отличительно их особенностью является наличие неподвижных обмоток статора и обмоток на валу (якорь), на которые подается напряжение при помощи коллектора и графитных щеток.

Если у Вас сломался или барахлит мотор в электроинструменте и других устройствах, то не спешите его выкидывать, потому что в большинстве случаев его можно быстро и недорого отремонтировать своими руками. Как определить и устранить неисправность Вы узнаете далее из этой статьи.

Перед тем как начать искать причину в электродвигателях, сначала проверьте исправность шнура питания, кнопок включения и при наличии пуск-регулировочных устройств.

Как проверить коллекторный электродвигатель- наиболее частые поломки

Для определения и устранения неисправностей придется разбирать сам электроинструмент или электродвигатель других бытовых устройств по этой инструкции. Только перед тем как приступить к разборке, обратите внимание на искрение в контактно-щеточном механизме.  Если оно будет повышенным (как на рисунке у нижней щетки), то это может свидетельствовать об износе или плохом контакте щеток, реже о межвитковом замыкании в коллекторе.

В большинстве случаев причиной поломок коллекторных двигателей является износ щеток и почернение коллектора. Изношенные щетки необходимо заменить новыми одинаковыми по форме и размерам, лучше конечно оригинальными.

Меняются они очень просто- либо нужно  снять или сдвинуть фиксатор или открутить болт. В некоторых моделях меняются не сами щетки, а в сборе с щеткодержателем. Не забываем подключить к контакту медный поводок.

Если же щетки целы, тогда растяните прижимающие их пружины.

Если контактная часть коллектора потемнела, тогда ее необходимо обязательно почистить мелкой наждачной бумагой (нулевкой).

Иногда вместе контакта щеток с коллектором образовывается канавка. Ее необходимо проточить на станке.

На втором месте по количеству неисправностей стоит износ подшипников. О необходимости их замены в электроинструменте свидетельствует биение патрона и повышенная вибрация корпуса при работе. Как проверить и заменить подшипники подробно рассказано в этой статье. В самых запущенных случаях начинают при вращении касаться якорь и статор- придется как минимум менять якорь.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Сколько должен показывать новый аккумулятор

Как проверить коллекторный электродвигатель- редкие поломки

Гораздо реже происходит обрыв или выгорание в обмотках или в местах их подключения, оплавление или замыкание графитовой пылью ламелей коллектора.
В большинстве случаев это удается определить внешним осмотром. При этом обращайте внимание на:

  • Целостность обмоток.
  • Почернение обмоток либо всей, либо ее части.
  • Надежность контактов выводов проводов с ламелями коллектора. При необходимости перепаяйте.
  • Забита ли графитовой пылью пространство между ламелями. Если да то почистите.
  • Наличие характерного запаха горения изоляции проводов.

Если обнаружено визуально повреждение обмотки стартера или якоря, то их потребуется заменить на новые или сдать в перемотку.

Но не всегда визуально возможно определить повреждение обмоток, поэтому следует воспользоваться мультиметром для этих целей.

Как прозвонить электродвигатель мультиметром

Включите мультиметр в режим прозвонки или омметра с пределом измерения 50-100 Ом. Как это сделать читаем а этой инструкции.

  1. Прозвоните попарные выводы обмоток на ламели коллектора. Все значения сопротивления должны быть равны.
  2. Затем проверьте сопротивление между ламелями и корпусом якоря, как показано на правой картинке. Оно должно быть бесконечным.
  3. Проверить целостность обмотки статора можно при помощи прозвонки ее выводов, как показано на левой картинке.
  4. Проверьте цепь между корпусом статора и выводами обмоток. При пробое на корпус, эксплуатировать электроинструмент или мотор запрещено.

Иногда возникает межвитковое замыкание в обмотке, тогда определить его возможно только при помощи специального устройства- прибора проверки якорей.

Источник: http://jelektro.ru/remont-elektriki/proverka-remont-kollektornogo-jeletrodvigatelja.html

Устройство, принцип работы и тюнинг впускного коллектора

Воздух или топливно-воздушная смесь, в зависимости от типа двигателя (дизельный, инжекторный или карбюраторный) попадает в цилиндры через впускной коллектор. Основное предназначение впускного коллектора заключается в том, чтобы обеспечить равномерное распределение воздуха или рабочей смеси между цилиндрами. От этого напрямую зависит эффективность мотора. Помимо этого, на коллекторе могут крепиться другие узлы, например, карбюратор или дроссельная заслонка.

Принцип его работы довольно прост: воздух или его смесь с горючим, попадая внутрь через впускное отверстие, делится на несколько потоков, по числу цилиндров двигателя. Поршни, двигаясь вниз, создают в коллекторе разрежение, которое может достигать больших значений. Этот частичный вакуум используется также для нейтрализации картерных газов.

Они через систему вентиляции картера двигателя попадают во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью или воздухом и сжигаются в цилиндрах.

До недавнего времени основным материалом для изготовления впускного коллектора были алюминий, железо и чугун. Это создавало определенные сложности. Дело в том, что сам коллектор во время работы мотора сильно нагревается и нагревает воздух, который в данный момент находится внутри него.

Воздух, в свою очередь, расширяется и поступает в цилиндры в меньшем объеме, вследствие чего повышается расход горючего и ухудшаются эксплуатационные характеристики двигателя.

В качестве альтернативы металлу, с конца 90-х годов, теперь уже прошлого века, на многих автомобилях применяются композитные материалы на основе пластика. Из-за низкой теплопроводности, такой впускной коллектор нагревается не так сильно, в результате цилиндры лучше наполняются воздухом, и повышается мощность мотора в пересчете на единицу топлива.

Турбулентность во впускном коллекторе

Данный пункт не относится к моторам с непосредственным впрыском. Горючее попадает во впускной коллектор в мелкораспыленном виде, после чего смешивается с воздухом.

Некоторая его часть может осесть на стенках впускного коллектора под воздействием электростатических сил.

Это явление крайне нежелательно, поскольку в результате в цилиндры попадет намного меньше топлива, и рассчитанная электронным блоком управления пропорция «воздух-топливо» будет нарушена в сторону увеличения объемной доли воздуха.

Бороться с конденсацией горючего помогает турбулентность. Под ее воздействием горючее лучше распыляется, и происходит более полное его сгорание. Как следствие возрастает мощность мотора, и снижается риск детонации.

Чтобы обеспечить появление турбулентности, внутреннюю поверхность впускного коллектора не полируют, а наоборот делают шершавой.

Здесь важно добиться оптимального значения турбулентности, поскольку с ее усилением начинают возникать перепады давления внутри впускного коллектора, и мощность двигателя падает.

Форма и объемная эффективность

Одним из важнейших параметров впускного коллектора, определяющим эффективность, является его форма. Основное правило, которого придерживаются все инженеры, гласит, что впускной коллектор не должен иметь никаких угловатых форм, так как это спровоцирует перепады давления и, как следствие, худшее наполнение цилиндров воздухом или рабочей смесью. Поэтому, все коллекторы имеют сглаженные переходы между сегментами и округлые формы.

В подавляющем большинстве нынешних коллекторов применяют раннеры. Представляют они из себя отдельные трубы, расходящиеся от центрального входа коллектора на все имеющиеся впускные каналы в головке блока цилиндров. Их задача состоит в том, чтобы использовать такое явление, как резонанс Гельмгольца.

Принцип работы конструкции выглядит следующим образом.

В момент, когда происходит всасывание, воздух проходит на весьма высокой скорости через открытый впускной клапан. Когда клапан закрывается, воздух, не успевший попасть в цилиндр, сохраняет большой импульс, а значит давит на клапан, в результате чего образуется зона высокого давления.

Затем происходит выравнивание давления, с более низким давлением в коллекторе. Из-за влияния сил инерции, выравнивание происходит с колебаниями: вначале воздух попадает в раннер под давлением более низким, чем в коллекторе, затем под более высоким.

Происходит сей процесс со скоростью звука, и до того, как впускной клапан откроется в очередной раз, колебания могут совершаться многократно.

Изменение давления вследствие резонансных колебаний воздуха тем больше, чем меньше диаметр раннера. Когда поршень движется вниз, давление на выходе раннера уменьшается. Затем этот низкий импульс давления доходит до входа коллектора, где превращается в импульс высокого давления, который проходит в обратном направлении через раннер и клапан, после чего клапан закрывается.

Для достижения максимального эффекта от резонанса, впускной клапан должен открываться в строго определенный момент, иначе результат будет обратный. Добиться этого довольно сложно. Газораспределительный механизм является динамическим узлом, и режим его работы находится в самой прямой зависимости от частоты вращения коленвала.

Импульсы синхронизируются статично, синхронизация зависит от длины раннеров. Частично проблема решается тем, что длина подбирается под определенный диапазон оборотов, на которых достигается наибольший крутящий момент. Другой вариант — применение систем изменения геометрии впускного коллектора и электронного управления ГРМ.

Системы изменения геометрии впускного коллектора

Поскольку, фиксированная длина впускного коллектора, обеспечивает качественное наполнение цилиндров только в ограниченных диапазонах частот вращений коленчатого вала, более предпочтительным считается впускной коллектор, имеющий систему изменения геометрии. Изменяться может либо его длина, либо диаметр, либо оба параметра.

Впускной коллектор переменной длины

Применяется на безнаддувных силовых агрегатах, как бензиновых, так и дизельных. Когда мотор работает на низких оборотах, длина коллектора должна быть большой для достижения высокого крутящего момента и приемистости, на высоких – маленькой, чтобы силовой агрегат мог развить максимальную мощность. Для изменения геометрии применяется клапан, входящий в систему управления двигателем. Он переключает коллектор с одной длины на другую.

Работает впускной коллектор переменной длины следующим образом. Когда закрывается впускной клапан, воздух, оставшийся в коллекторе, начинает совершать колебания, частота которых пропорциональна длине самого коллектора и оборотам двигателя. Когда возникает резонанс, появляется эффект нагнетания (резонансный наддув).

В результате, воздух подается в открывающиеся впускные клапаны под увеличенным давлением.

В моторах, оснащенных системами наддува, подобный впускной коллектор с изменяемой геометрией не применяется, поскольку нагнетание воздуха в цилиндры происходит принудительно.

В таких силовых агрегатах применяются максимально короткие коллекторы, благодаря чему уменьшаются габариты и стоимость производства двигателей.

Система изменения геометрии впускного коллектора, у разных производителей называется по-разному:

  1. BMW называют ее Differential Variable Air Intake (DIVA);
  2. у Ford это Dual-Stage Intake (DSI);
  3. в автомобилях Mazda система носит название Variable Inertia Charging System (VICS), в ряде случаев Variable Resonance Induction System (VRIS).

Впускной коллектор переменного сечения

Применяется на любых моторах, в том числе оснащенных наддувом. С уменьшением поперечного сечения возрастает скорость воздуха, проходящего через коллектор, следовательно, улучшается смесеобразование и более полно сгорает рабочая смесь.

Система изменения геометрии впускного коллектора имеет следующее устройство. Впускной канал каждого цилиндра делится на два – по одному на каждый впускной клапан, внутри одного из которых находится заслонка. Заслонка открывается и закрывается посредством вакуумного регулятора или электродвигателя.

Когда мотор работает под небольшой нагрузкой, заслонки закрыты, воздух подается по одному каналу и попадает в цилиндр только через один клапан. В цилиндре при этом возникают завихрения, благодаря которым улучшается смесеобразование и качество сгорания топлива.

Под нагрузкой заслонки открываются, и воздух подается через оба канала, мощность двигателя при этом возрастает.

Существует много вариаций подобных систем, например, у Opel система изменения геометрии впускного коллектора носит название Twin Port, у Ford есть два типа — Intake Runner Control (IMRC), Charge Motion Control Valve (CMCV), у Toyota и Volvo – Variable Induction System или Intake System (VIS).

Тюнинг коллектора

Тюнинг двигателя – это целый комплекс работ по доработке отдельных его узлов и деталей. Впускной коллектор также можно доработать, чтобы улучшить эксплуатационные характеристики мотора.

Тюнинг данной детали имеет два направления:

  • на преодоление негативного влияния его формы;
  • на доработку внутренней поверхности.

При чем здесь форма?

Поток воздуха или рабочей смеси в коллекторе неравномерен в силу его формы. Если коллектор несимметричный, то наибольшее количество воздуха или топливно-воздушной смеси будет попадать в первый цилиндр, а в каждый следующий все меньше. У симметричного также есть недостаток: там наибольшее количество воздуха попадает в средние цилиндры. В обоих случаях цилиндры работают неравномерно на смеси различного качества. Как следствие – падает мощность двигателя.

Тюнинг, в данном случае, подразумевает замену штатного впускного коллектора системой многодроссельного впуска. Ее устройство таково, что воздушные потоки, подающегося в цилиндры, не зависят друг от друга, поскольку каждый из цилиндров оснащается собственной дроссельной заслонкой.

«Внутренние» работы

При недостатке денежных средств, тюнинг можно провести и более дешево, почти даром. Внутри коллекторов практически всегда находится большое число неровностей и приливов, а поверхность шероховатая. Все вместе это вызывает ненужные завихрения, мешающие качественному наполнению цилиндров.

При размеренной езде это явление практически незаметно, но если хочется добиться от мотора большей эффективности, с этими недостатками нужно бороться.

Тюнинг штатного впускного коллектора заключается в шлифовке его внутренней поверхности, с целью удаления приливов и шероховатостей. Шлифовать нужно не до появления зеркала, а только до достижения однородного состояния всей поверхности.

Если переусердствовать, то капли горючего будут конденсироваться на стенках и тюнинг даст совершенно противоположный результат.

Напоследок, чтобы тюнинг был максимально полным, нужно обратить внимание на место сопряжения коллектора с головкой блока цилиндров. Нередко в этом месте остается ступенька, мешающая нормальному ходу воздушного потока, которую необходимо устранить (с этого начинается тюнинг ГБЦ).

Источник: https://znanieavto.ru/toplivo/vpusknoj-kollektor-dvigatelya.html

Для чего нужен коллектор в электродвигателе

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

Типы коллекторных электродвигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения.

При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора . КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

    Преимущества:
  • лучшее соотношение цена/качество
  • высокий момент на низких оборотах
  • быстрый отклик на изменение напряжения
    Недостатки:
  • постоянные магниты со временем, а также под воздействием высоких температур теряют свои магнитные свойства

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

    По схеме подключения обмотки статора коллекторные электродвигатели с обмотками возбуждения разделяют на двигатели:
  • независимого возбуждения
  • последовательного возбуждения
  • параллельного возбуждения
  • смешанного возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора.

С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря.

При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

    Преимущества:
  • практически постоянный момент на низких оборотах
  • хорошие регулировочные свойства
  • отсутствие потерь магнетизма со временем (так как нет постоянных магнитов)
    Недостатки:
  • дороже КДПТ ПМ
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью.

Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным.

Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа &lt Iном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Сколько вольт на генераторе

Источник: https://vi-pole.ru/dlja-chego-nuzhen-kollektor-v-jelektrodvigatele.html

Восстановление коллектора электродвигателя — диагностика, ремонт

Коллектор двигателя – отдельная часть ротора, представляющая собой барабан, который состоит из медных пластин, разделенных между собой зазорами с миканитовым наполнением.

Коллектор крепится на вал ротора и создает магнитное поле, преобразовывая электрическую энергию во вращательную. При этом, электрическая энергия на коллектор поступает с графитовых щеток. Коллектор при вращении должен постоянно контактировать с поверхностью щеток. Однако, огромная частота оборотов ротора приводит к постепенному стиранию поверхности медных пластин и щеток, что приводит к негативным последствиям в работе двигателя и его сгоранию.

Основные неисправности коллектора и причины их возникновения

Среди всех возможных неисправностей коллектора стоит выделить следующие:

  • Стирание поверхности пластин;
  • Замыкание между пластинами;
  • Механические повреждения пластин.

Основные неисправности коллектора напрямую связаны со сроками эксплуатации двигателя. Длительное вращение ротора влияет на износ пластин, которые при работе двигателя постоянно трутся об графитовые щетки. При этом, износ щеток также влияет на качество их контакта с поверхностью коллектора.

При плохом контакте щеток с коллектором в зазоре образуются искры, которые оставляют нагар на пластинах двигателя, что приводит к “пробиванию” между пластинами.

Также, к замыканию может привести образования окиси на пластинах при использовании двигателя во влажных условиях и попадание на поверхность коллектора графитовой пыли.

Миканит, залитый в промежутки между пластинами играет роль изоляции между ними. Со временем, когда пластины стираются и теряют плоскость, миканит выступает наружу. Это приводит к его сцеплению со щетками и ухудшению их контакта с медной поверхностью. Трение щеток об выступы миканита приводит к их быстрому износу.

Поломка подшипников может привести к люфту вала ротора. Даже малое смещение оси ротора во время вращения ухудшает контакт, способствует износу щеток и может привести к повреждению поверхности пластин коллектора.

Основные преимущества профессионального ремонта коллектора

Само собой, ремонт коллектора можно выполнить и самостоятельно. Однако, для этого потребуется не только знание электротехники и устройства двигателя, но и наличие специального оборудования, которое необходимо для разборки двигателя и восстановления поверхности коллектора. Кроме того, поломка коллектора может быть вызвана рядом других неисправностей двигателя. Поэтому его ремонт должен сопровождаться полной диагностикой электрической и механической частей устройства.

Ремонт коллектора необходимо выполнять в специально оборудованном месте. Для восстановления поверхности коллектора необходим токарный станок. Разборка ротора и снятие коллектора требует снятия подшипников. Чтобы сделать это без повреждений нужен специальный съемник, который является дорогостоящим прибором и есть в наличии только у профессиональной ремонтной службы.

Почему стоит обращаться к нам

Мы обладаем всем необходимым оборудованием, чтобы выполнить быстрый и качественный ремонт коллектора. Наша мастерская использует только современное оборудование и высококвалифицированных специалистов, с огромным опытом работы в данной области. У нас в наличии все необходимые комплектующие для замены на старые. Мы сотрудничаем только с проверенными поставщиками, поэтому все запасные элементы двигателя выполнены из материала высоко качества.

Источник: https://peremotka-03.ru/vosstanovlenie-kollektora-jelektrodvigatelja/

Для чего нужен статор – статор электродвигателя

Рано или поздно человек, интересующийся электротехникой, слышит упоминания о роторе и статоре, и задается вопросом: «Что это такое, и в чем отличие этих устройств?» Простыми словами, ротор и статор – это две основные части, расположенные в электродвигателе (устройстве по преобразованию электрической энергии в механическую). Без них существование современных двигателей, а значит и большинства электрических приборов на их основе, было бы невозможным.

Статор является неподвижной частью устройства, а ротор – подвижной, они вращаются в разные стороны относительно друг друга. В этой статье мы подробно разберем конструкцию этих деталей и их принцип действия, чтобы после прочтения статьи у читателей сайта Сам Электрик больше не осталось вопросов по данному поводу.

Ротор, еще его иногда называют якорь, это подвижная, то есть вращающаяся часть в генераторе или электродвигателях, которые повсеместно применяются в бытовой и промышленной технике.

Если рассматривать ротор двигателя постоянного тока или универсального коллекторного двигателя, то он состоит из нескольких основных узлов, а именно:

  1. Сердечник. Он выполнен из множества штампованных тонких металлических пластин, изолированных друг от друга специальным диэлектриком или же просто оксидной пленкой, которая проводит ток гораздо хуже, чем чистый металл. Сердечник набирается из них и представляет собой «слоеный пирог». В результате электроны не успевают разогнаться из-за маленькой толщины металла, и нагрев ротора гораздо меньше, а эффективность всего устройства выше за счет уменьшения потерь. Данное конструктивное решение принято для уменьшения вихревых токов Фуко, которые неизбежно возникают при работе двигателя из-за перемагничивания сердечника. Этот же метод борьбы с ними используется и в трансформаторах переменного тока.
  2. Обмотки. Вокруг сердечника особым образом намотана медная проволока, покрытая лаковой изоляцией для предотвращения появления короткозамкнутых витков, которые недопустимы. Вся обмотка дополнительно пропитана эпоксидной смолой или лаком для фиксации обмоток, чтобы они не повреждались при вибрациях от вращения.
  3. Обмотки ротора могут подключаться к коллектору – специальному блоку с контактами, надежно закрепленному на валу. Эти контакты называются ламелями, они выполнены из меди или ее сплава для лучшей передачи электрического тока. По нему скользят щетки, обычно выполненные из графита, и в нужный момент на обмотки подается электрический ток. Это называется скользящий контакт.
  4. Сам вал является металлическим стержнем, на его концах расположены посадочные места под подшипники качения, он может иметь резьбу или выемки, пазы под шпонку для крепления шестерен, шкивов или других деталей, приводимых в движение электродвигателем.
  5. На валу также размещается крыльчатка вентилятора, чтобы двигатель охлаждал сам себя и не приходилось бы устанавливать дополнительное устройство для отвода тепла.

Стоит отметить, что не у всякого ротора есть обмотки, которые, в сущности, представляют собой электромагнит. Вместо них могут применяться постоянные магниты, как в бесщеточных двигателях постоянного тока. А у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором обмоток в привычном виде вовсе нет, вместо них используются короткозамкнутые металлические стержни, но об этом ниже.

Что такое статор

Статор – это неподвижная часть в электродвигателе. Обычно он совмещен с корпусом устройства и представляет собой цилиндрическую деталь. Он так же состоит из множества пластин для уменьшения нагрева из-за токов Фуко, в обязательном порядке покрытых лаком. На торцах располагаются посадочные места под подшипники скольжения или качения.

Конструкция называется пакет статора, она впрессовывается в чугунный корпус устройства. Внутри этого цилиндра вытачиваются пазы под обмотки, которые, так же как и для ротора, пропитываются специальными составами, чтобы тепло равномернее распределялось по устройству, и обмотки не терлись друг об друга от вибрации.

Обмотки статора могут подключаться разными способами в зависимости от назначения и типа электрической машины. Для трехфазных электродвигателей применимы типы подключения звезда и треугольник. Они представлены на схеме:

Для выполнения подключений на корпусе устройства предусмотрена специальная распределительная коробка («борно»). В эту коробку выведены начала и концы трех обмоток и предусмотрены специальные клеммники различных конструкций, в зависимости от мощности и назначения машины.

Существуют серьезные отличия в работе двигателей при разном соединении обмоток. Например, при подключении звездой двигатель будет стартовать плавнее, однако нельзя будет развить максимальную мощность. При присоединении треугольником, электродвигатель будет выдавать весь крутящий момент, заявленный производителем, но пусковые токи в таком случае достигают высоких значений.

Электросеть может быть просто не рассчитана на такие нагрузки. Использование устройства в этом режиме чревато нагревом проводов, и в слабом месте (это места соединения и разъемы) провод может отгореть и привести к пожару. Главным преимуществом асинхронных двигателей является удобство в смене направления их вращения, нужно просто поменять местами подключения двух любых обмоток.

Статор и ротор в асинхронных двигателях

Трехфазные асинхронные двигатели имеют свои особенности, ротор и статор в них отличаются от использованных в других типах электродвигателей. Например, ротор может иметь две конструкции: короткозамкнутый и фазный. Рассмотрим особенности строения каждого из них по подробнее. Однако для начала давайте вкратце разберемся, как работает асинхронный двигатель.

В статоре создается вращающееся магнитное поле. Оно наводит на роторе индуцируемый ток и тем самым приводит его в движение. Таким образом ротор всегда пытается «догнать» вращающееся магнитное поле.

Необходимо также упомянуть о такой важной особенности асинхронного двигателя, как скольжение ротора. Это явление заключается в разности частот вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором. Объясняется это как раз тем, что ток индуцируется в роторе только при его движении относительно магнитного поля.

И если бы частоты вращения были одинаковы, то этого движения бы просто не происходило. В результате ротор пытается «догнать» по оборотам магнитное поле, и если это происходит, то ток в обмотках перестает индуцироваться и ротор замедляется. В этот момент сила, действующая на него, растет, он начинает опять ускоряться.

Так и получается эффект стабилизации частоты вращения, за что эти электродвигатели и пользуются большой востребованностью.

Короткозамкнутый ротор

Он также представляет собой конструкцию, состоящую из металлических пластин, выполняющих функцию сердечника. Однако вместо медной обмотки там установлены стержни или пруты, не касающиеся друг друга и накоротко замкнутые между собой металлическими пластинами на торцах. При этом стержни не перпендикулярны пластинам, а направлены под углом. Это делается для уменьшения пульсаций магнитного поля и момента. Таким образом получаются витки, замкнутые накоротко, от сюда и название.

Фазный ротор

Главное отличие фазного ротора от короткозамкнутого заключается в наличии трехфазной обмотки, уложенной в проточки сердечника и соединяющейся в особом коллекторе с тремя кольцами вместо ламелей. Эти обмотки обычно соединяются «звездой». Такие электродвигатели более трудоемки в производстве за счет усложнения конструкции, однако их пусковые токи ниже, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором, а также они лучше поддаются регулировке.

Надеемся, что после прочтения данной статьи у вас больше не осталось вопросов о том, что такое ротор и статор электродвигателя и какой у них принцип работы. Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором наглядно рассмотрен данный вопрос:

Материалы по теме:

Источник: https://avtosaver.ru/raznoe/dlya-chego-nuzhen-stator-stator-elektrodvigatelya.html

Щетки для электродвигателей: советы по выбору нужной модели, инструкция по замене и ремонту своими урками

В бытовых условиях мы очень часто используем электроинструмент. А что говорить о профессионалах, деятельность которых напрямую связана с применением разнообразных приборов с электродвигателем. В процессе интенсивной эксплуатации такие агрегаты очень часто изнашиваются, что приводит к поломке.

Часто причиной может выступать неисправность щеток. Для чего нужны щетки в электродвигателе, как они устроены, и что нужно сделать для замены, мы расскажем в данной статье.

В чем состоит назначение

Передача электроэнергии на якорные обмотки в электродвигателе производится при помощи коллекторного узла. Из-за вращения якоря в процессе работы электроинструмента для передачи нужен контакт. Причем он должен быть подвижным, а поэтому использование металла не допустимо. Ведь число оборотов значительно, что сопровождается сильным трением.

В таком случае при контакте металла с металлом происходил бы перегрев поверхностей. Коллектор достаточно быстро вышел бы из строя. Решить проблему удалось при помощи изготовления контакта из угля или графита.

Щетки в электродвигателе создают контакт скользящего типа. Они выступают элементом механизма, который позволяет перевести механическую энергию в электрическую.

Главное назначение щеток для электродвигателей состоит в снятии и подведении электротока на коллекторах, в том числе и от контактных колец.

Основные характеристики устройств

Щетки могут выпускаться вместе с проводниками. Их изготавливают из металла. Но существуют модификации и без проводников. Чтобы закрепить провод на конструкции щетки используется несколько разных вариантов – развальцовкой, впрессовкой, пайкой.

При этом сами тоководы различаются марками. Они могут быть многожильными из медной проволоки (МПЩ), гибкими, отличающимися плетением из аналогичной проволоки (ПЩ), универсальными с повышенной степенью гибкости (ПЩС).

Рассматривая описание щеток для двигателей, нужно отметить наличие наконечников контактного типа на проводе. Они необходимы для более качественного крепления болтами держателей, расположенных на щетках. Для удобства такие наконечники различаются по форме – вилочные, флажковые, двойные и пластинчатые.

Электрощетки должны обеспечивать заданный режим функционирования основного и вспомогательного электрооборудования с минимальными расходами на ремонтно-обслуживающие работы.

Поэтому к ним предъявляются определенные требования:

  • безопасность и надежность коммутационного контакта без искрения и риска замыкания на обмотках;
  • недопущение нарушений контактного прилегания с движущимися компонентами агрегата;
  • устранение потерь электроэнергии в контакте скользящего типа;
  • прочность к механическим воздействиям, сопротивление трению;
  • износоустойчивость материала.

Разновидности изделий

Для использования в промышленности и быту изготавливаются различные виды щеток для электродвигателей:

  • графитовые – производятся из графита с наполнителями, например сажей, обеспечивают легкую коммутацию в двигателях;
  • угольно-графитовые – они не слишком прочные, поэтому применяются в устройствах с минимальной нагрузкой механического типа;
  • электрографитовые – отличаются высокой прочностью, гарантируют контакт среднего уровня с повышенными токонагрузками;
  • медно-графитовые с медным, оловянным или графитовым порошком и наполнителями. Отличительными свойствами являются повышенная прочность, защищенность от проникновения газов и жидкостей, работа со сложными контактами.

Особенности подбора

Планируя покупку, следует подробно изучить, как выбрать щетки для электродвигателя. Если установленные щетки износились, то целесообразно определить их основные параметры, что поможет в последующем правильно заменить устройства. Важны также геометрические формы, размер, марка графита.

Не следует забывать и о типе провода, а также его сечении. Если подобрать точное совпадение по марке не удастся – не отчаивайтесь. Следует взять аналог с тем же уровнем твердости и допустимым режимом работы. А вот по сечению имеются определенные нюансы – толщина проводника должна быть равной оригиналу и соотноситься по степени гибкости.

Если вы выбираете графитовые щетки, то учитывайте, что они могут быть жесткими и мягкими. При этом медь на коллекторе также отличается по жесткости. Когда вы выбираете несовпадающие варианты, то один из элементов будет выходить из строя быстрее из-за высокой силы трения и износа.

Щетки различаются и по уровню активного сопротивления. Это важно знать для расчета параметров обмоток и характеристик ПРУ. Щеточный узел должен работать согласованно. Поэтому следует учесть особенности прижимного блока, характеристики направляющих и контактных групп.

От степени прижима зависит надежность работы. Если прижатие чрезмерное, то коллектор и щеточный блок могут перегреваться, а при недостаточной степени прижима возможно искрение.

На фото щеток для электродвигателей представлены разные их модификации. Однако не все из них могут применяться в конкретных условиях. Например, не рекомендуется монтировать в электроинструменте генераторные модификации медно-графитовых изделий. Чрезмерный перегрев и высокие токи приведут к проблемам с работоспособностью обмоток.

Причины неисправностей и замены

Роль щеток в электродвигателе неоспорима. Поэтому целесообразно минимизировать действие факторов, которые приводят к их неисправности.

В частности, опасность вызывает такое явление, как искрение щеток. Оно проявляется по таким причинам:

  • Нагар и грязь на коллекторе. Требуется произвести очистку при помощи наждачки-нулевки.
  • Накопление графитовой пыли или медного порошка, приводящее к замыканию контактов. При помощи ножа или другой острой детали все перемычки целесообразно оперативно удалить.
  • Если контакты различаются по уровню сопротивления, неверно подобраны щетки по основным параметрам, то это способно вызвать искрение. В таком случае потребуется замена щеток для электродвигателей своими руками или обращение в сервисный центр.
  • Полная выработка ресурса. Это также потребует замены щеток.
  • Замыкание на межвитковом участке обмоток якоря – для исправления ситуации необходимо проверить работоспособность якоря и поменять его при необходимости.

Даже если щетки подобраны правильно, рекомендуется выделить время на их притирку. Для этого целесообразно запускать мотор вхолостую, не нагружая его. Также коллектор должен регулярно очищаться, а использование специальных смазок поможет продлить срок службы всей конструкции.

Фото щеток для электродвигателей

Источник: https://electrikmaster.ru/shhetki-dlya-elektrodvigatelej/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело