Dispozitivul și principiul de funcționare a unui motor electric cu curent continuu

Conţinut:

Cum funcționează un motor de colector
Pe măsură ce periile se mișcă de-a lungul tamburului, apare o scânteie
Varistoarele sunt adesea folosite pentru a stinge scânteile
Obrajii detașabili pe corp
Scântei de revoluții, eșec
Cum funcționează un motor de curent continuu

Trebuie știut că nu orice motor electric poate fi numit fără echivoc alimentat cu curent continuu. Acum vorbim despre tipul de colector. Dispozitivul și principiul de funcționare al motorului electric cu curent continuu se bazează pe acesta. Ideea este că statorul constă dintr-un set de înfășurări, fiecare dintre ele funcționând numai pe o parte limitată a arcului cursei arborelui. Altfel, ar fi dificil de implementat conceptul în sine. Cu alte cuvinte, este imposibil.

Cum funcționează un motor de colector

Manifold este exact tipul de motor care este folosit peste tot în viața de zi cu zi. Aproximativ 90% din aplicațiile casnice se încadrează în acest segment. Acestea sunt motoarele mașinilor de spălat, aspiratoarelor, sculelor electrice. Excepție, se pare, sunt doar frigiderele, ventilatoarele, suflantele și unele hote. Acest lucru este cauzat de cerințele tăcerii. Oricine a auzit cum o mașină mică funcționează cu o baterie înțelege despre ce vorbim. Noaptea, puteți auzi foarte bine fiecare țipăt, iar un motor de colector ar fi provocat unul. Încercați să porniți bulgară pentru una sau două secunde la ora șase dimineața - veți înțelege imediat despre ce vorbim.

Conform legislației, nivelul presiunii sonore nu trebuie să depășească 30 dB noaptea. În caz contrar, tehnologia va interfera cu un somn odihnitor. Zgomotul este cauzat de frecarea periilor pe colector, in plus, rotorul motorului este relativ greu, iar cea mai mica nealiniere este data in rulmenti. Există întotdeauna o reacție și cu cât partea mobilă este mai masivă, cu atât efectul acustic este mai vizibil. Motoarele colectoare au multe dezavantaje, dar pot funcționadin curent continuu. Iar pentru a reduce dimensiunile se reduce numărul de bobine. Este necesar un minim de trei poli pentru o atribuire clară a direcției de rotație și nu funcționează niciodată toți odată. (Vezi și: Dispozitivul și principiul de funcționare a unui motor electric cu curent alternativ)

motor DC

Un motor colector de la aparatele de uz casnic are de obicei un număr mare de poli pe rotor. Mai jos este o diagramă simplificată pentru curent continuu. Aici, motorul colectorului funcționează într-un mod similar, dar magneții de pe stator sunt mai mulți și toți sunt electrici. În plus, sursa de alimentare este alimentată de o tensiune alternativă de 220 V. Și am ajuns la cel mai important secret! Nu are nicio diferență dacă se alimentează motorul colectorului cu curent alternativ sau continuu. Acest lucru este din punctul de vedere al unui profan. Dar există câteva caracteristici:

Când este alimentat cu curent continuu, eficiența crește. Prin urmare, puterea totală furnizată ar trebui redusă proporțional datorită eficienței mai mari a utilizării acesteia. În aceste scopuri, înfășurarea statorului are de obicei nu două, ci trei concluzii. Și atunci când se furnizează curent continuu, se folosește doar o parte din spire. În timp ce curentul alternativ curge prin întreaga bobină a statorului.

Cu câmpuri constante, efectul remagnetizării dispare. Acest lucru reduce dramatic încălzirea oțelului electrotehnic al firelor magnetice ale motorului de curent continuu. Ceea ce se reflectă în cerințe mai mici pentru fabricarea bazei de rulment a rotorului și a statorului. În special, este posibil să nu se împartă conductoarele magnetice în plăci cu izolație cu lac. Oricum ar fi, majoritatea motoarelor colectoare de curent continuu sunt potrivite pentru funcționarea în curent alternativ în același timp. De aceea, toți conductorii magnetici sunt fabricați din plăci de oțel electric și în niciun alt mod.

Un plus indirect este o stabilitate ceva mai mare a revoluțiilor. Pentru a regla viteza de rotație pe curent continuuse folosește o modificare a amplitudinii tensiunii și o parte a sinusoidului de-a lungul liniei de alimentare este întreruptă de curent alternativ cu ajutorul unui comutator tiristor. Este ultima opțiune care este folosită în mașinile de spălat.

Inversarea se realizează pe curent alternativ prin comutarea înfășurărilor. De exemplu, prin schimbarea direcției lor de includere unul față de celălalt. Astfel de proceduri în aceeași mașină de spălat sunt efectuate de relee speciale. La motoarele de curent continuu, polul statorului este adesea înlocuit cu un magnet de fier (neodim). Prin urmare, este suficient să schimbați polaritatea sursei de alimentare pentru a obține o inversare. Această operație poate fi efectuată și cu ajutorul unui releu sau contactor. Dacă toate înfășurările sunt alimentate cu energie electrică, atunci comutația este utilizată pentru a schimba direcția de rotație a arborelui.

În motorul colector al aparatelor de uz casnic, statorul este conectat, de regulă, în serie cu rotorul. Un pantograf sub forma unui tambur împărțit în secțiuni este folosit pentru a transmite energie către arbore. Periile de grafit cu arcuri de compresie servesc drept electrozi. Pe carcasă, ieșirile statorului și rotorului sunt demarcate pentru a asigura posibilitatea implementării funcției inverse. În plus, printre contacte pot fi auxiliare: trei ieșiri ale senzorului Hall (sau două pentru turometru), capătul siguranței termice etc.

Pe măsură ce arborele se rotește, periile trec treptat la următoarea secțiune, iar polul rotorului se schimbă. În același timp, statorul rămâne în locul de odinioară. Rețineți că polaritatea se modifică atunci când frecvența rețelei este dublată (50 Hz), dar natura interacțiunii rămâne aceeași. Polii similari se resping și, spre deosebire de polii, se atrag. Datorita distributiei speciale a infasurarii si comutatii cu colectorul se asigura sensul de rotatie dorit. Aceasta arată independența unui astfel de motor față de tipul de tensiune de alimentare (DC sau AC). nistevezi mai jos caracteristicile echipamentului colector, specifice doar acestui tip de aparat.

Pe măsură ce periile se mișcă de-a lungul tamburului, apare o scânteie

Acest efect parazit este adesea folosit în avantaj, iar dezavantajele sub formă de obstacole servesc la estimarea vitezei de rotație a arborelui. Când sarcina pe arbore crește, rotațiile scad. Din acest motiv, cantitatea de parazit back-EMF scade, ceea ce duce la o scădere a nivelului de scânteie. Un circuit special monitorizează acest factor și, dacă este necesar, crește ușor tensiunea de alimentare. Din acest motiv, viteza de rotație este restabilită. Scheme similare pot fi găsite, de exemplu, în procesoarele de bucătărie, în timp ce în mașinile de spălat, se folosesc senzori speciali (turometru) pentru controlul rotației.

Principiul de funcționare

Varistoarele sunt adesea folosite pentru a stinge scânteile

De îndată ce valoarea EMF crește la o dimensiune inacceptabilă, rezistența protecției scade de zeci de mii de ori, iar curentul în exces este scurtcircuitat la carcasă. Varistoarele sunt de obicei folosite în perechi. Acestea combină ambele perii direct prin carcasa motorului colectorului. De aceea, aspiratoarele de multe ori nu au borna de impamantare pe priza, dar in acelasi timp sunt prevazute cu succes cu protectie varistor. Scânteia este închisă prin carcasa de oțel și, datorită dimensiunii și masei sale mari, încălzirea nu are loc. Oricum ar fi, este extrem de periculos să luați o mână pe un motor de colectare cu astfel de capodopere, iar cealaltă pe structuri metalice împământate (scăpare de incendiu; conducte de apă, canalizare și gaz; bare colectoare pentru paratrăsnet; împletirea cablurilor de antenă etc. ).

Obrajii detașabili pe corp

Corpul sculei electrice are de obicei obraji detașabili, prin care periile pot fi schimbate în câteva minute. Acest lucru ne scutește de a fi nevoiți să dezasamblați dispozitivul pentruîntreținere. Un semn de uzură a periei este scântei puternice. Aceasta se referă la cazul în care echipamentul s-a uzat deja. Pentru că noile perii scânteie și ele când sunt frecate. O scădere a puterii poate fi adesea observată la uzură. În acest caz, burghiul nu rotește burghiul sau tamburul mașinii de spălat se oprește la greutatea nominală a rufelor încărcate. Nu este întotdeauna posibil să obțineți perii originale și trebuie să știți că aceste componente pot fi ascuțite la dimensiunile necesare cu orice unealtă de șlefuit. (Vezi și: Dispozitivul și principiul de funcționare al unui generator de curent alternativ)

A pornit motorul electric

Scântei de revoluții, eșec

Se pot observa scântei și chiar o pierdere de rotație atunci când tamburul este murdar. În acest caz, rotorul este îndepărtat și curățat cu orice agent adecvat (de exemplu, alcool).

Am spus deja că dispozitivul unui motor electric cu curent continuu nu diferă în principiu de modelele pentru funcționare sub tensiune alternativă. Prin urmare, toate cele de mai sus se aplică pe deplin oricărui tip de echipament.

Cum funcționează un motor de curent continuu

Cel mai simplu motor are doar două secțiuni sub pantograf. În asta a evoluat tamburul colector. Fiecare lamelă de contact (placă de pe arbore) durează o jumătate de rotație. O perie are un potențial pozitiv, iar cealaltă are un potențial negativ, în consecință se modifică direcția câmpului magnetic al polilor. Doar două dintre ele (din structura descrisă mai sus) sunt active în fiecare moment de timp. În ceea ce privește statorul, acesta poate fi atât sub formă de magnet electric permanent, cât și sub formă de magnet metalic convențional. Acesta din urmă este folosit, de exemplu, în aceleași mașini pentru copii.

Și acum despre cum funcționează un motor electric cu curent continuu. Să presupunem că la momentul inițial de timp înfășurările sunt dispuse caașa cum se arată în figură. În exemplul nostru, nu mai există doi poli, așa cum am discutat mai sus, ci trei. Acesta este numărul minim pentru pornirea stabilă a unui motor electric de curent continuu în direcția dorită. Înfășurările sunt conectate conform schemei în stea, adică fiecare pereche are un punct comun. Prin urmare, intensitatea câmpului este astfel încât există doi poli negativi și unul pozitiv. Magnet permanent așa cum se arată în figură.

Desen simplificat pentru curent continuu

La fiecare treime de tură, câmpul este redistribuit astfel încât polii să se deplaseze în funcție de modificarea tensiunii de alimentare pe lamele. Drept urmare, pe a doua parcelă, vedem că numerele înfășurărilor s-au schimbat, iar imaginea în spațiu a rămas aceeași. Aceasta este cheia stabilității: un pol este atras de un magnet permanent, iar celălalt este respins. Dacă trebuie să obțineți o inversare, atunci polaritatea conexiunii bateriei (acumulatorilor) se schimbă. Rezultatul sunt doi poli pozitivi și unul negativ. Și arborele se va mișca în sens invers acelor de ceasornic.

Credem că principiul de funcționare a unui motor electric cu curent continuu este acum extrem de clar. În plus, motoarele de tip supapă sunt răspândite astăzi. Mulți s-au gândit probabil cum să facă câmpurile să alterne pe stator, iar rotorul ar fi un magnet permanent. Acesta este exact ceea ce este un motor de tip supapă în prima aproximare. În acest caz, curentul continuu este furnizat înfășurărilor statorului necesare prin comutatoare comutate, de exemplu, tiristoare. Ca rezultat, este creată distribuția câmpului necesară.

Avantajele unei astfel de scheme în reducerea numărului de piese în mișcare, care sunt de obicei motivul pentru necesitatea întreținerii sau reparațiilor. Cu toate acestea, unitatea de control a tiristoarelor în sine poate fi destul de complexă. Deși este permisă organizarea comutării ptfolosind aceleași lamele. În același timp, toată această structură poate servi ca un senzor brut al poziției arborelui (plus sau minus distanța dintre plăcuțele de contact de-a lungul axei arborelui). Să nu credeți că motoarele cu supape sunt ceva nou. Sunt utilizate pe scară largă, dar în industrii specifice. Unde trebuie să reziste cu precizie la frecvența de rotație. În viața de zi cu zi, este destul de dificil să găsești motoare cu supape. O anumită asemănare poate fi văzută, de exemplu, într-o mașină de spălat. Vorbim acum despre pompe pentru scurgerea apei (rotor magnetic, doar curentul in acest caz este variabil).

Caracteristicile tehnice ale motoarelor electrice cu curent continuu sunt mai bune decât atunci când sunt alimentate cu curent alternativ. Din acest motiv, această clasă de dispozitive este utilizată pe scară largă. Dar și mai des, motoarele electrice cu curent continuu sunt folosite atunci când sunt alimentate de baterii de diferite tipuri. Când nu există de ales. Și avantajele unei astfel de scheme de alimentare permit bateriilor să dureze mai mult.

Trebuie remarcat faptul că înfășurările statorului și rotorului pot fi conectate atât în serie, cât și în paralel. Acesta din urmă este utilizat atunci când arborele este încărcat în starea inițială. În acest caz, există o creștere bruscă a rotațiilor, ceea ce poate duce la consecințe negative dacă rotorul merge prea ușor. Dar am menționat deja astfel de subtilități în tema proiectării motoarelor cu propriile mâini.

Următorul