Wat is een DC-commutatormotor en hoe werkt deze?
Collectormotoren komen vrij vaak voor in het dagelijks leven en in de productie. Ze worden gebruikt om verschillende mechanismen, elektrisch gereedschap, in auto's aan te drijven. Een deel van de populariteit is te danken aan de eenvoudige aanpassing van de rotorsnelheid, maar er zijn enkele beperkingen aan het gebruik en, natuurlijk, nadelen. Laten we eens kijken wat een gelijkstroomcollectormotor (DCMT) is, wat voor soort van dit soort elektromotoren zijn en waar ze worden gebruikt.
Definitie en apparaat
In mappen en encyclopedieën leiden een dergelijke definitie:
“Een collectormotor wordt een elektromotor genoemd, waarbij de aspositiesensor en de schakelaar van de wikkelingen hetzelfde apparaat zijn - de collector. "Dergelijke motoren kunnen alleen werken op gelijkstroom of op gelijkstroom en wisselstroom."
Een collectormotor bestaat, zoals elke andere, uit rotor en stator. In dit geval is de rotor een anker. Bedenk dat het anker het deel is van de elektrische machine dat de hoofdstroom verbruikt en waarin de elektromotorische kracht wordt opgewekt.
Waarom is het nodig en hoe is de verzamelaar gerangschikt? De collector bevindt zich op de as (rotor) en is een set longitudinaal geplaatste platen die geïsoleerd zijn van de as en van elkaar. Ze worden lamellen genoemd. De bochten van de secties van de ankerwikkelingen zijn verbonden met de lamellen (u kunt het KDPT-ankerwikkelapparaat zien in de onderstaande groep figuren), of beter gezegd, het einde van het vorige en het begin van het volgende opwindgedeelte zijn met elk van hen verbonden.
De stroom wordt via de borstels aan de wikkelingen geleverd. De borstels vormen een glijdend contact en staan tijdens rotatie van de as in contact met de ene of de andere lamel. Zo worden de wikkelingen van het anker geschakeld, hiervoor is de collector nodig.
De borstelassemblage bestaat uit een beugel met borstelhouders en er worden direct grafiet- of metallografietborstels in geïnstalleerd. Om een goed contact te garanderen, worden de borstels met veren tegen de collector gedrukt.
Op de stator zijn permanente magneten of elektromagneten (veldwikkeling) geïnstalleerd die een magnetisch statorveld creëren. In de literatuur over elektrische machines worden vaker de termen "magnetisch systeem" of "inductor" gebruikt in plaats van het woord "stator". De onderstaande afbeelding toont het ontwerp van de DPT in verschillende projecties. Laten we nu eens kijken hoe de DC-commutatormotor werkt!
Werkingsprincipe
Wanneer de stroom door de ankerwikkeling stroomt, verschijnt er een magnetisch veld waarvan de richting kan worden bepaald met gimlet regels. Het constante magnetische veld van de stator staat in wisselwerking met het veld van het anker, en het begint te roteren omdat de polen met dezelfde naam afstoten, aangetrokken door de ongelijke. Dit wordt perfect geïllustreerd door onderstaande figuur.
Wanneer de borstels overschakelen naar andere lamellen, begint de stroom in de tegenovergestelde richting te stromen (als we het bovenstaande voorbeeld beschouwen), veranderen de magnetische polen van plaats en herhaalt het proces zich.
In moderne collectormachines wordt een tweepolig ontwerp niet gebruikt vanwege ongelijkmatige rotatie, op het moment dat de richting van de stroom wordt veranderd, zullen de krachten die op het anker inwerken minimaal zijn. En als u de motor aanzet, waarvan de as in deze "overgangsstand" is gestopt, begint hij misschien helemaal niet te draaien. Daarom heeft de collector van een moderne gelijkstroommotor aanzienlijk meer polen en secties van wikkelingen die in de groeven van de beklede kern zijn gelegd, waardoor een optimale soepelheid van beweging en koppel op de as wordt bereikt.
Het principe van de werking van de collectormotor in eenvoudige taal voor dummies wordt onthuld in de volgende video, we raden u ten zeerste aan deze te lezen.
KDPT-typen en windingsverbindingsschema's
Volgens de excitatiemethode zijn DC-collectormotoren van twee soorten:
- Met permanente magneten (motoren met laag vermogen met een vermogen van tientallen en honderden watt).
- Met elektromagneten (krachtige machines bijvoorbeeld op hijsmechanismen en werktuigmachines).
Onderscheid deze soorten KDTT door de methode om de wikkelingen aan te sluiten:
- Opeenvolgende opwinding (in de oude Russische literatuur en bij oude elektriciens hoor je de naam "Serial", van de Engelse Serial). Hier is de veldwikkeling in serie verbonden met de ankerwikkeling. Een hoog startmoment is het voordeel van een dergelijk schema, en het nadeel is een snelheidsvermindering bij toenemende belasting van de as (zachte mechanische karakteristiek) en het feit dat de motor trapt (ongecontroleerde snelheidsverhoging met daaropvolgende schade aan de druklagers en het anker) bij stationair draaien of met een asbelasting van minder dan 20-30% van het nominale.
- Parallel (ook wel "shunt" genoemd). Dienovereenkomstig is de veldwikkeling parallel geschakeld met de ankerwikkeling. Bij lage toerentallen op de as is het koppel hoog en stabiel in een relatief breed toerentalbereik en met een toename van het toerental neemt het af. Het voordeel is stabiele omwentelingen over een breed belastingbereik op de as (beperkt door zijn kracht), en het nadeel is dat wanneer het circuit breekt in het excitatiecircuit, het verkeerd kan gaan.
- Afhankelijk. Veldwikkelingen en ankers worden aangedreven door verschillende bronnen. Met deze oplossing kunt u de assnelheid nauwkeuriger regelen. Kenmerken van werk zijn vergelijkbaar met DPT met parallelle excitatie.
- Gemengd. Een deel van de veldwikkeling is parallel geschakeld en een deel in serie met het anker. Combineer de voordelen van seriële en parallelle typen.
Het grafische symbool op het diagram dat u hieronder ziet.
In de buitenlandse en moderne Russische literatuur, maar ook in diagrammen, is een andere weergave van UGO voor KDT te vinden, zoals in de vorige afbeelding werd getoond in de vorm van een cirkel met twee vierkanten, waarbij de cirkel het anker vertegenwoordigt en twee vierkanten de borstels.
Aansluitschema en omgekeerd
Het aansluitschema van de stator- en rotorwikkelingen wordt bepaald tijdens de fabricage en afhankelijk van waar een bepaalde motor wordt gebruikt, moet u de juiste oplossing kiezen. In bepaalde bedrijfsmodi (bijvoorbeeld remmodus) kunnen de wikkelschakelcircuits worden gewijzigd of extra elementen worden geïntroduceerd.
Ze omvatten DC-collectormotoren met laag vermogen met behulp van: halfgeleidersleutels (transistoren), tuimelschakelaars of knoppen, gespecialiseerde driver-microschakelingen of met behulp van relais met laag vermogen. Grote krachtige machines zijn via bipolair op het DC-netwerk aangesloten schakelaars.
Hieronder zie je een omgekeerd circuit voor het aansluiten van een DC-motor op een 220V-netwerk. In de praktijk zal het circuit vergelijkbaar zijn in productie, maar er zal geen diodebrug in zitten, omdat alle lijnen voor het aansluiten van dergelijke motoren worden gelegd vanaf tractie-onderstations, waar de wisselstroom wordt gelijkgericht.
Het omgekeerde gebeurt door de polariteit op de veldwikkeling of op het anker te wijzigen. Het is onmogelijk om de polariteit daar en daar te veranderen, omdat de draairichting van de as niet zal veranderen, zoals het geval is bij universele collectormotoren bij gebruik op wisselstroom.
Om de motor soepel te starten, wordt een afstelapparaat, bijvoorbeeld een reostaat, geïntroduceerd in het voedingscircuit van de ankerwikkeling of de ankerwikkeling en de bekrachtigingswikkeling (afhankelijk van het circuit van hun verbinding), maar het assnelheid wordt ook op dezelfde manier geregeld, maar in plaats van een reostaat, gebruiken ze vaak een set constante weerstanden aangesloten met behulp van een set schakelaars.
In moderne toepassingen wordt het toerental gewijzigd met pulsbreedtemodulatie (PWM) en een halfgeleidersleutel, wat precies is wat wordt gedaan in een draadloos elektrisch gereedschap (bijvoorbeeld een schroevendraaier). De efficiëntie van deze methode is veel hoger.
Toepassingsgebied
DC-borstelmotoren worden overal gebruikt, zowel in het dagelijks leven als in industriële apparaten en mechanismen, laten we kort hun reikwijdte bekijken:
- In auto's worden 12V- en 24V-collector-DCB's gebruikt om wisserbladen (ruitenwissers) aan te drijven, in raamheffers om de motor te starten (een starter is een DC-collectormotor van serie- of gemengde bekrachtiging) en andere aandrijvingen.
- Bij hijsmechanismen (kranen, liften, etc.) wordt gebruik gemaakt van KDTT, die werken vanuit een DC-netwerk met een spanning van 220V of een andere beschikbare spanning.
- In kinderspeelgoed en radiografisch bestuurbare modellen met laag vermogen worden KDTT met een driepolige rotor en permanente magneten op de stator gebruikt.
- In een handmatig draadloos elektrisch gereedschap - een verscheidenheid aan boren, slijpmachines, elektrische schroevendraaiers, enz.
Merk op dat in een modern, duur elektrisch gereedschap borstelloze motoren zijn geïnstalleerd, maar borstelloze motoren.
Voor- en nadelen
We zullen de voor- en nadelen van een DC-collectormotor analyseren. Voordelen:
- De verhouding tussen grootte en vermogen (gewichts- en maatindicatoren).
- Eenvoudige aanpassing van bochten en implementatie van zachte start.
- Startmoment.
De nadelen van KDPT zijn als volgt:
- Versleten borstels. Sterk geladen motoren die regelmatig worden gebruikt, vereisen regelmatige inspectie, vervanging van de borstels en onderhoud van de spruitstukassemblage.
- De collector slijt door wrijving met de borstel.
- Borstelvonken zijn mogelijk, wat het gebruik op gevaarlijke plaatsen beperkt (gebruik dan KDTT explosieveilige uitvoering).
- Door het constant schakelen van de wikkelingen, introduceert dit type DC-motor ruis en vervorming in het voedingscircuit of het net, wat leidt tot storingen en problemen bij de werking van andere circuitelementen (vooral relevant voor elektronische circuits).
- Bij permanente magneetmagneten worden de magnetische krachten na verloop van tijd zwakker (demagnetiseren) en neemt het motorrendement af.
Dus hebben we onderzocht wat een DC-borstelmotor is, hoe deze is ontworpen en wat het werkingsprincipe is. Als je vragen hebt, stel ze dan in de reacties onder het artikel!
Gerelateerde materialen:
Bezig met laden ...
