O que é um motor de comutador CC e como ele funciona

Os motores coletores são bastante comuns na vida cotidiana e na produção. Eles são usados ​​para acionar vários mecanismos, ferramentas elétricas, em carros. Parte da popularidade se deve ao simples ajuste da velocidade do rotor, mas existem algumas limitações ao seu uso e, é claro, desvantagens. Vejamos o que é um motor coletor de corrente direta (KDTT), quais são as variedades desse tipo de motor elétrico e onde são usados.

Definição e dispositivo

Nos diretórios e enciclopédias principais, essa definição:

“Um motor coletor é chamado de motor elétrico, no qual o sensor de posição do eixo e a chave dos enrolamentos são o mesmo dispositivo - o coletor. "Esses motores podem operar apenas em corrente contínua ou em corrente contínua e alternada".

Um motor coletor, como qualquer outro, consiste em rotor e estator. Nesse caso, o rotor é uma âncora. Lembre-se de que a âncora é a parte da máquina elétrica que consome a corrente principal e na qual a força eletromotriz é induzida.

Por que é necessário e como o coletor é organizado? O coletor está localizado no eixo (rotor) e é um conjunto de placas localizadas longitudinalmente, isoladas do eixo e entre si. Eles são chamados de lamelas. As dobras das seções dos enrolamentos da armadura são conectadas às lamelas (você pode ver o dispositivo de enrolamento da âncora KDPT no grupo de figuras abaixo), ou melhor, o final da seção de enrolamento anterior e o início da próxima seção de enrolamento são conectados a cada uma delas.

A corrente é fornecida aos enrolamentos através de escovas. As escovas formam um contato deslizante e durante a rotação do eixo estão em contato com uma ou outra lamela. Assim, os enrolamentos da armadura são trocados, para isso é necessário o coletor.

O conjunto da escova consiste em um braço com porta-escovas, e as escovas de grafite ou metalografia são instaladas diretamente nelas. Para garantir um bom contato, as escovas são pressionadas contra o coletor por molas.

Ímãs permanentes ou eletroímãs (enrolamento de campo), que criam um campo magnético do estator, são instalados no estator. Na literatura sobre máquinas elétricas, os termos "sistema magnético" ou "indutor" são mais frequentemente usados ​​em vez da palavra "estator". A figura abaixo mostra o design do DPT em diferentes projeções. Agora vamos ver como o motor do comutador DC funciona!

Princípio de operação

Quando a corrente flui através do enrolamento da armadura, um campo magnético aparece, cuja direção pode ser determinada usando regras de verruma. O campo magnético constante do estator interage com o campo da armadura, e começa a girar devido ao fato de os pólos de mesmo nome se repelirem, atraídos pelos diferentes. O que é perfeitamente ilustrado pela figura abaixo.

Quando as escovas mudam para outras lamelas, a corrente começa a fluir na direção oposta (se considerarmos o exemplo acima), os pólos magnéticos mudam de lugar e o processo se repete.

Nas modernas máquinas coletoras, o design de dois polos não é utilizado devido à rotação desigual; no momento de mudar a direção da corrente, as forças que atuam na armadura serão mínimas. E se você ligar o motor, cujo eixo parou nesta posição "transitória" - ele pode nem sequer começar a girar. Portanto, o coletor de um motor CC moderno possui significativamente mais pólos e seções de enrolamentos colocados nas ranhuras do núcleo revestido, alcançando assim uma suavidade ideal de movimento e torque no eixo.

O princípio da operação do mecanismo do coletor em linguagem simples para manequins é divulgado no próximo vídeo, é altamente recomendável que você o leia.

Esquemas de conexão de tipos e enrolamentos KDPT

De acordo com o método de excitação, os motores coletores DC são de dois tipos:

1. Com ímãs permanentes (motores de baixa potência com potência de dezenas e centenas de watts).
2. Com eletroímãs (máquinas poderosas, por exemplo, em mecanismos de elevação e máquinas-ferramentas).

Distinga esses tipos de KDTT pelo método de conexão dos enrolamentos:

• Excitação seqüencial (na literatura russa antiga e de eletricistas antigos, você pode ouvir o nome "Serial", do inglês. Serial). Aqui, o enrolamento de campo é conectado em série com o enrolamento da armadura. Um alto torque de partida é a vantagem desse esquema, e sua desvantagem é uma queda na velocidade de rotação com o aumento da carga no eixo (característica mecânica suave) e o fato de o motor estar pedalando (aumento descontrolado da velocidade com danos subsequentes nos mancais e na armadura) se estiver em marcha lenta ou com uma carga de eixo inferior a 20-30% da nominal.
• Paralelo (também chamado de "shunt"). Por conseguinte, o enrolamento de campo é conectado em paralelo com o enrolamento da armadura. Em baixas velocidades no eixo, o torque é alto e estável em uma faixa relativamente ampla de rotações e, com um aumento nas rotações, diminui. A vantagem são revoluções estáveis ​​em uma ampla faixa de carga no eixo (limitada por sua potência) e a desvantagem é que, quando o circuito de excitação é cortado, ele pode se fragmentar.
• Dependente. Os enrolamentos e âncoras de campo são alimentados por diferentes fontes. Esta solução permite controlar com mais precisão a velocidade do eixo. As características do trabalho são semelhantes ao DPT com excitação paralela.
• Misto. Parte do enrolamento de campo é conectada em paralelo e parte em série com a armadura. Combine as vantagens dos tipos serial e paralelo.

O símbolo gráfico no diagrama que você vê abaixo.

Na literatura russa moderna e estrangeira, bem como nos diagramas, pode-se encontrar outra representação do UGO para KDT, como foi mostrado na figura anterior na forma de um círculo com dois quadrados, onde o círculo representa a âncora e dois quadrados representam os pincéis.

Esquema de conexão e reverso

O diagrama de conexão dos enrolamentos do estator e rotor é determinado durante a fabricação e, dependendo de onde um motor específico é usado, você precisa escolher a solução apropriada. Em certos modos de operação (modo de freio, por exemplo), os circuitos de comutação do enrolamento podem ser alterados ou elementos adicionais introduzidos.

Eles incluem motores coletores CC de baixa potência usando: interruptores semicondutores (transistores), chaves ou botões de alternância, microcircuitos de driver especializados ou relés de baixa potência. Máquinas grandes e poderosas são conectadas à rede DC via bipolar contatores.

Abaixo, você vê um circuito reverso para conectar um motor DC a uma rede de 220V. Na prática, o circuito será semelhante em produção, mas não haverá ponte de diodos, uma vez que todas as linhas para conectar tais motores são dispostas em subestações de tração, onde a corrente alternada é retificada.

O inverso é realizado alterando a polaridade no enrolamento de campo ou na armadura. É impossível alterar a polaridade de um lado para o outro, pois o sentido de rotação do eixo não muda, como é o caso dos motores coletores universais ao operar com corrente alternada.

Para dar partida no motor sem problemas, um dispositivo de ajuste, por exemplo, um reostato, é introduzido no circuito de fonte de alimentação do enrolamento de armadura ou do enrolamento de armadura e do enrolamento de excitação (dependendo do circuito de sua conexão), mas a velocidade do eixo também é controlada da mesma maneira, mas em vez de um reostato, eles costumam usar um conjunto de resistores constantes conectados usando um conjunto de contatores.

Nas aplicações modernas, a velocidade de rotação é alterada usando a modulação por largura de pulso (PWM) e uma chave semicondutora, exatamente o que é feito em uma ferramenta elétrica sem fio (uma chave de fenda, por exemplo). A eficiência deste método é muito maior.

Âmbito de aplicação

Os motores de escova CC são usados ​​em todos os lugares, tanto na vida cotidiana quanto em dispositivos e mecanismos industriais, vamos considerar brevemente seu escopo:

• Nos carros, os DCTs coletores de 12V e 24V são usados ​​para acionar as palhetas (limpadores), nos levantadores de janelas, para dar partida no motor (um acionador de partida é um motor coletor DC de série ou excitação mista) e outros acionamentos.
• Nos mecanismos de elevação (guindastes, elevadores, etc.) são utilizados o KDPT, que opera em uma rede CC com uma tensão de 220V ou qualquer outra tensão disponível.
• Nos brinquedos infantis e nos modelos controlados por rádio de baixa potência, é utilizado o KDTT com rotor de três polos e ímãs permanentes no estator.
• Em uma ferramenta elétrica sem fio manual - uma variedade de brocas, esmerilhadeiras, chaves de fenda elétricas, etc.

Observe que em uma ferramenta elétrica moderna e cara, são instalados motores sem escova, mas motores sem escova.

Vantagens e desvantagens

Analisaremos os prós e contras de um motor coletor DC. Vantagens:

1. A proporção entre tamanho e potência (indicadores de peso e tamanho).
2. Simplicidade de ajuste de voltas e implementação de partida suave.
3. Momento inicial.

As desvantagens do KDPT são as seguintes:

1. Escovas gastas. Motores altamente carregados e usados ​​regularmente exigem inspeção regular, substituição da escova e manutenção do conjunto coletor.
2. O coletor se desgasta devido ao atrito da escova.
3. É possível a faísca da escova, o que limita o uso em locais perigosos (use a execução à prova de explosão do KDTT).
4. Devido à constante comutação dos enrolamentos, esse tipo de motor CC introduz interferências e distorções no circuito ou na rede elétrica, o que leva a falhas e problemas na operação de outros elementos do circuito (especialmente relevantes para circuitos eletrônicos).
5. Com ímãs de ímã permanente, as forças magnéticas enfraquecem (desmagnetizam) ao longo do tempo e a eficiência do motor diminui.

Por isso, examinamos o que é um motor coletor de corrente direta, como ele é projetado e qual é o seu princípio operacional. Se você tiver dúvidas, pergunte-as nos comentários do artigo!

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