Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическая схема коллекторного двигателя постоянного тока

Что такое коллекторный двигатель постоянного тока и как он работает

Коллекторные электродвигатели довольно распространены в быту и на производстве. Они используются для привода различных механизмов, электроинструмента, в автомобилях. Отчасти популярность обусловлена простой регулировкой оборотов ротора, но есть и некоторые ограничения их применения и конечно же недостатки. Давайте разберемся что такое коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ), какие бывают разновидности данного вида электродвигателей и где они используются.

  • Определение и устройство
  • Принцип действия
  • Виды КДПТ и схемы соединения обмоток
  • Схема подключения и реверс
  • Сфера применения
  • Достоинства и недостатки

Коллекторные двигатели постоянного тока малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов типа ДП80-180-4

Общие сведения

Коллекторные двигатели постоянного тока малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов ДП80-180-4 предназначены для привода специального механизма, а также могут быть использованы в широких областях техники.

Структура условного обозначения

ДП80-180-4:
ДП — двигатель постоянного тока;
80 — диаметр корпуса, мм;
180 — номинальная мощность, Вт;
4 — номинальная частота вращения, тыс. мин -1 .

Условия эксплуатации

Температура окружающей среды от минус 50 до 55°С.
Предельная температура окружающей среды от минус 60 до 70°С.
Верхнее значение относительной влажности воздуха при температуре 35°С — 98%.
Атмосферное давление от 148 до 18,7 кПа (от 1,5 кгс·см — 2 до 140 мм рт. ст.).
Допускается повышение рабочей повышенной температуры до 65°С в течение 5 мин.
Двигатель стоек к воздействию смены температуры от минус 60 до 85°С.
Двигатель выдерживает в соответствии с ГОСТ 20.57.406-81:
Синусоидальную вибрацию с диапазоном частот от 1 до 2000 Гц при амплитуде ускорения не более 200 м·с — 2 (20 g).
Ударные нагрузки одиночного действия с пиковым ударным ускорением не более 1500 м·с — 2 (150 g) и длительностью действия ударного ускорения от 1 до 3 мс.
Ударные нагрузки многократного действия с пиковым ударным ускорением 150 м·с — 2 (15 g) при степени жесткости I.
Линейные центробежные нагрузки с ускорением не более 200 м·c — 2 (20 g) при степени жесткости II.
Акустический шум с диапазоном частот от 50 до 1000 Гц, уровнем звукового давления не более 170 дБ и степени жесткости V.
Номинальный режим работы двигателя кратковременный в течение 5 мин при напряжении питания 54 В и переменном моменте, увеличивающемся от 0 до 1 Н·м.
Эквивалентом данного режима является кратковременная в течение 5 мин работа двигателя при вращающем моменте 0,33 Н·м и напряжении питания 54 В.
Выводы двигателей, включая места их присоединения, выдерживают без механических повреждений воздействие растягивающей силы 40Н (4кгс), направленной вдоль оси.
Конструктивное исполнение по способу монтажа — IМ3681 по ГОСТ 2479-79.
Двигатель стоек к воздействию специальных факторов, установленных ГОСТ В 20.39.404-81, со значением характеристик И 1 -И 3 , И 8 -И 1 1 , соответствующих группе исполнения 2У, а по воздействию факторов вида «С» — группе исполнения 1У.
Рабочее положение любое.
Сопротивление изоляции электрических цепей двигателя относительно корпуса до ввода двигателя в эксплуатацию, не менее:
20 МОм при практически холодном состоянии двигателя;
2 МОм при повышенной рабочей температуре среды;
1 МОм при повышенной влажности воздуха в практически холодном состоянии двигателя.
В течение минимального срока службы и минимальной наработки сопротивление изоляции двигателя — не менее 1 МОм.
В процессе воздействия и в течение 0,01 с после воздействия факторов, установленных ГОСТ В 20.39.404-81, сопротивление изоляции не нормируется.
Изоляция электрических цепей относительно корпуса двигателя выдерживает без пробоя и перекрытия воздействие испытательного напряжения (действующее значение):
700 В при практически холодном состоянии двигателей;
350 В при повышенной влажности воздуха и практически холодном состоянии двигателя.
Пуск двигателя и его реверс осуществляется с ограничением тока до величины не более 20 А.
Ток трогания на холостом ходу во всех условиях эксплуатации не превышает 0,85 А.
В номинальном режиме допускаются периодические кратковременные повышения напряжения питания до 75 В с суммарным временем не более 2 с, параметры при этом не оговариваются.
Двигатели соответствуют требованиям ГОСТ РВ 50726.1-94, ОСТ В 16 0.515.079-86 и конструкторской документации ИЖБК.524512.002.
Условия транспортирования двигателя в упаковке предприятия-изготовителя в части воздействия механических факторов соответствуют условиям С по ГОСТ 23216-78.
Температура при транспортировании двигателя от минус 60 до 60°С.
Эксплуатацию двигателя следует проводить в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации.
При хранении двигателя не реже одного раза в два года необходимо делать пуск, при котором должен контролироваться только факт вращения двигателя при подаче напряжения питания в диапазоне от 15 до 54 В.
После монтажа двигателя на объекте допускается трехкратная проверка электрической прочности изоляции испытательным напряжением 560 В в течение одной минуты каждая.
Изготовитель гарантирует соответствие качества двигателя при соблюдении потребителем условий и правил эксплуатации, хранения, транспортирования, установки и монтажа, установленным техническим описанием и инструкцией по эксплуатации. % ОСТ В 160.515.079-86,ИЖБК.524512.002

Читать еще:  Что такое предпусковой подогреватель двигателя webasto

Технические характеристики

Номинальное напряжение питания, В — 54±21 Номинальная мощность, Вт — 180 Номинальный вращающий момент, Н·м (гс·см) — 0,43 (4380) Номинальная частота вращения, мин -1 — 4000 Потребляемый ток при номинальном вращающем моменте, А, не более — 6,0 Потребляемый ток при вращающем моменте 1 Н·м, А — 10,6±1,5 Частота вращения при холостом ходе, мин -1 — 4750 — + Потребляемый ток при холостом ходе, А, не более — 0,7 Активное сопротивление обмотки якоря, Ом — 1,5-1,7 Начальный пусковой ток при номинальном напряжении, А, не более — 33 КПД, % — 72 Электромагнитная постоянная времени, с — 0,002 Момент инерции якоря, кг·м 2 (гс·см·с 2 ), не более — 1,3 (1,33) Масса двигателя, кг, не более — 2,3
Минимальная наработка двигателя — 54 ч 35 мин, в том числе:
4 ч 30 мин (54 цикла) в номинальном режиме работы и нормальных условиях эксплуатации;
50 ч при холостом ходе и номинальном напряжении питания;
5 мин в номинальном режиме работы и условиях пониженного давления 18,7 кПа (140 мм рт. ст.).
Минимальный срок эксплуатации двигателя при соблюдении требований по условиям эксплуатации — 12 лет.
Минимальный срок сохраняемости двигателя при хранении в условиях отапливаемого хранилища, а также вмонтированного в защищенную аппаратуру или находящихся в защищенном комплекте ЗИП — 12 лет, в том числе не более года в упаковке предприятия-изготовителя.
В пределах минимального срока сохраняемости допускается хранение двигателя вмонтированного в аппаратуру защищенного объекта под навесом не более 3 лет.
Гарантийная наработка двигателя в пределах гарантийного срока эксплуатации — 54 ч 35 мин.
Гарантийный срок эксплуатации двигателя — 12 лет.
Гарантийный срок хранения — 12 лет.

Конструкция и принцип действия

Двигатель представляет собой четырехполюсную коллекторную машину постоянного тока закрытого исполнения с возбуждением от постоянных магнитов.
Общий вид двигателя приведен на рис. 1.

Общий вид двигателя
1, 24 — подшипники; 3, 18, 27, 33 — фланцы; 4, 28, 30 — гайки;
5 — щит; 2, 6, 17, 29, 31 — винты; 7 — колпак; 8 — суппорт;
9, 16 — кольца; 10 — корпус; 11 — коллектор; 12 — магнит постоянный;
13 — сердечник;14 — вал;15 — обмотка;19 — щетка; 20 — щеткодержатель;
21 -рычаг;22 -пружина;23 -шайба изолирующая;25 — трубка изоляционная;
26 — шпилька;32 — прокладка;34 — бирка;35 — выводные концы
Якорь двигателя вращается в двух радиальных подшипниках, расположенных в гнездах щита и корпуса. Подшипник со стороны коллектора в щите по наружной обойме запирается фланцем с помощью винтов, а на валу — гайкой.
Щит и корпус выполнены из алюминиевого сплава.
Подшипник со стороны выходного вала, установленный в корпусе от механических повреждений, защищен фланцем, который крепится к корпусу винтами.
На валу якоря запрессован сердечник, набранный из электротехнической стали. В пазах сердечника размещена обмотка.
Для балансировки якоря на валу с обеих сторон установлены балансировочные кольца.
На щите расположен суппорт с четырьмя щеткодержателями, в которых размещены щетки. Щетки прижимаются к коллектору рычагами с помощью пружин. Суппорт закреплен на щите с помощью винтов и гаек. Ослабив гайки, можно осуществить поворот суппорта для сдвига щеток при регулировке двигателя.
Коллектор выполнен из медных пластин, опрессованных прессматериалом.
Для предотвращения возможного поворота магнита при изменении температуры он крепится к корпусу с помощью фланца, двух шпилек и гаек.
В целях создания микроклимата в двигателе выводные концы, через которые осуществляется питание электродвигателя, при выходе из колпака укреплены резиновой прокладкой, которая с помощью фланца и винтов крепится к колпаку.
Колпак на корпусе завальцован.
Для предохранения выходного конца вала при транспортировке, последний защищен шайбой и трубкой.
Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателя представлены на рис. 2.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателя ДП80-180-4
Примечания: 1. Допуск радиального биения относительно оси вращения диаметра Е не более 0,03 мм, а диаметра Д не более 0,08 мм.
2. По размеру диаметра Е в отдельных местах допускается размер 8 — 0 , 0 2 8 суммарной площадью до 30%.
3. Координаты центра массы указаны ориентировочно.
4. На поверхности В допускается частичное нарушение анодировки общей площадью не более 2%.
5. Размеры и координаты резьбовых отверстий Г не регламентируются.
6. Размеры, обозначенные*, не контролируются, обеспечиваются при изготовлении и контроле составных частей.
Принципиальная электрическая схема включения двигателя представлена на рис. 3.

Читать еще:  Что обозначает рабочий объем двигателя

Принципиальная электрическая схема включения электродвигателя ДП80-180-4
Направление вращения показано со стороны выхода вала. П

В комплект поставки входят двигатель и паспорт.
По заказу потребителя прилагаются техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Возможные варианты и специальные случаи

Выпускаемые сейчас бесколлекторные двигатели могут иметь самую разную конструкцию.
Коллекторные двигатели постоянного тока могут выпускаться с различной технологией изготовления обмотки. Есть двигатели с классической обмоткой, намотанной на стальной сердечник, и двигатели с полой цилиндрической обмоткой без стального сердечника. С точки зрения параметров имеется определённая разница между обмотками различных типов. Во-первых, классическая обмотка имеет существенно большую индуктивность, чем полая цилиндрическая обмотка, и соответственно большую постоянную времени. По этой причине, полая цилиндрическая обмотка допускает более динамичное изменение тока (момента), однако при работе от контроллера двигателя с невысокой частотой ШИМ модуляции для сглаживания пульсаций тока требуются фильтрующие дроссели большей индуктивности (а соответственно и большего размера). Во-вторых, классическая обмотка имеет большой момент инерции. При расположении обмотки на роторе, момент инерции ротора увеличивается, что отрицательно сказывается на динамике двигателя, особенно в случае работы на малоинерционную нагрузку. Кроме того, классическая обмотка, как правило, имеет заметно больший момент магнитной фиксации, а также меньший КПД, чем полая цилиндрическая обмотка.

Коллекторные двигатели могут также отличаться материалом, использованным при изготовлении щёток. В настоящее время при изготовлении коллекторных двигателей малой мощности применяются главным образом две технологии – графитовые и металлические щётки. Графитовые щётки изготавливаются из медно-графитового сплава и представляют собой бруски сложной формы, прижимаемые к коллектору пружинами. Коллектор в этом случае изготавливается из меди. Такие щётки хорошо работают с большими токами и в тяжёлых режимах (старт-стоп, реверс). При этом они создают больше помех и приводят к большим значениям тока холостого хода двигателя и к несколько более высоким потерям. Металлические щётки изготавливаются с использованием благородных металлов. В качестве материала для щёток применяется бронза с напылением в области контакта с коллектором. Щётки имеет форму плоской пластины, которая пружинит при прижатии к коллектору. В качестве материала для коллектора используется сплавы благородных металлов. Эти щётки плохо выдерживают большие токи и резкие броски тока, но хорошо работают на постоянных нагрузках и имеют низкие шумы.

Неисправности щеточного аппарата

Щетки – слабое место коллекторного электродвигателя. В процессе работы они стираются, а графитовая пыль оседает на коллекторе и окружающих предметах. Пружины, которыми осуществляется прижим, либо объединены в один узел со щеткой и ее контактным поводком, либо входят в состав держателя. По мере стирания щеток пружины растягиваются и прижимают их слабее, контакт ухудшается. Этому еще способствует угольная пыль, попадающая в направляющие пазы. Возникают ситуации, когда пыль блокирует щетку, а силы пружины не достаточно, чтобы протолкнуть ее через это препятствие. Щетка «подвисает», и двигатель останавливается. При небольшом сотрясении контакт возобновляется, и двигатель работает снова.

Стертые щетки нужно заменить на новые. Желательно купить те, которые предназначены для данного устройства, но такое не всегда возможно. Поэтому приобретаются щетки большего размера и подгоняются под нужный. Для этого используется мелкая наждачная бумага, расстеленная на ровной поверхности. Щетка плотно прижимается к ней и стирается до нужного размера, желательно — поточнее.

Старые и новые щетки

После замены щетки притирают к коллектору, подкладывая под них наждачную бумагу и прокручивая туда-сюда коллектор вместе с ней. В результате рабочая поверхность щетки должна полностью повторять форму коллектора. Но для большинства бытовых приборов и электроинструмента такая операция не потребуется, притирка произойдет сама на начальном этапе эксплуатации.

Функциональные возможности мотора

Схема устройства коллекторного двигателя прекрасно демонстрирует, как этот агрегат преобразует электричество в механическую энергию и в обратном порядке. Это говорит о том, что такое устройство может использоваться даже в качестве генератора. Когда ток проходит сквозь проводник, который расположен в магнитном поле, то на него воздействуют определённые силы. При этом активно работает правило правой руки, оказывающее непосредственное влияние на итоговую мощность двигателя. Коллекторный агрегат функционирует именно по такому принципу.

Читать еще:  Что такое степень сжатия двигателя автомобиля

В стандартной схеме чётко показано, что в магнитное поле помещена одна пара проводников, ток которых направлен в разные стороны так же, как и силы. Образуемая ими сумма даёт необходимый для оборудования крутящийся момент. В коллекторном двигателе производители добавили ещё и целый комплекс дополнительных узлов, которые гарантируют идентичное направление тока над полюсами.

За счёт того, что на якоре расположено ещё несколько катушек, полностью устранилась неравномерность хода. Помимо этого, у мастеров больше нет необходимости задействовать постоянный ток, так как обычные магниты были заменены на более мощные катушки. На финальном этапе производства крутящийся момент принял единое направление.

Работа электродвигателя постоянного тока

Под токосъемником простейшего двигателя две секции. Выродился барабан коллектора. Каждая контактная ламель (пластинка на валу) занимает половину оборота. Одна щетка снабжается положительным потенциалом, вторая – отрицательным, сообразно меняется направление магнитного поля полюсов. Активными в каждый момент времени являются два (в описанной выше конструкции). Статора может формироваться постоянным электрическим полем, либо металлическим магнитом. Последнее применяется детскими машинками.

Как работает электродвигатель постоянного тока. Допустим, в начальный момент времени обмотки расположены так, как показано на рисунке. В нашем примере полюсов уже не два, как обсуждали выше, – три. Минимальное число для стабильного запуска электрического двигателя постоянного тока в нужном направлении. Обмотки соединены схемой звезды, у каждой пары одна общая точка. Напряженность поля формирует два полюса отрицательных, один положительный. Постоянный магнит стоит, как показано рисунком.

Упрощенный рисунок случая постоянного тока

Каждую треть оборота происходит перераспределение поля так, что полюса сдвигаются согласно изменению напряжения питания на ламелях. На второй эпюре видим: номера обмоток сдвинулись, картина в пространстве осталась. Залог стабильности: один полюс притягивается к постоянному магниту, второй отталкивается. Если нужно получить реверс, меняется полярность подключения батарейки (аккумулятора). В результате получается два положительных полюса, один отрицательный. Вал станет двигаться против часовой стрелки.

Полагаем, принцип действия электродвигателя постоянного тока теперь понятен. Добавим, сегодня распространены двигатели вентильного типа. Многие задумались заставить поля чередоваться на статоре, ротор представлял бы постоянный магнит. В первом приближении двигатель вентильного типа. Постоянный ток подается на нужные обмотки статора через коммутируемые ключи-тиристоры. В результате создается нужное распределение поля.

Преимущества схемы в снижении количества трущихся частей, являющихся причиной необходимости обслуживания, ремонта. Тиристорный блок управления достаточно сложный. Допускается организовать коммутацию при помощи ламелей. Одновременно конструкция послужит грубым датчиком положения вала (плюс минус расстояние между контактными площадками оси вала). Вентильные двигатели не новы. Широко применяются специфическими отраслями. Помогают точно выдержать частоту вращения. В быту вентильные двигатели найти сложно. Некое подобие можно лицезреть в стиральной машине. Речь о помпе слива воды (ротор магнитный, только ток переменный).

Технические характеристики электродвигателей постоянного тока лучше, нежели при питании переменным током. Класс устройств широко применяется. Чаще электродвигатели постоянного тока используются при питании батареями различного рода. Когда нет выбора. Преимущества схемы питания позволят аккумуляторам дольше продержаться.

Обмотки статора, ротора включают последовательно, параллельно. Последнее применяется при нагруженном в исходном состоянии валу. Наблюдается резкое повышение оборотов, может привести к негативным последствиям, если ротор слишком легко идет. Упоминали о подобных тонкостях в теме конструирования двигателей своими руками.

Недостатки коллекторных двигателей постоянного тока

Быстрый износ

Поскольку щетки физически трутся об коллектор, они со временем изнашиваются. Следовательно, по сравнению с другими типами электродвигателей, коллекторные двигатели постоянного тока изнашиваются быстрее.

Много электрического шума

Внутри коллекторного двигателя постоянного тока между щетками и коллектором образуются электрические дуги. Это вызывает много электрического шума, что не очень хорошо для микроконтроллеров или датчиков, работающих в этой же системе.

Ограниченная максимальная скорость

Физический контакт между щетками и коммутатором во время работы означает, что между этими двумя частями есть трение. Там, где есть трение, есть тепло. Коллекторные двигатели постоянного тока имеют ограниченную максимальную скорость, потому что слишком высокая скорость может привести к нагреву, способному нанести повреждения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector