Регулятор оборотов коллекторного двигателя 220В. Схема. Схема коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель - что это? :: SYL.ru

С давних времен люди поняли, что если не хочешь лично прилагать к чему-то усилие, то необходимо найти себе замену. Так, телеги тянули лошади, на мельницах работали ослики, а корабли по морю гнал ветер. Но с того времени много воды уплыло, и люди даже смогли придумать кое-что современней. И таким чем-то современным является коллекторный двигатель, о котором и будет идти речь. Будут рассмотрены разновидности, схематический вид, методы регулировки количества оборотов, а также достоинства и недостатки при их эксплуатации.

Что называют коллекторным двигателем?

Коллекторным двигателем называется электрическая машина, датчик положения ротора и переключатель тока в которой - это одно и то же устройство, называемое щеточно-коллекторным узлом. Про последний можно рассказать дополнительно. Он обеспечивает электрическое соединение цепей в неподвижной части машины с цепями ротора. Конструктивно он состоит из щеток (под ними понимаются скользящие контакты, которые расположены вокруг вращающейся части двигателя) и коллектора (то, что находится на движимом элементе механизма).

К общим достоинствам можно отнести то, что коллекторный двигатель прост в изготовлении и эксплуатации, имеет значительный ресурс использования и легко может быть отремонтирован. К общим недостаткам причисляют то, что они имеют малую массу и большой коэффициент полезного действия. В большинстве случаев это только плюс, но не сейчас. Так, соединение низкой массы и быстроходности (которая достигает сотен и тысяч оборотов в минуту) приводит к тому, что для нормальной работы почти всегда требуются редукторы. А при перестройке на низкую скорость машина имеет пониженный КПД, и возникают проблемы с охлаждением. Пока изящного решения этой проблемы найти не удалось.

Разновидности коллекторного двигателя

Существует два основных типа, каждый из них имеет свои преимущества и особенности. Очень распространёнными и разнообразными являются коллекторные электродвигатели постоянного тока. Их конструкции можно поделить на такие подтипы:

Самые слабые, рабочее напряжение которых 3-9 Вольт, и которые применяются в детских игрушках. Имеют двухполюсной статор, в котором установлены постоянные магниты. Коллекторный узел сконструирован из двух щеток, в качестве которых обычно применяются медные пластины. В отличие от статора, у этих двигателей ротор имеет три полюса. Установлен он на подшипники скольжения. Мощность таких механизмов измеряется в нескольких единицах Ватт.
Средние двигатели имеют рабочее напряжение 12 или 24 вольта. Используются в автомобилях, рабочих станках, в вентиляционных системах охлаждения. Генерируют мощность в несколько десятков ватт. Имеют многополюсной ротор, который работает уже на подшипниках качения. Коллекторный узел состоит из 4 щеток (как правило, уже графитовых). Статор имеет четыре полюса, но состоит все так же из постоянных магнитов.
Существуют ещё двигатели, которые могут генерировать мощность, которая исчисляется сотнями Ватт. Единственное отличие от конструкции, описанной в пункте 2, состоит в том, что для статора используются электромагниты.

Но кроме таких представителей есть ещё универсальные коллекторные электродвигатели. Их особенность в том, что они могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. Используются они в электроинструментах, бытовой технике и железнодорожном транспорте в составах, которые ездят благодаря электровозам. Их распространенность объясняется малым размером и весом, относительно низкой ценой и возможностью легко отрегулировать количество оборотов. Благодаря тому что это коллекторный двигатель переменного тока, он может работать и с нестабильными источниками энергии в разумных границах.

Схематический вид коллекторного двигателя

Одной общепринятой схемы нет. То, что вы видите, это всего один из вариантов. Схема коллекторного двигателя может быть построена так, как захочется. Есть только требования к тому, что должно быть в рамках рабочего чертежа: статор и ротор. Коллекторный двигатель переменного тока также должен оснащаться предохранителем, который не позволит ему сгореть.

Как регулировать количество оборотов?

Изменения возможны, если используется регулятор оборотов коллекторного двигателя. Различие количества подаваемой электроэнергии может изменить их количество всего на 10 процентов, плюс-минус. Тогда как регулятор оборотов коллекторного двигателя позволяет уменьшать их в разы, и его можно сделать самому или купить. И в любом случае вам необходимо проверить, сможет ли он работать в механизме такой мощности и таких оборотов (сначала теоретически, а потом и на практике). Ведь если регулятор будет слишком слабым, то выйти из строя для него будет плевым делом.

Достоинства и недостатки

Достоинства, которые имеет коллекторный двигатель:

Малый пусковой ток, что желательно для бытовых устройств.
Универсальные двигатели могут включаться в сеть напрямую, без выпрямления. Но это относится только к ним. Двигатели постоянного тока требуют выпрямления.
Легче сделать управляющую схему.
Быстроходность.
Больший пусковой момент.
Компактность схемы даже с использование редуктора.

Недостатки:

Нестабильное значение мощности, которое дают обороты коллекторного двигателя, когда изменяется нагрузка.
Относительно малая надежность и срок службы.
Из-за потерь индуктивности и перемагничивания статора может понижаться КПД.

Безколлекторный аналог

По механической характеристике самым близким является вентильный электродвигатель. В нём главным является инвертор, а не щеточно-коллекторный узел. Но общим недостатком этой конструкции является более низкий максимальный момент при одинаковых габаритах.

www.syl.ru

Регулятор оборотов коллекторного двигателя 220В. Схема

Данная схема регулятора оборотов коллекторного двигателя 220В оснащена мощным симистором BTA26-600, который необходимо установить на радиатор. Результатом этого является способность управлять нагрузкой до 4 кВт, что особенно важно для мощного электроинструмента.

Схема разработана для использования совместно с электроинструменами, например, дрель, электролобзик или угловая шлифовальная машина.

Схема регулятора мощности также может быть успешно использована для плавного регулирования мощности нагревательных приборов или использована в качестве диммера для ламп накаливания. Устройство не подходит для управления двигателями постоянного тока.

Cхема регулятора оборотов коллекторного двигателя 220В

В регуляторе применена микросхема U2008. В качестве справки, следует отметить, что чип U2008 имеет в структуре модуль, обеспечивающий плавный пуск управляемого двигателя, модуль обнаружения перегрузки, а так же стабилизатор скорости вращения двигателя. Кроме того, в микросхеме интегрирован стабилизатор напряжения, прецизионный компаратор и источник опорного напряжения.

Диод VD1 (1N4007) играет роль однополупериодного выпрямителя, а резистор R5 ограничивает напряжение до безопасного значения. Конденсатор С1 фильтрует напряжение питания, С4 отвечает за так называемый плавный пуск. Резисторы R1, R3 и потенциометр R2 используются для определения величины мощности, подаваемой на нагрузку.

Благодаря применению резистора R7, подключенного непосредственно к фазному проводу, внутренняя схема U2008 управляет переключением симистора при переходе через ноль. Это в значительной степени сводит к минимуму уровень генерируемых помех.

Потенциометр R6 устанавливает максимальный угол включения симистора, то есть минимальное напряжение (и ток), подаваемое на нагрузку. На практике потенциометр R6 необходимо выставить таким образом, чтобы при крайнем левом положении R2 (минимум) получить минимальные обороты двигателя.

Монтаж является типичным и не должен вызвать проблем. Необходимо позаботиться о правильной полярности элементов и изолировать симистор от радиатора с помощью термостойкой прокладки. Устройство после сборки готово к работе, только необходимо осуществить вышеупомянутую простую регулировку.

Для этого необходимо подключить к регулятору нагрузку, например, двигатель или лампочку и установить потенциометры R2 и R6, в соответствии с потребностями. Потенциометром R2 можно плавно регулировать обороты, а потенциометром R6 задается начальный угол включения симистора, т. е. минимальное эффективное напряжение на нагрузке.

Внимание! Схема не имеет гальванической развязки с электросетью. Поэтому сборку и настройку необходимо производить при отключение от сети.

Скачать рисунок печатной платы регулятора (12,5 Kb, скачано: 2 065)

www.joyta.ru

Коллекторный двигатель постоянного тока Д-5ТР

Опубликовал admin | Дата 4 июля, 2015

Сейчас на барахолке, да и через Интернет можно приобрести двигатели типа Д-5тр. Этот двигатель относится к классу исполнительных, т.е. рассчитанных на большие кратковременные нагрузки. Раньше они находили применение в специальной аппаратуре радиосвязи для коммутации диапазонов. Поэтому приобрести их можно прямо с редукторами и видов редукторов, в состав которых входят эти двигатели много.

Внешний вид двух изделий с использованием двигателей Д-5тр, показаны на фото. Сам двигатель имеет три вывода подключения.

Редуктор с двигателем Д-5ТР

Схема включения двигателя показана на рисунке 1. В этом случае в работе двигателя участвует центробежный регулятор скорости вращения вала. Коммутация происходит в цепи коллекторных обмоток.

Схема включения двигателя Д-5ТР

При подаче напряжения на указанные клеммы одновременно с началом работы самого двигателя, срабатывает и электромуфта, выключая тормоз. Вид катушки электромуфты 5 и место ее расположения показано на фото 2. На фото 1 показано отверстие в передней части двигателя для выводов этой катушки. Если вам не нужен тормоз, то его можно из устройства удалить. Для этого освобождают переднюю часть вала двигателя, разштифтовав и, удалив все прикрепленные к нему детали, перекусывают два вывода катушки электромуфты со стороны коллекторных щеток. При подключении двигателя по схеме, показанной на рисунке 2, он тоже будет вращаться, но с неприятными призвуками. Дело в том, что центробежный механизм, в этом случае, будет коммутировать не только статорные обмотки, но и катушку электротормоза. Такое включение не правильное. На рисунке 3 показана схема включения с выключенным центробежным механизмом. По всей вероятности этот режим был тоже необходим для того, что бы уменьшить время переключения диапазонов, например, с первого, сразу на последний. На схемах между выводами статорных обмоток 2 и 3 показана часть витков, но на самом деле этого может и не быть. Возможно, что это просто два вывода из одной точки статорной обмотки. У меня нет приборов, что бы определить, существует ли, что либо, между этими выводами. Я первый раз столкнулся с этими двигателями еще сорок лет назад. Тогда и приобрел дрель на его основе, она работает у меня до сих пор. Внешний вид, которой можно посмотреть в статье «Самодельные корпуса для радиоаппаратуры» фото 6. В этой дрели для работы двигателя, использовались два длинных вывода статорных обмоток, а третий, короткий, который шел на коллекторную щетку был обкушен.

Статорные обмотки и катушка муфты тормоза двигателя Д-5ТР

На фото 1 показаны длинные выводы статорных обмоток 1 и 3, и виден уже обкусанный мной короткий вывод 2. Если вы будете переделывать такой двигатель под свои нужды, то поступайте так же. Все работает отлично.

vid

На фото 3 и 4 показан «голый» двигатель. Коллекторные вывода обозначены цифрой 1, а выводы статорной обмотки — цифрой 2. Да, для того чтобы вытащить якорь двигателя, без проблем, надо отвернуть два винта 3, фото 3, с одной и с другой стороны двигателя. Отсоединить выводы коллекторных щеток и вынуть их. Не сильными ударами по переднему концу вала выбиваем якорь вместе с задним фланцем. С внутренней стороны фланца есть два винта, которые крепят щеткодержатель центробежного механизма регулятора скорости вращения. Если он не нужен, то заменяем щеткодержатель двумя гайками 1 на фото 5 на 3мм с обычными шайбами и шайбами гровера, т.к. родные гайки находятся в теле держателя. Длину двигателя можно уменьшить, сточив выступы (фото 2 и 4)полости, где устанавливается катушка муфты тормоза.

Датчик импульсов. минидрель, drel

Вид двигателя со сточенными выступами показан на фото 6. Двигатель, используемый в редукторе 1 имеет удлиненный задний конец вала 2 фото 5. Его диаметр равен 3,8 мм. На фото 5 показан еще магнит от регулятора линейности строк старых телевизоров, так вот, он имеет квадратное отверстие, примерно 3,2 мм. Если вал немного сточить напильником, то этот магнит очень аккуратно одевается и закрепляется гайкой на нем. Теперь, если к этому магниту поднести и закрепить магнитоуправляемую микросхему — МУМС, то получаем отличный датчик импульсов. А эти импульсы можно использовать для уже электронной регулировки скорости вращения вала, для остановки двигателя в нужный момент, если сосчитать количество импульсов, сделать мини дрель с автоматической регулировкой мощности на валу двигателя и т.д. и т.п. В качестве МУМС прекрасно подходят микросхемы, которые используются в двигателях вентиляторов от компьютеров. Прочитать про них можно у меня на сайте в статье «Магнитоуправляемые микросхемы». Я пробовал крепить магнит таким образом и разгонял двигатель до 9000 оборотов в минуту — импульсы были изумительными. Для получения больших оборотов обмотки якоря и статора подключал последовательно и давал двигателю нагрузку, иначе движок уходит в разнос. Включение двигателей без нагрузки с последовательной схемой включения обмоток запрещено. Вот и все. Дерзайте, успехов. К.В.Ю.

Скачать “Скачать статью” Dvigatel_D5TR.rar – Загружено 1 раз – 215 KB

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

www.kondratev-v.ru

Простой регулятор скорости для коллекторного двигателя. — Паркфлаер

Предлагаю простой самодельный регулятор скорости для коллекторного двигателя, который можно сделать буквально за один вечер. Схема выполнена на широкодоступной элементной базе и легко повторяема. Регулятор многократно был мною изготовлен и использовался детишками в простых моделях автомашин, танков, кораблей. Сразу хочу сказать, что микроконтроллер (а так же прошивки и программатор) в этом регуляторе НЕ используются в целях облегчения повторения конструкции, так как не все моделисты имеют такую возможность, особенно в небольших городах. И вообще, акцент статьисделан на энтузиастов паяльника.

Описание регулятора скорости коллекторного двигателя.

Регулятор скорости коллекторного электродвигателя предназначен для работы с любой аппаратурой пропорционального управления и служит для плавного регулирования оборотов двигателя отминимальных до максимальных. Подключается к приемнику, как обычно, к каналу № 3. С КРЕНки регулятора поступает напряжение + 5….6 Вольт для питания приемника и рулевых машинок.

Принцип работы регулятора следующий. На микросхемы К561ЛА7 собран формирмирователь разностного импульса. На элементах 1 и 2 микросхемы собран ждущий мультивибратор. Он запускается PPM импульсом приходящим с канала 3 приемника. С выхода приемника импульсимеет положительную полярность, а ждущий мультивибратор срабатывает по спадуположительного импульса, поэтому на транзисторе КТ3102 собран инвертер импульса.При появлении на входе схемы РРМ сигнала, синхронно с ним запускается ждущий мультивибратор,который генерирует импульс фиксированной длительности – 1 мс. Его длительность (1 мс) задаетсяподбором резистора *150 Ком. Длительность импульса ждущего мультивибратора всегда постоянна иравна 1 мс. А длительность КИ, поступающего с приемника, изменяется пропорционально положениюручки ГАЗ передатчика. На элементах 3 и 4 МС К561ЛА7 собран формирователь разностного импульса. Этот импульс появляется на выводе 10 МС при превышении входным КИ, длительности импульса, сформированного ждущим мультивибратором. При отклонении ручки ГАЗ от минимального до максимального положения, длительность разностного импульса с выхода 10 МС изменяется от 1 мс до 2 х мс. Это изменение длительности разностного импульса управляет компаратором на МС К157УД2. Принцип его работы следующий - через делитель на резисторах по 100 Ком заряжается конденсатор 0,1 мкф, соединяющий анод диода КД522 с общим проводом, до напряжения порядка 3х Вольт.Это напряжение прикладывается к выводу 5 МС К157УД2. Подстроечным резистором 22 Ком навыводе 6 устанавливается пороговое напряжение срабатывания компаратора. Оно чуть менее 3 хВольт, порядка 2,7 Вольт. Катод диода подключен в к выводу 10. Когда на выводе 10 возникаетразностный импульс отрицательной полярности, конденсатор начинает разряжаться через диод ивнутреннее сопротивление выходного транзистора микросхемы. Таким образом степень разряда конденсатора (величина уменьшения напряжения на нем) зависит от длительности (ширины) разностного импульса, что в конечном счете определяет время нахождения компаратора вовключенном состоянии и ширину импульса на его выходе – вывод 9. Через резистивный делитель10 ком –100 ком выходные импульсы компаратора управляют затвором полевого транзистора.В цепи его стока и + шины питания 12 Вольт включен коллекторный электродвигатель.В результате при переводе ручки ГАЗ передатчика из положения минимум в положение максимум изменяется ширина разностного импульса, степень разряда конденсатора 0,1 мкф, время нахождения компаратора в открытом состоянии и изменяются обороты электродвигателя.На плату подается напряжение 12 Вольт от бортового аккумулятора. КРЕНка стабилизатора 5 вольтовая, но наличие в минусовом выводе резистора, позволяет подобрать на выходе стабилизаторанапряжение в пределах 5…..6 Вольт. Без резистора напряжение равно +5 Вольт. Ток нагрузки 1 Ампер. Этого более чем достаточно для питания приемника и рулевых машинок.Ключевой транзистор – полевой MOSFET.

Принципиальная схема узла выделения командного импульса.

Принципиальная схема регулятора скорости.

Рисунок печатной платы со стороны деталей.

Рисунок печатной платы со стороны дорожек.

Монтажка.

Регулятор скорости установлен на модель.

Файл разводки печатной платы

(Регулятор хода КД.lay)

www.parkflyer.ru

Коллекторные однофазные двигатели переменного тока

Принцип работы и описание конструкции. Достоинства, недостатки и сферы применения

Хорошо известные многим асинхронные двигатели переменного тока не лишены недостатков, таких как невысокая перегрузочная способность, сложность и небольшой диапазон регулирования, невысокий пусковой момент. Все эти проблемы давно и достаточно успешно решаются применительно к общепромышленному асинхронному электроприводу.

Коллекторный однофазный двигатель Тем не менее, в некоторых электроприводах используются двигатели, получающие питание от сети переменного тока, но предоставляющие полный набор преимуществ, характерных для электрических машин постоянного тока. Речь идет о коллекторных однофазных электродвигателях переменного тока.

Дело в том, что любой электродвигатель постоянного тока теоретически может работать от сети переменного напряжения. Ведь направление его электромагнитного момента в любой момент времени зависит от текущего направления электрических токов в якорной обмотке и в обмотке возбуждения.

Если обе обмотки подключить в одну сеть переменного тока с частотой 50 герц, то ток в них будет менять свое направление одновременно. Поэтому крутящий момент не будет менять своего направления – двигатель будет набирать обороты, в том числе под нагрузкой.

На практике же все бывает немного сложнее. При независимом или параллельном включении обмотки возбуждения неизбежно возникает сдвиг фаз между напряжением сети и током возбуждения. Тогда электромагнитный момент будет попеременно менять свое направление, и нормальная работа привода будет невозможна.

Поэтому, коллекторные двигатели, предназначенные для включения в сеть переменного тока, имеют обмотку возбуждения, включенную последовательно с якорной обмоткой. В этом случае ток обмоток общий, и его направление может измениться только в обеих обмотках.

Это обеспечивает электромагнитный момент постоянного направления. Обычно, обмотка возбуждения делится на две части, одна из которых включается до якоря, а другая – после (относительно фазного провода). Для устранения влияния реакции якоря часто включаются дополнительные, компенсационные обмотки.

Для включения в сеть переменного напряжения традиционный для двигателей постоянного тока цельный, сварной магнитопровод статора не подходит – слишком большой величины будут достигать токи Фуко и связанные с ними потери на перемагничивание. Поэтому, магнитопроводы коллекторных двигателей переменного тока выполняются шихтованными из отдельных пластин.

Механическая и электромеханическая характеристики коллекторных двигателей переменного тока схожи с характеристиками электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения. Но в целом характеристики получаются хуже: из-за сдвига фаз на переменном токе коллекторный электродвигатель потребляет больший ток. Увеличение происходит за счет возникновения реактивной составляющей, и оно же становится причиной снижения КПД.

Их коммутация осложнена из-за наличия коллекторно-щеточного аппарата. Поэтому, мощность однофазных коллекторных машин ограничена несколькими киловаттами. Большая мощность нецелесообразна из-за больших потерь и повышенного износа щеток и коллекторных пластин.

Непрерывная коммутация щеток на коллекторе двигателей переменного тока способна генерировать достаточно мощные электромагнитные радиопомехи. Это легко замечают люди, имеющие опыт одновременного бритья электробритвой на 220 вольт и прослушивания радиоприемника. Чтобы минимизировать эти помехи, параллельно якорю двигателя устанавливаются фильтры, содержащие конденсатор.

Нормативная наработка на отказ коллекторных двигателей переменного тока составляет несколько тысяч часов. Это, конечно, немного в сравнении с обычными «асинхронниками». Однако, у них есть и свои преимущества.

Так, скорость вращения можно регулировать в очень широких пределах, причем разными способами: понижением напряжения или введением дополнительных сопротивлений в цепь питания. А вот изменение частоты питающего напряжения на скорость коллекторного электромотора не влияет.

Предельные и номинальные частоты вращения коллекторных двигателей могут достигать десяти тысяч оборотов в минуту, что недостижимо для асинхронных. Кроме того, они имеют очень хороший пусковой момент, способны выдерживать серьезные перегрузки и даже воздействие режима короткого замыкания в течение нескольких секунд без ущерба для своей конструкции.

Коллекторные однофазные двигатели отличаются высокой удельной мощностью: они компактны и приемисты. Благодаря своей, не особенно сложной конструкции, эти машины приобрели довольно широкую популярность среди производителей бытовой техники и ручного электроинструмента.

Так, подавляющее большинство пылесосов, стиральных машин, кухонных комбайнов, углошлифовальных машин, дрелей оснащены именно коллекторными однофазными электродвигателями, способными включаться в сеть как переменного, так и постоянного тока.

Для подключения в сеть постоянного тока в них используется вся обмотка возбуждения, а для включения в переменную сеть – часть ее. Тогда необходимость в компенсационных обмотках отпадает, а двигатель может считаться универсальным.

volt220.ru

Универсальный коллекторный двигатель - это... Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
Компактность (даже с учётом редуктора).
Больший пусковой момент.
Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
- Относительно малая надёжность (срок службы)
- Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
- Высокий уровень шума
- Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

Применение

Ручной электроинструмент:

Бытовая техника:

См. также

Ссылки

dic.academic.ru

Схема регулятора оборотов коллекторного двигателя

Во всех современных бытовых электроприборах и электроинструментах широко применяются коллекторные двигатели, которые являются универсальными, поскольку могут работать от постоянного и переменного тока. При сравнительно небольших размерах, они обладают большим пусковым моментом. Коллекторные электродвигатели отличаются плавным пуском и возможностью регулировки количества оборотовдвигателя. Для этого существует схема регулятора оборотовколлекторногодвигателя.

Составные части регулятора

В состав конструкции регулятора входит интегральная схема. Вся система регулирует обороты электродвигателей работающих от сети с напряжением 220 вольт. Регуляторы широко применяются в тех электрических инструментах, где постоянно необходима регулировка оборотов установленного в них коллекторногодвигателя. В основном, это электродрели, электролобзики, пылесосы и прочие. В регулятор встроен контур, обеспечивающий так называемый мягкий старт, в значительной степени увеличивающий срок эксплуатации электродвигателей. Это устройство успешно используется как регулятор мощности осветительных и обогревательных приборов.

Конструкция регуляторов

Конструкция регулятора оборотов имеет несколько видов. В первом случае используется реостатная схема, позволяющая эффективно регулировать число оборотов в коллекторном двигателе. Здесь же применяются силовые транзисторы, забирающие на себя часть напряжения. Однако, на малых и средних оборотах, у этой конструкции низкий коэффициент полезного действия.

Транзисторные балластные ключи рассеивают большое количество тепловой мощности, поэтому они должны очень хорошо охлаждаться. Вся система регулирования скорости от нуля до максимума была разработана с применением импульсной схемы, при которой изменяется ширина поступающих на обмотку импульсов напряжения. Эта схема получила название широтно-импульсной модуляции.

Вторая конструкция также отличается достаточной простотой. Она создана на основе интегрального таймера, получившего широкое распространение. Этот таймер осуществляет нагрузку на затвор, установленный в полевом транзисторе.

В состав схемы включена микросхема с большим значением выходного тока. В связи с этим, могут применяться полевые транзисторы любых наименований. Если ток нагрузки менее 0,1 ампера, то эта нагрузка включается сразу в микросхему, без использования транзисторов. Чтобы канал транзистора был полностью открыт, напряжение на его затворе должно составлять от 12 до 15 вольт, поэтому и напряжение питания должно иметь такое же значение. Обе приведенные схемы позволяют выполнять регулировку оборотов и при напряжении более 12 вольт.

Если регулятороборотовколлекторногодвигателя смонтирован правильно, то ее можно дополнительно не регулировать.

electric-220.ru

Каталог товаров