Коллекторные и бесколлекторные двигатели постоянного тока
Доброго времени суток, дорогие читатели! В предыдущих статьях были рассмотрены электромоторы переменного тока. В этой же статье я расскажу про движки, работающие на постоянном токе. Будет рассмотрено их устройство и, немного, история и принцип работы. Начнем.
Принцип действия двигателя постоянного тока этих машин основывается на эффекте отталкивания одноименных и притягивания разноименных полюсов магнита. Первым такое устройство придумал русский инженер Якоби. В 38-ом году 19-го столетия появилась первая модель промышленного масштаба и, с того времени, больших изменений в конструкции не было.
Коллекторные двигатели постоянного тока
Если брать моторы с небольшой мощностью, то в них обязательно явным образом присутствует один из магнитов (он крепится прямо на корпус машины).
Второй появляется после подачи напряжения на обмотку якоря. С этой целью применяется устройство особого типа, именуемое коллекторно-щеточным узлом. Коллектор является кольцом, проводящим ток, которое крепится на вал мотора. К нему подключаются выводы обмоток якоря.
Для возникновения вращающего момента нужна непрерывная смена полюсов якорного магнита. Это должно выполняться в тот момент, когда якорь проходит через «магнитную нейтраль». Конструктивным образом это выполняется благодаря разделению коллекторного кольца на части (секторы) при помощи непроводящих ток пластин.
Выводы якорных обмоток цепляют к секторам поочередно. Для соединения коллектора и сети питания применяются щетки – стержни из графита с высокой электропроводимостью и маленьким коэффициентом трения по скольжению.
Моторы большой мощности не снабжаются физическими магнитами в силу того, что это сильно утяжелит их конструкцию.
В этих машинах, для создания постоянного магнитного поля, применяют металлические стержни с обмотками, подключаемые к положительной, либо отрицательной шине питания. Полюса одноименного типа подключают один за другим (последовательным образом).
Двигатель может иметь одну, либо четыре пары полюсов. Количество же щеток-токосъемников должно соответствовать числу пар полюсов. У моторов с большой мощностью предусматриваются некоторые конструктивные хитрости. Одна из них заключается в сдвигании щеточного узла на некоторый угол по отношению против вращения после старта мотора и смены нагрузки на нем.
Делается это с целью компенсации эффекта «якорной реакции», который приводит к торможению вала, в результате чего происходит уменьшение эффективности мотора.
Бесколлекторные двигатели постоянного тока
Мы рассмотрели двигатели коллекторного типа. Однако кроме них, имеются и устройства не имеющие коллекторов. Движки подобного типа имеют ротор, на котором есть постоянные магниты и статор с обмотками. Существует два вида таких моторов: Inrunner (с магнитами внутри ротора) и Outrunner (у них магниты находятся снаружи, вращаясь вокруг статора, имеющего обмотки).
Машины первого типа, как правило, используются в моторах с высоким числом оборотов и малым числом полюсов. Второй же тип применяют, если требуется заиметь движок с большим моментом и малыми оборотами. По конструкции двигатели Inrunner наиболее просты в силу того, что их статор может, одновременно, служить корпусом, а, значит, на него можно смонтировать устройства для крепления.
У двигателей системы Outrunner вращающейся частью является наружная его часть. Движок крепится за неподвижный вал или другие части статора. Если же такой двигатель используется как мотор-колесо, то крепится он посредством неподвижной оси и заведением проводов статора через его пустотелую ось.
Число полюсов ротора всегда четно. Магниты, используемые в этих движках, обычно имеют прямоугольную форму. Иногда применяются, конечно, магниты цилиндрической формы, но это гораздо реже. Монтируются же магниты так, чтобы их полюса чередовались.
Не всегда случается совпадение количества магнитов и полюсов (может случаться так, что несколько магнитов формируют один полюс).
Размеры устанавливаемых в моторах магнитов различны и зависят они от самого движка и его характеристик. От мощности используемых магнитов зависит то, каким будет момент развиваемой на валу силы.
К ротору магниты крепятся при помощи особого клея (встречаются, конечно, варианты с магнитодержателями, но гораздо реже). Сам ротор может быть изготовлен как из магнитопроводящего материала (сталь), так и из немагнитопроводящего (сплавы алюминия, пластик и пр.), и комбинированным.
Обмотки трехфазных моторов без коллектора наматываются проводом из меди. Провод же используется и одножильный и многожильный. Статоры этих двигателей изготавливают из сложенных листов стали, являющейся магнитопроводящей.
Статор должен иметь столько зубьев, чтобы их количество делилось на количество рабочих фаз. Статор может иметь такое число зубьев, что оно как больше, так и меньше, чем полюсов у ротора.
Наиболее простой движок, имеющий три полюса статора. Однако используется подобная конструкция весьма редко (поскольку, в любой момент времени в работе лишь пара фаз, в результате чего возникает вибрация и перекос). Чтобы избавиться от этих неприятных явлений, делается много полюсов, а обмотки равномерно распределяются между ними. В таком случае не возникает разбалансировки магнитных сил.
Помимо всего прочего, такие моторы могут снабжаться, либо не снабжаться датчиками положения ротора. Датчики, в большинстве своем, работают на принципе эффекта Холла. Они реагируют на магнитные поля и располагаются по статору так, чтобы магниты ротора действовали на них (то есть под углом 120 градусов между собой). Естественно, имеется ввиду 120 электрических градусов.
Датчики могут располагаться и внутри и снаружи двигателя. Вторым способом можно оснащать движки, изначально не имеющие датчиков.
Иногда датчики ставят на специальное приспособление, дающее возможность небольшого перемещения датчиков. В то же время, если необходим реверс такого мотора, то устанавливается второй комплект датчиков Холла, настраиваемых на обратное направление вращения.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.
