Как подключить коллекторный двигатель

Схема коллекторного двигателя переменного тока

Коллекторные двигатели переменного тока нашли свое широкое применение в различных видах бытовой техники:

• пылесосы;
• стиральные машины;
• шуруповерты;
• электродрели;
• строительные фены

и так далее. Полученные Вами элементарные знания об устройстве таких электрических машин, помогут Вам в дальнейшем находить различные причины таких поломок и соответственно, находить способы их устранения.

Устройство коллекторного двигателя — переменного тока

Общее представление об устройстве коллекторного двигателя переменного тока наглядно можно получить из данного схематического изображения \рис.1\.

К характерным неисправностям данного типа электродвигателей можно отнести следующие причины:

износ графитовых щеток;
износ коллектора;
износ щеткодержателей;

и износ подшипников.

Всем нам известные коллекторные электродвигатели переменного тока — от пылесоса \фото 1\ и другой бытовой техники \с наличием таких двигателей\, — подвергаются:

механическим;
электрическим

и тепловым перегрузкам, и в ряде случаев детали подлежат ремонту либо их полной замене.

Схема коллекторного двигателя — переменного тока

В данном рисунке представлена универсальная схема коллекторного двигателя \рис.2\. Схема имеет три вывода проводов от двух обмоток статора, для подключения как к переменному так и к постоянному напряжениям, то-есть, двигатель способен работать как от постоянного так и от переменного тока. рис.2

На схеме даны следующие обозначения:

Е1, F2 — начала обмоток статора;
F1 E2 — концы обмоток статора;
A1 A2 — контакты графитовых щеток с коллектором;
N — нейтраль;
М — ротор электродвигателя;

Два конца провода из трех выводов обмоток статора необходимы так-же для подключения сглаживающего фильтра \конденсатора\.

Сопротивление обмоток — коллекторного двигателя

Для замера сопротивлений обмоток статора коллекторного двигателя нужно соединить поочередно щупы измерительного прибора с выводами проводов \фото 2\.

Замеры сопротивлений обмоток статора выполняются с целью определения их целостности либо разрыва \перегорания\ провода в обмотке.

Чтобы измерить сопротивление обмоток ротора коллекторного двигателя, — выполняется замер сопротивления ламелей \начала и концы обмоток ротора, соединенные с металлическими пластинами\ — на коллекторе \фото 3, рис. 3\.

И чтобы проверить отсутствие либо замыкание обмотки на корпус магнитопровода ротора, нужно соединить один конец щупа прибора с пластиной коллектора и второй щуп соединить с магнитопроводом \рис. 4\.

При замыкании обмотки ротора на корпус магнитопровода — сопротивление для данного участка приймет нулевое значение.

В данной теме Вы ознакомились с устройством и способами проведения диагностики коллекторного электродвигателя, и это далеко еще не все.

Следите за рубрикой сайта.

Устройство и схема подключения коллекторного двигателя переменного тока

Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения двигателя, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.

Содержание скрыть

Особенности конструкции и принцип действия

По сути, коллекторный двигатель представляет собой достаточно специфичное устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и, в силу этого, обладающее схожими характеристиками. Отличие этих двигателей состоит в том, что корпус статора мотора переменного тока для снижения потерь на вихревые токи выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Обмотки возбуждения машины подключаются последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220в.

Могут быть как одно-, так и трехфазными, благодаря способности работать от постоянного и переменного тока называются ещё универсальными. Кроме статора и ротора конструкция включает щеточно-коллекторный механизм и тахогенератор. Вращение ротора в коллекторном электродвигателе возникает в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин трапецеидального сечения и является одним из узлов ротора, последовательно соединенного с обмотками статора.

В целом принцип работы коллекторного мотора можно наглядно продемонстрировать с помощью известного со школы опыта с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если через рамку протекает ток, она начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления движения тока в ней.

Последовательное подсоединение обмоток возбуждения дает большой максимальный момент, но появляются большие обороты холостого хода, способные привести к преждевременному выходу механизма из строя.

Упрощенная схема подключения

Типовая схема подключения может предусматривать до десяти выведенных контактов на контактной планке. Ток от фазы L протекает до одной из щеток, затем передается на коллектор и обмотку якоря, после чего проходит вторую щетку и перемычку на обмотки статора и выходит на нейтраль N. Такой способ подключения не предусматривает реверс двигателя вследствие того, что последовательное подсоединение обмоток ведет к одновременной замене полюсов магнитных полей и в результате момент всегда имеет одно направление.

Направление вращения в этом случае можно изменить, только поменяв местами выхода обмоток на контактной планке. Включение двигателя «напрямую» выполняется только с подсоединенными выводами статора и ротора (через щеточно-коллекторный механизм). Вывод половины обмотки используется для включения второй скорости. Следует помнить, что при таком подключении мотор работает на полную мощность с момента включения, поэтому эксплуатировать его можно не более 15 секунд.

Управление работой двигателя

На практике используются двигатели с различными способами регулирования работы. Управление коллекторным мотором может осуществляться с помощью электронной схемы, в которой роль регулирующего элемента выполняет симистор, «пропускающий» заданное напряжение на мотор. Симистор работает, как быстросрабатывающий ключ, на затвор которого приходят управляющие импульсы и открывают его в заданный момент.

В схемах с использованием симистора реализован принцип действия, основанный на двухполупериодном фазовом регулировании, при котором величина подаваемого на мотор напряжения привязана к импульсам, поступающим на управляющий электрод. Частота вращения якоря при этом прямо пропорциональна приложенному к обмоткам напряжению. Принцип работы схемы управления коллекторным двигателем упрощенно описывается следующими пунктами:

• электронная схема подает сигнал на затвор симистора,
• затвор открывается, по обмоткам статора течет ток, придавая вращение якорю М двигателя,
• тахогенератор преобразует в электрические сигналы мгновенные величины частоты вращения, в результате формируется обратная связь с импульсами управления,
• в результате ротор вращается равномерно при любых нагрузках,
• реверс электродвигателя осуществляется с помощью реле R1 и R

Помимо симисторной существует фазоимпульсная тиристорная схема управления.

Преимущества и недостатки

К неоспоримым достоинствам таких машин следует отнести:

• компактные габариты,
• увеличенный пусковой момент, «универсальность» работа на переменном и постоянном напряжении,
• быстрота и независимость от частоты сети,
• мягкая регулировка оборотов в большом диапазоне с помощью варьирования напряжения питания.

Недостатком этих двигателей принято считать использование щеточно-коллекторного перехода, который обуславливает:

• снижение долговечности механизма,
• искрение между и коллектором и щетками,
• повышенный уровень шумов,
• большое количество элементов коллектора.

Типичные неисправности

Наибольшего внимания к себе требует щеточно-коллекторный механизм, в котором наблюдается искрение даже при работе нового двигателя. Сработанные щетки следует заменить для предотвращения более серьезных неисправностей: перегрева ламелей коллектора, их деформации и отслаивания. Кроме того, может произойти межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, в результате которого происходит значительное падение магнитного поля или сильное искрение коллекторно-щеточного перехода.

Избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя может грамотная эксплуатация устройства и профессионализм изготовителя в процессе сборки изделия.

Подключение коллекторного двигателя переменного тока

Мы вновь возвращаемся в мир занимательного — как электротехника, так как считаю, что эти знания нам просто всем необходимы в нашей повседневной жизни.

Подключение однофазного коллекторного двигателя — переменного тока

В этой теме необходимо понять, — как именно подключается однофазный коллекторный двигатель переменного тока, допустим, после его ремонта. Электрическая схема рис.1 дает нам представление о характере электрических соединений, то-есть, здесь мы можем заметить, что две обмотки статора электродвигателя в электрической цепи состоят в последовательном соединении, а две обмотки ротора электродвигателя относительно внешнего источника напряжения — соединены параллельно и электрическая цепь для данного примера замыкается на обмотках ротора электродвигателя.

Кто разбирал из нас бытовые потребители электроэнергии как:

электродрель

и далее, со мной согласятся, что для электрической схемы \рис.1\ недостает еще одного элемента — конденсатора. Следовательно, к данному названию типа двигателя можно еще добавить такое название как конденсаторный электродвигатель . Если следовать логическому мышлению, то конденсатор в схеме электродвигателя в обязательном порядке соединяется с пусковой обмоткой статора, который служит для первоначального сдвига ротора. Соответственно мы пришли к выводу, что конденсатор непосредственно должен состоять в последовательном соединении с пусковой обмоткой. Для примера, приведена схема однофазного двигателя с рабочей и пусковой обмотками статора, где сопротивление на каждой обмотке будет принимать свое значение \рис.2\.

В зависимости от типов асинхронных двигателей и их применения \рис.3\, существуют следующие схемы подключения к однофазной сети:

а) омический сдвиг фаз, биффилярный способ намотки пусковой обмотки;

б) емкостной сдвиг фаз с пусковым конденсатором;

в) емкостной сдвиг фаз с пусковым и рабочим конденсатором;

г) емкостной сдвиг фаз с рабочим конденсатором.

В схемах указаны следующие обозначения:

А — рабочая обмотка;
В — пусковая обмотка;
Ср — рабочий конденсатор;
Сп — пусковой конденсатор.

Перед подключением коллекторного однофазного двигателя, необходимо определить:

обмотки статора. Конденсатор, с его номинальными значениями по емкости и напряжению, и соответствующими данными для определенного типа двигателя, следует подключать к пусковой обмотке статора — последовательно. Сопротивление обмоток статора принимает следующие средние значения:

• рабочая обмотка 10-13 Ом;
• пусковая обмотка 30-35 Ом;
• общее сопротивление обмоток 40-45 Ом,

— для некоторых видов бытовой техники. Выполняя замеры сопротивлений на выводах проводов обмоток статора можно определить пусковую обмотку с ее средним значением. То-есть, сопротивление пусковой обмотки принимает среднее значение между рабочей обмоткой и общим сопротивлением двух обмоток — рабочей и пусковой.

Управление коллекторным двигателем — без реостата

Для управления коллекторным двигателем — без реостата, вполне подойдет пакетный переключатель, с помощью которого осуществляется переключение контактной группы — в переключателе \рис.4\.

В этом примере, в зависимости от переключения позиции, будет изменяться направление вращения ротора электродвигателя, работа осуществляется с постоянной скоростью и оборотами двигателя, изменяется только полярность обмоток статора.

переключатель кулачковый пакетный

Для управления скоростью вращения ротора электродвигателя, можно воспользоваться симисторным регулятором скорости вращения. Данное электроустановочное изделие как и все остальные, подбирается с учетом номинальных значений по силе тока и напряжению, — учитывается подключаемая нагрузка \мощность потребителя электрической энергии\.

Мощность потребителя, как наглядно видно из формулы \рис.5\, это произведение силы тока и напряжения. Для чего вообще необходимо проводить преварительные вычисления? Нагрузка, как известно нам, подключается через автомат защитного отключения. Чтобы установить и подключить автомат защитного отключения, принимается во внимание расчет по силе тока нагрузки \рис.6\.

симисторный регулятор скорости вращения электродвигателя

В кратце, чтобы представить — что из себя представляет симисторный регулятор, опять-же нужно вспомнить основы электроники . Симистор, состоящий в схеме управления, выполняет функцию регулирующего элемента — для питания электродвигателя \рис.7\.

На рисунке показаны выводы симистра:

При поступлении импульса на вход G — симистор открывается \рис.8\, то-есть, выполняет роль электронного ключа — для питания электродвигателя.

На фотоснимке показано изображение электронного модуля управления. Электронный модуль управления встречается в стиральных машинах-автомат, работающих в заданом, автоматическом режиме.

электронный модуль управления стиральной машины индезит

Подключение коллекторного двигателя — через реостат

В этом схематическом изображении \рис.9\ показано подключение нагрузки к выводным клеммам генератора через реостат. Нагрузкой здесь является электрическая лампа накаливания. Реостат в электрической схеме состоит в последовательном соединении, нагрузка \лампочка\ соединена в схеме параллельно. Таким-же образом, вместо данной нагрузки можно подключить коллекторный двигатель , работающий от источников электрической энергии, таких как:

генератор переменного тока;
генератор постоянного тока

либо от внешнего источника энергии, то-есть, от электрической сети. При подключении коллекторного двигателя нужно принимать во внимание электрическую схему обмоток статора, тип двигателя, как допустим для следующей схемы \рис.10\.

Электрическая схема представляет из себя схему универсального коллекторного двигателя , где двигатель может работать как от переменного так и от постоянного тока.

В свое время мною было изготовлено определенное количество электрических наждаков, электрические двигатели монтировались на платформу с последующим подключением, на вал ротора закреплялась насадка для установки наждачного круга, поэтому, в своей практике приходилось подключать различные типы электродвигателей.

Приведенный пример \по электрическим наждакам\, — тема довольно-таки тоже занимательная и полезная для наших бытовых нужд.

Остается пожелать Вам успешного проведения ремонта для различных видов бытовой техники.

Коллекторные двигатели переменного тока

Для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот, используют моторы. Коллекторный двигатель позволяет плавно менять скорость. Существует несколько разновидностей этих устройств. Наибольший интерес для пользователей представляет оборудование, пригодное для работы в стандартной сети. Внутреннее устройство коллекторного двигателя переменного тока простое, оно во многом схоже с моторами постоянного тока, но обходится без магнитов и лучше приспособлено для работы со стандартной сетью 220 В и 50 Гц. Этот двигатель можно часто встретить в быту, например, инструменты вроде дрели и различные приборы — от вентилятора до стиральной машины.

Виды двигателей

Электромоторы могут использовать постоянный или переменный ток. В зависимости от требуемой мощности и условий эксплуатации электродвигатель разрабатывают для однофазной или трехфазной сети. Некоторые модели можно подключать к разным источникам, но для этого может понадобиться особая схема.

Выделяют два основных типа двигателей:

• Коллекторные. Название указывает на наличие в конструкции коллектора. Этот элемент служит для передачи электроэнергии. Щеточно-коллекторный узел помогает переключать ток в обмотках. Подвидами коллекторных двигателей являются работающие только на постоянном токе и универсальные моторы.
• Бесколлекторные. Также разделены на подвиды: бывают синхронными и асинхронными. При этом полезно различать бесколлекторные и бесщеточные двигатели, поскольку существует конструкция, состоящая из щеток и кольца.
• Сервоприводы. Выделяют в отдельный класс. Они используются в системах, где важно точно определять положение и скорость ротора.

Достоинства и недостатки коллекторных двигателей

Главным преимуществом является возможность включения в стандартную сеть 220В напрямую. Несмотря на то, что КПД при применении постоянного тока больше, пользоваться зачастую удобнее именно переменным. В дома и на производства поставляют именно его. Коллекторные двигатели переменного тока обладают набором достоинств, которые и приводят к их популярности:

• плавная регулировка скорости;
• простота управления. Изменять обороты можно за счет изменения напряжения на входе;
• нет сложных частей и электронных компонентов, поэтому и стоимость невысокая;
• компактные и легкие;
• небольшой пусковой ток.

Двигатель прост и достаточно надежен, но недостатки у такой конструкции все же есть:

• коллектор нуждается в обслуживании;
• щетки изнашиваются, могут искрить;
• образуется много шума при работе.

Коллекторный мотор в щадящих условиях может проработать достаточно долго. Бытовые приборы демонстрируют высокую надежность, иногда они функционируют без обслуживания по десять и более лет. Но все же конструкция обладает особенностями, которые не стоит игнорировать. Если пользователь заметил что-то странное с мотором, например, упала мощность, то можно заменить щетки или проверить предохранители. Перед этим полезно убедиться, что проблемы не связаны с падением напряжения в сети или выходом из строя аккумулятора.

Еще одним недостатком для бытового прибора является шум. Коллекторные моторы не могут похвастаться тихой работой. Дрели, пылесосы и стиральные машинки производят много шума, особенно при работе на высоких оборотах.

Особенности устройства коллекторного электродвигателя

Коллекторный электрический двигатель переменного тока устроен достаточно просто. Его основные элементы:

• Ротор или якорь. Подвижная часть устройства, на которой расположены металлические пластины с обмотками. Якорь должен быть сбалансирован, иначе биения будут препятствовать работе мотора.

• Статор. Неподвижная часть двигателя. На ней также размещают обмотки, а если двигатель работает на постоянном токе, то используют магниты.
• Обмотки. Важная часть мотора, поскольку электромагнитное поле создается за счет протекания токов по обмоткам. Способов намотать проводник существует несколько. Можно встретить стержневые и шаблонные обмотки. Тип зависит от мощности двигателя и расположения проводника.
• Щетки. Графитовые или металлические щетки служат для передачи тока на вращающуюся часть механизма. Эта особенность конструкции создает некоторые ограничения, поскольку щетки могут искрить на большой скорости, что нежелательно.
• Коллектор. Представляет собой цилиндр, собранный из медных пластин, которые изолированы друг от друга. К каждой из них подключены электроды. Эта часть контактирует со щетками.
• Подшипники. Плавное скольжение ротора помогут обеспечить эти детали. Применяют как шарикоподшипники, так и подшипники скольжения.

Подобную конструкцию можно встретить и у некоторых двигателей постоянного тока. Поэтому в учебниках часто не выделяют этот тип двигателя в отдельную категорию.

Принцип работы коллекторного двигателя

Понять за счет чего вращается ротор можно, если рассмотреть магнитное поле. Движение проводника в нем будет сопровождаться появлением ЭДС. Соответственно проводник будет стремиться развернуться в магнитном поле таким образом, чтобы снизить воздействие на себя. На этом основан принцип работы коллекторного двигателя. На статоре и роторе в случае универсального мотора расположены обмотки. Они и будут создавать электромагнитные поля, взаимодействие которых приведет детали в движение.

Рассчитать вращающий момент можно при помощи формулы:

Эта величина измеряется в Ньютонах, умноженных на метр. Следует учесть, что ток (I) и магнитный поток (Φ) изменяются по закону синуса. Кроме того, для последнего параметра придется учесть сдвиг фаз.

КПД при работе на переменном токе несколько ниже, чем при подключении к источнику постоянного тока с тем же напряжением. Уменьшение мощности связано с перемагничиванием статора и присутствующей индуктивностью.

Режимы работы мотора

У мотора есть прямой ход, который подойдет для работы под нагрузкой, а также можно заставить ротор вращаться в противоположную сторону. Такое действие получило название «реверс». Этот режим не всегда предусмотрен и нужен в технике. Например, у блендера и пылесоса реверс отсутствует. Зато он просто необходим для дрелей и шуруповертов. Невозможно завинтить и вывинтить крепеж, не используя реверс.

Схемы подключения двигателя

Подключить коллекторный двигатель к однофазной сети несложно. Но у бытовых приборов бывает затруднительно добраться до двигателя. Поэтому лучше запомнить, как подключены элементы, если требуется самостоятельно что-то поменять в схеме.

Существует типовая схема подключения коллекторного двигателя, которую можно взять за основу. Она предполагает последовательное соединение главных элементов — обмоток. Также известны схемы параллельного, независимого и смешанного подключения. При параллельном максимальное усилие ниже, поэтому его применяют реже. Остальные варианты тоже непопулярны. Типовая схема последовательного подключения коллекторного мотора выглядит так:

Чтобы была возможность управлять двигателем, его можно подключить к регулятору. Простой вариант — это тиристорная схема. Подойдут разные варианты понижения напряжения. Можно использовать реостат, симистор и пр. Если используется постоянный ток и установлена какая-то микросхема, то применяют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ).

Типовая схема обладает существенным недостатком: она не позволяет двигателю работать в режиме реверса. Для реверсивного вращения требуется сменить направление токов на обмотках одного из элементов.

Где применяют универсальные электродвигатели

В бытовой технике и электроинструментах коллекторный мотор встречается часто. Он позволяет получать до 10 000 оборотов в минуту, при этом можно отрегулировать скорость, использовать реверс при необходимости. Универсальный двигатель устанавливают в дрели, шуроповерты, рубанки, лобзики и подобные электроинструменты. Среди бытовой техники такой мотор используется в фенах, швейных и стиральных машинах, блендерах, мясорубках.

Видео по теме

• Главная
• Оборудование
• Пускатели, реле, двигатели