Устройство коллекторного двигателя
Last updated
Last updated
Коллекторный двигатель - это тип электродвигателя, который использует устройство, называемое коллектором (коллекторный узел), для изменения направления тока в обмотках ротора. Такой двигатель состоит из следующих компонентов:
Статор - неподвижная часть двигателя, содержащая обмотки, через которые проходит электрический ток. В коллекторных двигателях статор создает магнитное поле, которое воздействует на ротор.
Ротор (или якорь) - это вращающаяся часть двигателя. На валу (1) ротора укрепляется сердечник якоря (2), набранный из пластин электротехнической стали. В пазы якоря укладывается обмотка якоря (3). Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел (4), где и происходит их переключение.
Коллектор и щетки. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми (т.е диэлектрическими) прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому он крепится.
К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимаются две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щетки подается потенциал, который и передается в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.
Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.
Вывод
Итак, подведем итоги. Коллекторный двигатель состоит из неподвижной части – статора(4) и подвижной – ротора(якоря) (1). В статоре располагаются обмотки возбуждения(обмотки предназначенные для создания магнитного поля возбуждения), ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии.
Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещен коллекторный узел(8), с помощью которого на обмотки ротора передается электрическая энергия. Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса(2,3). Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.
По внешней поверхности коллектора скользят щетки(6), расположенные в щеткодержателях(9) , которые за счет пружины обеспечивают определенное нажатие щетки на коллектор и надежный контакт щетки с коллектором при всех режимах работы двигателя
Еще немного про обмотки возбуждения и схемы их питания
В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают постоянные магниты или обмотки возбуждения(ОВ).
Здесь на схеме на геометрической оси щёток двигателя установлены дополнительные полюсы 7 с обмоткой 8, возбуждающей их магнитное поле. Дополнительные полюсы предназначены для уменьшения искрения под щётками, то есть для улучшения коммутации. Обмотка возбуждения 6 (она же обмотка магнитного полюса, который крепится к корпусу) и обмотка якоря с последовательно включённой обмоткой дополнительных полюсов 8 образуют две электрические цепи, которые могут питаться от одного или от разных источников постоянного тока.
По схеме питания этих цепей машины постоянного тока разделяют на машины с независимым (раздельным), параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.
К машинам с независимым возбуждениям относятся также машины с магнитоэлектрическим возбуждением, т.е. с возбуждением основного магнитного потока с помощью постоянных магнитов.
Принцип работы коллекторного двигателя.
Количество контактов равно количеству обмоток ротора. Ток идет от щёток (+ и -) на контакты коллектора, а дальше на обмотки ротора. При этом создается магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем обмоток возбуждения или постоянных магнитов статора.
Попеременное включение и отключение обмоток позволяет нужным образом отталкиваться и притягиваться относительно постоянных магнитов(обмоток) на статоре. И ротор начинает вращаться.
Другое объяснение, чуть более сложное, но более научное
Статор возбуждает постоянное магнитное поле, а ротор вращается в этом поле и осуществляет преобразование энергии. Для создания постоянного вращающего момента требуется, чтобы электромагнитная сила, создающая этот момент, была постоянной, что, в свою очередь, требует сохранения направления протекания тока по отношению к полюсам магнитного поля. Во вращающемся роторе функцию изменения направления тока при перемещении проводников обмотки к противоположному полюсу выполняет коллекторный узел.
Для сохранения направления действия этой силы ток в части рамки находящейся под северным полюсом должен протекать в направлении O-O′, а в находящейся под южным полюсом части рамки – в направлении O′-O. Поэтому через каждые полоборота ротора ток в сторонах ab и cd рамки должен менять направление на противоположное. Это происходит при переходе полуколец с одной щётки на другую. Полукольца рамки являются простейшим коллектором машины постоянного тока и вместе со щётками выполняют функцию преобразования постоянного тока в переменный с частотой вращения ротора.
Рассмотрим простейший двигатель постоянного тока. Он представляет собой проводник, изогнутый в виде рамки и подвешенный на оси OO′. Концы рамки abcd через полукольца и скользящие по ним щётки подключены к внешнему источнику постоянного тока . Взаимодействие протекающего в рамке тока с магнитным полем создаёт электромагнитную силу F, действующую на рамку и вызывающую её вращение.
