Електродвигун постійного струму: принцип роботи, конструкція, переваги і недоліки

Електродвигун постійного струму складається з обертових нагнітальних елементів, розміщених на статично закріплену станину. Подібні пристрої широко затребувані в технічних областях, де потрібно підвищення діапазони регулювання швидкостей, підтримання стабільного обертання приводу.

Конструкція

Конструктивно електродвигун постійного струму складається з ротора (якоря), індуктора, колектора і щіток. Давайте розглянемо, що являє собою кожний елемент системи:

Ротор складається з безлічі котушок, що покриті проводить струм обмоткою. Деякі електродвигуни постійного струму 12 вольт містять до 10 і більше котушок.

Індуктор – нерухома частина агрегату. Складається з магнітних полюсів і станини.

Колектор – функціональний елемент двигуна у вигляді циліндра, розміщеного на валу. Містить ізоляцію у вигляді мідних пластин, а також виступи, які знаходяться в ковзному контакті з щітками двигуна.

Щітки – нерухомо закріплені контакти. Призначені для підведення електричного струму до ротора. Найчастіше електродвигун постійного струму оснащується графітовими і мідно-графітовими щітками. Обертання вала призводить до замикання і розмикання контактів між щітками і ротором, що викликає іскріння.

Робота електродвигуна постійного струму

Механізми даної категорії містять спеціальну обмотку збудження на індукторного частини, куди надходить постійний струм, що у наступному перетворюється в магнітне поле.




Обмотка ротора піддається впливу потоку електроенергії. З боку магнітного поля на даний конструктивний елемент впливає сила Ампера. В результаті утворюється крутний момент, що провертає роторну частина на 90 про . Триває обертання робочих валів двигуна за рахунок утворення ефекту комутації на щітково-колекторному сайті. При надходженні електричного струму на ротор, який знаходиться під впливом магнітного поля індуктора, електродвигуни постійного струму (12 вольт) створюють момент сили, що призводить до виробленні енергії в процесі обертання валів. Механічна енергія передається від ротора до іншим елементам системи з допомогою ремінної передачі.

Типи

В даний час виділяють декілька категорій електродвигунів постійного струму:

З незалежним збудженням – живлення обмотки здійснюється від незалежного джерела енергії.

З послідовним збудженням – обмотка якоря включена послідовно з обмоткою збудження.

З паралельним збудженням – обмотка ротора включена в електричну ланцюг паралельно джерелу живлення.

Зі змішаним збудженням – двигун містить кілька обмоток: послідовну і паралельну.

Управління електродвигуном постійного струму

Пуск двигуна здійснюється за рахунок роботи спеціальних реостатів, які створюють активний опір, що включається в ланцюг ротора. Для забезпечення плавного запуску механізму реостат має ступінчастою структурою.




Для старту реостата задіюється все його опір. По мірі зростання швидкості обертання виникає протидія, що накладає обмеження на зростання сили пускових струмів. Поступово щабель за щаблем збільшується підводиться до ротору напруга. Електродвигун постійного струму дозволяє регулювати швидкість обертання робочих валів, що здійснюється наступним чином:

Показник швидкості нижче номінальної коригується зміною напруги на роторі агрегату. При цьому крутний момент залишається стабільним.

Темп роботи вище номінального регулюється струмом, який виникає на обмотці збудження. Значення крутного моменту знижується при підтримці постійної потужності.

Управління роторним елементом здійснюється за допомогою спеціалізованих тиристорних перетворювачів, які являють собою приводи постійного струму.

Переваги і недоліки

Порівнюючи електродвигуни постійного струму з агрегатами, що функціонують на змінному струмі, варто відзначити їх підвищену продуктивність і збільшений коефіцієнт корисної дії.




Обладнання даної категорії відмінно справляється з негативним впливом чинників навколишнього середовища. Цьому сприяє наявність повністю закритого корпусу. Конструкція електродвигунів постійного струму передбачає наявність ущільнень, що виключають проникнення вологи в систему. Захист у вигляді надійних ізоляційних матеріалів дає можливість задіяти максимальний ресурс агрегатів. Допускається застосування подібного обладнання при температурних умовах в межах від -50 до +50 про С і відносній вологості повітря близько 98 %. Запуск механізму можливий після періоду тривалого простою. Серед недоліків електричних двигунів постійного струму на перше місце виходить досить швидкий знос щіткових вузлів, що вимагає відповідних витрат на обслуговування. Сюди ж ставиться вкрай обмежений термін служби колектора.