Колекторний двигун - що це?

З давніх часів люди зрозуміли, що якщо не хочеш особисто докладати до чогось зусилля, то необхідно знайти собі заміну. Так, вози тягнули коні, на млинах працювали ослики, а кораблі по морю гнав вітер. Але з того часу багато води спливло, і люди навіть змогли придумати дещо сучасніше. І таким чимось сучасним є колекторний двигун, про який буде йти мова. Будуть розглянуті різновиди, схематичний вигляд, методи регулювання кількості обертів, а також переваги і недоліки при їх експлуатації.

Що називають колекторним двигуном?

Колекторним двигуном називається електрична машина, датчик положення ротора і перемикач струму в якій - це одне і те ж пристрій, зване щітково-колекторним вузлом. Про останній можна розповісти додатково. Він забезпечує електричне з'єднання ланцюгів в нерухомій частині машини з ланцюгами ротора. Конструктивно він складається з щіток (під ними розуміються ковзні контакти, які розташовані навколо обертової частини двигуна) і колектора (те, що знаходиться на рухоме елементі механізму). До загальних достоїнств можна віднести те, що колекторний двигун простий у виготовленні і експлуатації, має значний ресурс використання і легко може бути відремонтований. До загальних недоліків відносять те, що вони мають малу масу і великий коефіцієнт корисної дії. В більшості випадків це тільки плюс, але не зараз. Так, з'єднання низької маси і швидкохідності (яка досягає сотень і тисяч обертів у хвилину) призводить до того, що для нормальної роботи майже завжди потрібні редуктори. А при перебудові на низьку швидкість машина має знижений ККД, і виникають проблеми з охолодженням. Поки витонченого вирішення цієї проблеми знайти не вдалося.

Різновиди колекторного двигуна

Існує два основних типи, кожен з них має свої переваги і особливості. Дуже поширеними і різноманітними є колекторні електродвигуни постійного струму. Їх конструкції можна поділити на такі підтипи:

Найслабші, робоча напруга яких 3-9 Вольт, і які застосовуються у дитячих іграшках. Мають двополюсної статор, у якому встановлені постійні магніти. Колекторний вузол сконструйований з двох щіток, у якості яких зазвичай застосовуються мідні пластини. На відміну від статора, у цих двигунів ротор має три полюси. Встановлений він на підшипники ковзання. Потужність таких механізмів вимірюється в декількох одиницях Ват.

Середні двигуни мають робочу напругу 12 або 24 вольта. Використовуються в автомобілях, робочих верстатах, у вентиляційних системах охолодження. Генерують потужність в декілька десятків ватів. Мають багатополюсної ротор, який працює вже на підшипниках кочення. Колекторний вузол складається з 4 щіток (як правило, вже графітових). Статор має чотири полюси, але складається так само з постійних магнітів.

Існують ще двигуни, які можуть генерувати потужність, яка обчислюється сотнями Ват. Єдина відмінність від конструкції, описаної в пункті 2 полягає в тому, що для статора використовуються електромагніти.

Але крім таких представників є ще універсальні колекторні електродвигуни. Їх особливість в тому, що вони можуть працювати як на постійному, так і на змінному струмі. Використовуються вони в електроінструментах, побутової техніки та залізничному транспорті у складах, які їздять завдяки електровозів. Їх поширеність пояснюється малим розміром і вагою, відносно низькою ціною і можливістю легко відрегулювати кількість обертів. Завдяки тому що це колекторний двигун змінного струму, він може працювати і з нестабільними джерелами енергії в розумних межах.

Схематичний вигляд колекторного двигуна

Однієї загальноприйнятої схеми немає. Те, що ви бачите, це лише один з варіантів. Схема колекторного двигуна може бути побудована так, як захочеться. Є тільки вимоги до того, що повинно бути в рамках робочого креслення: статор і ротор. Колекторний двигун змінного струму також повинен оснащуватися запобіжником, який не дозволить йому згоріти.

Як регулювати кількість обертів?

Зміни можливі, якщо використовується регулятор оборотів колекторного двигуна. Відмінність кількості подаваної електроенергії може змінити їх кількість всього на 10 відсотків, плюс-мінус. Тоді як регулятор оборотів колекторного двигуна дозволяє зменшувати їх в рази, і його можна зробити самому або купити. І в будь-якому випадку вам необхідно перевірити, чи зможе він працювати в механізмі такої потужності і таких обертів (спочатку теоретично, а потім і на практиці). Адже якщо регулятор буде занадто слабким, то вийти з ладу для нього буде пліви справою.

Достоїнства і недоліки

Переваги, які має колекторний двигун:

Малий пусковий струм, що бажано для побутових пристроїв.

Універсальні двигуни можуть включатися в мережу безпосередньо, без випрямлення. Але це відноситься тільки до них. Двигуни постійного струму вимагають випрямлення.

Легше зробити керуючу схему.

Швидкохідність.

Більший пусковий момент.

Компактність схеми навіть з використання редуктора.

Недоліки:

Нестабільне значення потужності, що дають обороти колекторного двигуна, коли змінюється навантаження.

Відносно мала надійність і термін служби.

Із-за втрат індуктивності і перемагнічування статора може знижуватися ККД.

Безколлекторний аналог

По механічній характеристиці найбільш близьким є вентильний електродвигун. У ньому головним є інвертор, а не щітково-колекторний вузол. Але загальним недоліком цієї конструкції є більш низький максимальний момент при однакових габаритах.