Коллекторный двигатель- принцип работы и отличия от бесколлекторного двигателя

Особенности электромоторов

Одна из причин, по которой конструкторы проявляют интерес именно к бесколлекторным электродвигателям — это необходимость в высокооборотных моторах с небольшими размерами. Причём у этих двигателей очень точное позиционирование. В конструкции имеется подвижный ротор и неподвижный статор. На роторе находится один постоянный магнит или несколько, расположенных в определённой последовательности. На статоре же находятся катушки, которые создают магнитное поле.

Нужно отметить еще одну особенность — бесколлекторные электродвигатели могут иметь якорь, расположенный как внутри, так и на внешней стороне. Следовательно, два типа конструкции могут иметь определенное применение в различных сферах. При расположении якоря внутри получается добиться очень высокой скорости вращения, поэтому такие моторы очень хорошо работают в конструкциях систем охлаждения. В том случае, если устанавливается привод с внешним расположением ротора, можно добиться очень точного позиционирования, а также высокой устойчивости к перегрузкам. Очень часто такие моторы используются в робототехнике, медицинском оборудовании, в станках с частотным программным управлением.

Коллекторные vs асинхронные двигатели

Вопрос – коллекторный двигатель или асинхронный – решаем первоочередно. Процесс несложный. Коллектором называется барабан, разделенный медными секциями, формой близкой прямоугольной, сделанными из меди. Формирует токосъемник, в коллекторных двигателях ротор всегда питается электрическим током. Постоянным, переменным – поле создается приложенным напряжением.

Коллекторный двигатель содержит минимум две щетки. Трехфазные встретим редко. Сведения о таких агрегатах описаны литературой середины прошлого века. Применялись коллекторные трехфазные двигатели, регулируя скорость вращения вала в широких пределах. Мотор указанного типа снабжен щетками, медным барабаном, разделенным секциями. Пропустить признак и невооруженным глазом затруднительно. Примеры коллекторных двигателей:

1. Пылесос, стиральная машина.
2. Болгарка, дрель, электрический ручной инструмент.

Коллекторные двигатели широко используются, обеспечивая сравнительно простой реверс, реализуемый переменой коммутации обмоток. Скорость регулируется изменением угла отсечки питающего напряжения, либо амплитуды. К общим недостаткам коллекторных двигателей относятся:

• Шумность. Трение щетками барабана неспособно происходить бесшумно. При переходе секцией идет искрение. Эффект вызывает помехи радиочастотного диапазона, издается сонм посторонних звуков. Коллекторные двигатели сравнительно шумные. Потрудитесь вспомнить пылесос. Стиральная машина, выполняя режим стирки работает не так громко? Низкие обороты коллекторных двигателей хороши.
• Необходимость обслуживания обуславливается наличием трущихся деталей. Токосъемник чаще загрязнен графитом. Попросту недопустимо, может замкнуть соседние секции. Грязь повышает уровень шума, прочие негативные эффекты.

Все хорошо в меру. Коллекторные двигатели позволят получить заданную мощность (крутящий момент), на старте, после разгона. Сравнительно просто регулировать обороты. Названа причина увлечения бытовой техники коллекторными разновидностями, асинхронные двигатели выступают сердцем оборудования, обладающего повышенными требованиями к уровню звукового давления. Вентиляторы, вытяжки. Серьезные нагрузки потребуют внесения серьезных конструктивных изменений. Повышаются стоимость, размеры, сложность, делая невыгодным изготовление.

Серводвигатели

В то время как коллекторные двигатели постоянного тока и бесколлекторные двигатели разработаны для регулируемой скорости, серводвигатели разработаны для точного позиционирования.

Оценка характеристик серводвигателей

Серводвигатели оснащены встроенным аппаратным обеспечением для определения положения, что позволяет контроллеру серводвигателя измерять точное угловое положение вала двигателя, также называемое углом поворота. Сочетание точного позиционирования и высокого крутящего момента, предлагаемое серводвигателями, делает их отличным выбором для ряда проектов, связанных с робототехникой.

Примеры использования серводвигателей в проектах

Шагающий робот

Если вы создаете шагающего робота, имеет ли он две, четыре, шесть или даже большее количество ног, серводвигатели почти наверняка будут выполнять основную работу в вашем проекте.

В шагающих роботах серводвигатели действуют как суставы

В шагающих роботах серводвигатели выступают в качестве суставов (и немного похожи на мышцы, но анатомическая аналогия здесь немного нарушается). Компьютер, на котором работает ваш робот, будет использовать обратную кинематику для вычисления угла, который должен принимать каждый сустав, чтобы выставить робота в определенном положении. Серводвигатели позволяют контроллеру точно управлять углом каждого сустава робота.

Если вы строите шагающего робота, то, скорее всего, вы будете использовать много серводвигателей!

Роботизированные руки

Серводвигатели также полезны для создания роботизированных рук (роботов-манипуляторов). Высокая точность позиционирования, предлагаемая серводвигателями, позволяет микроконтроллеру устанавливать конечный исполнительный механизм манипулятора с высокой степенью точности.

Это робот-манипулятор uArm Metal, работающий на сервоприводах

Серводвигатели также обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях, благодаря редуктору между двигателем и выходным валом, что позволяет роботам-манипуляторам поднимать тяжелые предметы.

Наконец, сервопривод будет сопротивляться внешним силам, пытающимся изменить положение манипулятора. Например, если вы соберете роботизированную руку и заставите ее пройти дальше точки, которую ищет микроконтроллер, то, как только вы перестанете прикладывать усилие к манипулятору, серводвигатели вернутся в исходное положение.

Шаговые двигатели (описанные в следующем разделе), напротив, не имеют механизма для определения того, изменяют ли их положение внешние силы.

Рулевое управление для радиоуправляемых машин

В радиоуправляемых машинах серводвигатели обычно используются для рулевых механизмов. Поскольку сервоприводы могут быть точно установлены в нужное положение, а затем возвращены в центральное положение, они идеально подходят для рулевого управления. Серводвигатели позволяют управлять всеми видами радиоуправляемых проектов: от рулевых реек на радиоуправляемых машинках, до рулей направления на лодках, до управляющих поверхностей на самолетах.

Конструкция

Главной деталью считается коллектор. На фото показано, что деталь трудно перепутать. Коллектор легко просматривается через любую щель. Это барабан медного цвета, состоящий из множества отделённых друг от друга канавками ламелей. Структура коллектора сложна, каждую катушку нужно включить в двух направлениях для увеличения мощности. Этого не сделал однажды Якоби, и результат получился посредственным.

Обмотка якоря (движущейся части двигателя) состоит из множества катушек, образующих полюса. Конструкция симметрична для минимизации люфта, биений, снижения уровня вибраций. Это повышает срок эксплуатации изделия.

Коллектор, укреплённый на валу, становится распределителем электрической энергии, механическим коммутатором. Сегодня альтернативой этому варианту признаны вентильные двигатели с электронным управлением. За счёт своеобразной конструкции коллектор сильно искрит: при разрыве поверхностей щётки и ламели образуется быстро гаснущая дуга. Это становится причиной шума. По уровню постороннего звука коллекторные двигатели превосходят в разы прочие приспособления.

Щётки постепенно изнашиваются. Они состоят из контакта-шайбы под резьбовое соединение; толстого, характерного вида многожильного медного провода и графитового тела. По этим признакам узнаётся коллекторный двигатель, если задняя его часть закрыта кожухом, как показано на фото. Не нужно искать графитовое тело, достаточно посмотреть, куда идёт кабель. Конструкция держателей различается, но щётка легко снимается и заменяется на новую. Для обеспечения надёжного контакта служит прижимная пружина. Она присутствует во всех конструкциях, графитовое тело в процессе эксплуатации стачивается.

Несложно проиллюстрировать на болгарке (угло-шлифовальной машине). Для доступа имеются специальные крышки, позволяющие заменить щётку, не вскрывая корпуса. Чем обеспечиваются высокие эксплуатационные качества. Часто объем работ по резке и зачистке металлов на болгарку ложится большой, в пылу работы разбирать корпус не станет лучшим решением. Если присутствуют крышки, показанные на фото, достаточно снять их и заменить деталь. Резьбовое соединение здесь отсутствует, щётка прижимается к коллектору непосредственно крышкой.

Шлицевой отвёрткой нужно провернуть заглушку и извлечь старую щётку. Контактная площадка легко выбрасывается наружу, подталкиваемая пружиной. При невозможности достать идентичную щётку, допускается графитовое тело подточить. Форма контакта роли не играет, при необходимости припаивается нужной формы шайба, площадка и пр.

Из сказанного следует, что коллекторный двигатель в высшей степени ремонтопригодный. Отношение свысока к конструкциям постоянного тока неправильная политика. Эффективность переменного тока (крутящий момент, КПД) ниже. Причина – скорость вращения вала не всегда совпадает с частотой сети. Сложно предсказать результат векторного сложения полей всех полюсов.

Плюсы и минусы сравниваемых двигателей

Электродвигатели с коллектором применяются в детских игрушках, моделях автомобиля, судомоделировании и т.п. Более мощные устройства с обмоткой возбуждения применяются в автомобилестроении, бытовой технике, в токарном станке или сверлильном и т.д.

Широкое применение обусловлено:

• Невысокой ценой.
• Простотой управления. Для регулировки скорости достаточно иметь реостат, а для осуществления реверса — изменить полярность в цепи возбуждения или якоря.
• Можно подключать непосредственно к питающей сети.
• Скорости вращения ротора можно менять в широком диапазоне.
• Небольшие пусковые токи.

Но при простоте устройства коллекторные двигатели имеют недостатки:

• Невысокий КПД.
• Ограниченный срок службы.
• Необходимость в постоянном обслуживании.
• Невысокая надежность устройства.

При этом такие двигатели применяются не во всех отраслях промышленности. Их нельзя использовать во взрывоопасных помещениях. При эксплуатации на высоких скоростях быстро выходит из строя коллектор и щетки.

В результате происходит снижение мощности, а токоподводящие щетки начинают искрить. Такое конструктивное отличие приводит к быстрому выходу из строя ламелей коллектора, создаются помехи в радиоаппаратуре.

Щетки приходится менять, а коллектор протачивать, что сокращает срок службы двигателя. Это является основным недостатком таких устройств.

В бесколлекторных электродвигателях отсутствует коллектор. В этом состоит отличие бесеколлекторных двигателей от коллекторных, в связи с чем и отсутствуют указанные выше недостатки.

Достоинствами таких электрических машин являются:

• Отсутствие трущихся частей позволяет сократить потери мощности на трение. Не требуется постоянно следить за состоянием щеток, так как они отсутствуют. Это отличие позволяет увеличить межремонтный период.
• Возможность использования корпуса в качестве рабочего органа. Эта конструктивная разница позволяет применять механизмы непосредственно в качестве колес.
• Бесколлекторные электродвигатели, в отличие от коллекторных более долговечны. При этом они менее подвержены перегреву, т.к. отсутствует коллектор и щетки, которые в процессе работы сильно нагреваются.
• Мгновенно набирают обороты.
• Могут применяться во всех отраслях промышленности, в пожаро- и взрывоопасных помещениях. Из-за отсутствия коллектора не возникает искрения, чем они и лучше.

Но у данного типа двигателя имеется существенный недостаток: бесколлекторные модели можно использовать только с драйвером-коммутатором. С помощью этого устройства задаются режимы работы, скорость и направление вращения. При этом стоимость бесколлекторных двигателей значительно выше. Разница в стоимости может быть значительной. Это то, чем отличаются они от устройств с коллектором.

Малый вес и высокая мощность — это то, что лучше сочетается в приборах с дистанционным управлением, например, для квадрокоптера, где от веса и КПД зависит дальность и время полёта.

Замена якоря самостоятельно в домашних условиях

Практика показывает, что если решено заменить якорь болгарки, то менять его лучше всего вместе с опорными подшипниками и крыльчаткой охлаждения двигателя.

Для замены потребуются:

1. Новый якорь УШМ. Должен соответствовать вашей модели. Взаимозамена с другими моделями — недопустима.
2. Отвёртки, гаечные ключи.
3. Мягкая щётка и ветошь для протирки механизма.

Замена якоря начинается с разборки болгарки.

Внимание

Ремонт коллектора электродвигателя Капитальный ремонт с разборкой коллекторов производят в случаях: замыкания между смежными коллекторными пластинами; замыкания между коллекторными пластинами и втулками; замены поврежденных коллекторных пластин; полной замены изношенных пластин.

В первых трех случаях иногда удается устранить неисправность, не снимая коллектор с вала и не отпаивая все коллекторные пластины от обмотки якоря. Для сохранения в процессе ремонта правильной цилиндрической формы коллектора его стягивают по наружной поверхности хомутом, затем отворачивают гайку, сдвигают нажимной конус и осматривают внутреннюю поверхность коллектора.

Замыкание между пластинами чаще всего происходит вследствие попадания металлической стружки или капли припоя внутрь коллектора. Замыкание между пластинами и втулкой обычно происходит в углах миканитовой манжеты.

При ремонте в выточку «ласточкин хвост» вкладывают сегменты, вырезанные из формовочного миканита и выгнутые в горячем состоянии. Если перечисленные неисправности имеются на стороне коллектора, обращенной к якорю, то приходится отпаивать все соединения обмотки с коллекторными пластинами и снимать коллектор с вала с помощью винтового съемника. Для замены поврежденной коллекторной пластины ее отпаивают от обмотки, в стягивающем хомуте делают прорезь и устанавливают ее над поврежденной пластиной.

Повышенное биение коллектора на валу якоря может быть вызвано следующими причинами:

• большим люфтом подшипника или разбитым посадочным местом подшипника;
• износом резиновой амортизационной втулки заднего подшипника;
• плохой балансировкой самого якоря. В этом случае даже при исправных подшипниках и амортизационной втулке при включении машины ощущается повышенная вибрация и замечается повышенный шум от вращения якоря. Подобный дефект устраняется балансировкой якоря на специальном балансировочном станке;
• неравномерным износом коллектора или недостаточно точным изготовлением коллектора. Обнаружить повышенное биение коллектора можно с помощью микрометра, имеющего подпружиненную измерительную штангу. Измеренное таким образом биение коллектора не должно превышать 5 мкм. В противном случае поверхность коллектора нужно обработать в токарном приспособлении, в специальных призмах или другом приспособлении, дающем необходимую точность установки.

  Коллекторы якорей высокооборотных электродвигателей должны тщательно проверяться на величину биения.

Плохой прижим щеток к коллектору возможен при износе щеток, ослаблении упругости пружины в щеткодержателе, а также при люфте или заедании щетки в щеткодержателе.

Несоответствие между типом коллектора и материалом используемых щеток. Имеется четыре группы разновидностей щеток , различающихся типом материала и предназначенных для соответствующих видов коллекторов.

Возможно, этому поспособствовала трещина в корпусе, которую можно заметить только при нагрузке.

Различение типов однофазных двигателей на практике

Научимся, как отличить бифилярный двигатель от конденсаторного. Следует сказать, разница чисто номинальная. Схема подключения однофазного двигателя схожа. Бифилярная обмотка не предназначена работать постоянно. Будет мешать, снижать КПД. Поэтому обрывается после набора оборотов пускозащитным реле (присуще бытовым холодильникам), либо центробежными выключателями. Считается, пусковая обмотка работает несколько секунд. По общепринятым нормам, обеспечит запуск 30 раз в час длительностью 3 секунды каждый. Дальше витки могут перегреться (сгореть). Причина, ограничивающая нахождение пусковой обмотки под напряжением.

Разница номинальная, но профессионалы отмечают любопытную особенность, по которой судят, находится перед нами бифилярный, либо конденсаторный двигатель. Сопротивление вспомогательной обмотки. Отличается номиналом от рабочей более чем в 2 раза, скорее всего, двигатель бифилярный. Соответственно, обмотка пусковая. Конденсаторный двигатель работает, пользуясь услугами двух катушек. Обе постоянно находятся под напряжением.

Однофазный асинхронный двигатель

Тест нужно проводить осторожно, при отсутствии термопредохранителей, других средств защиты пусковая обмотка может сгореть. Придется вал раскручивать вручную, явно нелегкая задачка

Иногда целесообразно подключение однофазного асинхронного двигателя к однофазной сети выполнить, используя аналогичную схему, как сделано в предшествующем оборудовании. Рядовой холодильник снабжен пускозащитным реле, отдельная тема разговора. Параметры устройства тесно связаны с типом используемого двигателя, взаимная замена возможна далеко не в каждом случае (нарушение простого правила может вызвать поломку).

Упомянем дважды: выводов обмоток может быть три-четыре. Число неинформативно. Допустима пара контактов термопредохранителя. Плюс описанное выше, включая центробежный выключатель. В случае при прозвонке сопротивление либо мало, либо наоборот – фиксируем разрыв. Кстати, не забудьте при определении сопротивления каждый конец катушки пробовать на корпус. Изоляция стандартно не ниже 20 МОм. В противном случае стоит задуматься о наличии пробоя. Также допускаем, что трехфазный двигатель, имеющий внутреннюю коммутацию обмоток по типу звезды, может иметь выход нейтрали на корпус. В этом случае двигатель требует непременного заземления, под которую предусматривается клемма (но более вероятно, что мотор просто вышел из строя из-за пробоя изоляции).

Примеры работы

Рассмотрим примеры подключения и работы с моторами. Перед включением уточните номинальное напряжение конкретно вашего мотора.

Ручное управление

Для работы коллекторного мотора достаточно просто подать напряжение на его контактные колодки. При подаче напряжения в одном направлении вал крутится по часовой стрелке, в обратном направлении — против часовой.

Программное управление

Коллекторные электромоторы создают значительные помехи по цепям питания, поэтому запитывайте их от отдельного источника напряжения, а не от того который питает управляющий контроллер и датчики. Если все таки необходимо использовать один источник питания, примите меры по дополнительной защите цепи питания от помех. , для этого используются конденсаторы. Электролитические конденсаторы большой емкости защитят контроллер от пусковых провалов напряжения, а керамические конденсаторы сравнительно небольшой емкости — от помех вызванных «искрением щеток»

Если вы хотите программно управлять мотором, вам понадобиться управляющая платформа, например Arduino Uno или Iskra JS.

Но мотор нельзя подключать напрямую к управляющей плате: выводы микроконтроллера являются слаботочными, поэтому ток мотора при прямом подключении выведет их из строя. Для решения помогут драйверы посредники. Самый простой способ воспользоватся силовым ключом из линейки Troyka-модулей.

При коммуникации Troyka-модулей с Arduino или Iskra используйте Troyka Slot Shield.

Если вы хотите управлять, не только скоростью мотора, а ещё и направлением вращения, используйте H-мост.

А если хотите управлять сразу двумя моторами — обратите внимания на Motor Shield.

Подробности читайте в технической документации на конкретный драйвер:

Источник

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

• Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
• Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
• Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
• Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Двигатель постоянного тока: коллекторный или бесколлекторный?

Идеальных решений в инженерии не существует, однако подобрать оптимальный вариант, который будет наилучшим образом соответствовать поставленным целям и задачам, можно всегда. Перед разработчиками любого оборудования, от простейшего до самого сложного, всегда стоит множество задач, которые требуют решения, и многие из них представляются в формате «или/или». Так, при использовании в механизмах электродвигателей постоянного тока часто возникает вопрос: отдать предпочтение коллекторному (щёточному) или бесколлекторному (бесщёточному) агрегату?

Коллекторные двигатели постоянного тока

Применение щёточных электродвигателей постоянного тока актуально в устройствах, работающих на умеренных и низких скоростях. Их основными преимуществами являются экономичность, простота использования и отсутствие встроенной электроники, благодаря которому двигатели такого типа легко справляются с кратковременными перегрузками.

Для обеспечения длительного срока службы коллекторному электродвигателю требуются грамотная эксплуатация и квалифицированное обслуживание: так, важно учитывать, что при работе такого двигателя на чрезмерно высоких скоростях щётки могут лететь с коллектора, а прохождение через механизм тока определённой плотности может стать причиной выгорания щёток. При эксплуатации коллекторного двигателя постоянного тока может потребоваться использование дисульфида молибдена или карбоната лития

Наличие щёток и коллектора сказывается на габаритах устройств: они значительно больше и тяжелее бесщёточных механизмов. Необходимость регулярного обслуживания ограничивает возможности свободной установки электродвигателя, делая необходимостью его размещение в доступном месте. Внутреннее расположение ротора усложняет теплообмен, а падение напряжения на щётках неминуемо ведёт к снижению эксплуатационных свойств электродвигателя.

Трение щёток о коллекторные контакты, неминуемо возникающее при работе щёточного электродвигателя, приводит к таким негативным последствиям, как снижение эффективности, высокий уровень шума, возникновение электромагнитных помех и возникновение искр: именно по этой причине коллекторные двигатели постоянного тока никогда не используются для работы во взрывоопасной среде.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока

Отсутствие в бесколлекторных электродвигателях (BLDC) коллектора и щёток делает их более лёгкими и компактными, сокращает необходимое обслуживание до минимума и даёт ротору возможность вращения на более высокой скорости. Таким образом, отсутствие «проблемных» деталей лишило бесщёточные электродвигатели недостатков, свойственных щёточным агрегатам. Тем не менее, бесколлекторные двигатели имеют свои недочёты, главные из которых – конструктивная сложность и наличие встроенной электроники, делающее такие механизмы более дорогими, чем коллекторные.

Таким образом, выбирая между коллекторным и бесколлекторным двигателем постоянного тока, опираться нужно на такие факторы, как:

— финансовые возможности;— требования к характеристикам устройства;— наличие возможности обеспечения квалифицированного обслуживания;— сфера применения (учитываются шумность, возможность возникновения искр).

Широкий выбор щёточных и бесщёточных электродвигателей постоянного тока представлен в каталоге торгового дома Степмотор.

Источник

Части электродвигателя

Основные два элемента, которые в наибольшей степени характеризуют электрический двигатель это статор и ротор. Именно ротор электрической машины вращается в агрегате под воздействием магнитного поля, возникающего в статоре

Это магнитное поле создается непосредственно под влиянием третьего по важности компонента электромотора, его обмотке. Для создания магнитного поля необходимо соблюдение трех основных условий:

1. Наличие не менее двух обмоток
2. Обязательное отличие по фазам тока в обмотках
3. Смещение оси обмоток в пространстве

Наличие в статоре двух обмоток говорит о том, что электродвигатель однофазный, а три обмотки характеризуют трехфазный электродвигатель.

Четвертый основной элемент любого электродвигателя это его корпус. Он изготавливается из сплава алюминия или из чугуна в зависимости от особенностей использования агрегата и высоты оси его вращения.

Ротор эл двигателя запрессовывается на вал под действием специального технологического процесса, его сердечник состоит из прессованных стальных листов, в пазы которого заливается металл, образуя стержни. С помощью торцевых колец эти стержни замыкаются накоротко. Название такой конструкции «беличья клетка». По краям корпуса находятся подшипниковые щиты, в которых, в свою очередь устанавливаются различные подшипники в зависимости от конструкции электродвигателя и особенностей его применения.

На заднем подшипниковом щите устанавливается вентилятор для охлаждения мотора, который закрывается защитным кожухом предотвращающим попадание инородных частиц. При работе от частотно регулируемого привода дополнительно устанавливается узел принудительной вентиляции.

В зависимости от способа установки электродвигателя он может иметь фланец с приводной стороны, а может и не иметь, при условии установки его только на лапы. На электродвигатели, которые требуют торможения,электромагнитный тормоз дополнительно устанавливается на общепромышленный электродвигатель. О дополнительных модификациях электродвигателей читайте в этой статье.

Для подключения двигателя используется коробка выводов или БОРНО, которая по умолчанию устанавливается в верхней части агрегата. Если того требует особенность установки , БОРНО можно разместить на боковой поверхности электромотора. Либо переставить лапы двигателя на боковую поверхность, что обеспечит расположение коробки выводов на боковой плоскости. Такая манипуляция возможна только на двигателях в алюминиевом корпусе.

Как работает коллекторная машина

Чтобы произвести запуск коллекторного двигателя, потребуется подать напряжение на обмотку возбуждения, которая расположена непосредственно на якоре. При этом образуется постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитами на статоре, в результате чего проворачиваются якорь и коллектор, закрепленный на нём. При этом подается питание на следующую обмотку, происходит повтор цикла.

Скорость вращения ротора зависит напрямую от того, насколько интенсивно магнитное поле, а последняя характеристика зависит напрямую от величины напряжения. Следовательно, чтобы увеличить или уменьшить частоту вращения, необходимо изменить напряжение питания.

Для реализации реверса потребуется только лишь изменить полярность подключения мотора. Для такого управления не нужно использовать специальные микроконтроллеры, изменять частоту вращения можно при помощи обычного переменного резистора.

Заключение

Итак, подведем итоги и обозначим в чем разница между коллекторным и бесколлекторным двигателем, перечислив их особенности.

1. Есть щетки и коллектор, которые искрят и изнашиваются.
2. Нужно чаще обслуживать, соответственно и срок службы не слишком долгий.
3. Легко регулировать скорость лишь изменением напряжения.
4. Для реверса нужно просто сменить полярность.
5. Два предыдущих факта позволяют их использовать в бюджетных устройствах без сложных электросхем.

Для запуска нужен контроллер, который хоть и не слишком дорого стоит, но увеличивает конечную стоимость, схемотехнику и вес изделия. Весят меньше чем коллекторные, при одинаковой мощности (но это частично компенсируется предыдущим фактом). Нет щеток и коллектора, поэтому не требуют обслуживания, не искрят. Больший срок службы, он ограничен лишь ресурсом подшипников ротора. Стоят обычно дороже чем коллекторные. Зачастую выдают больший момент на валу и обороты. При наличии датчиков положения вала обеспечивают большую стабильность оборотов при изменении нагрузки (жесткая механическая характеристика)

Это особенно важно при использовании на станках и ручном инструменте

Добавлю то, что нельзя однозначно сказать какой лучше или какой мощнее, можно найти коллекторный двигатель размером с холодильник, а можно бесколлекторный размером с ноготь. При этом оба будут отлично выполнять те функции, на которые рассчитаны и использоваться в конкретных устройствах с учетом требований к их надежности и особенностям эксплуатации. Каждый вид электропривода хорош по своему и идеален по конструкции как таковой.

Теперь вы знаете, в чем разница между коллекторным и бесколлекоторным двигателем, а также какие плюсы и минусы у каждого варианта исполнения. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Источник