Пз_16_Схемы регулирования УКД (Тема 1.7)

1.

Практическая работа № 16
По профессиональному модулю
ПМ.02 ВЫПОЛНЕНИЕ СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
БЫТОВЫХ МАШИН И ПРИБОРОВ
для специальности
среднего профессионального образования
13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического
оборудования (по отраслям)
1.7 Оборудование для ремонта бытовых электроприборов,
электрооборудования и электропроводки в доме, квартире.
Схемы регулирования универсального коллекторного
двигателя.

2. Учебные вопросы:

1. Схемы
регулирования
коллекторного двигателя.
универсального
Литература: 1. Кацман М.М, Электрические машины. 13-е
изд.,стер. – М, Академия, 2014.-496 с. Стр.4-13.

3.

Видео: Конструкция и сборка электродвигателя постоянного тока
https://www.asutpp.ru/elektrodvigatel/konstrukciya-elektrodvigatelyapostoyannogo-toka.html

4.

Вопрос 1. Универсального коллекторного двигателя.
В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как
правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией.
Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД).
Под
таким
определением
подразумевается
электромашина,
преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот.
Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки
подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).
Универсальный двигатель вращающийся электродвигатель,
который может работать при
питании от сети как постоянного,
так и однофазного переменного
тока
Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя
(отмечен красным)

5.

КД универсального типа
А – механический коммутатор, его
также называют коллектором.
В – щеткодержатели, служат для
крепления щеток (как правило, из
графита),
через
которые
напряжение поступает на обмотки
якоря.
С – Сердечник статора (набирается
из
пластин,
материалом
которых
для
служит
электротехническая сталь).
D – Обмотки статора, данный узел
относится к системе возбуждения
(индуктору).
Е – Вал якоря

6.

У
устройств
данного
типа,
возбуждение
может
быть
последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант
сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается
универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема
таких электромашин представлена на Рис 16.3.
Рис 16.3 Схема универсального коллекторного двигателя
Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому,
что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также
меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего
направления.

7.

КД с индуктором на постоянных магнитах
Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что
вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.
Рис 16.4 Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его
схема

8.

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с
другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой
стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением
скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления
(достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит
от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит
определенные ограничения.
Основная сфера применения – маломощные приводы для различного
оборудования, часто используется в детских игрушках.
КД на постоянных
игрушки времен СССР
магнитах
Видео о УКД: https://www.asutpp.ru/elektrodvigatel/kollektornyj-dvigatel.html
с

9.

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:
высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
динамичность управления;
низкая стоимость.
Основные недостатки:
малая мощность;
потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением
времени.
Для устранения одного из основных недостатков данных устройств
(старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки,
перейдем к рассмотрению таких КД.

10.

Независимые и параллельные катушки возбуждения
Первые получили такое название вследствие того, что обмотки
индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно
(см. А на рис. 16.5).
Рисунок 16.5 Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой
возбуждения

11.

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и
UK должны отличаться, в противном случае возникнет момент силы. Если
невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора
подключается параллельно (см. В на рис. 16.5). Оба вида КД обладают
одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в
одном разделе.
Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте
вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и
катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих
через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки
возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.
Сфера применения таких устройств – силовые установки с
мощностью от 3 кВт.

12.

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:
отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из
строя с течением времени;
высокий момент силы на низкой частоте вращения;
простое и динамичное управление.
Основные недостатки:
стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке
возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

13.

Последовательная катушка возбуждения
Схема такого КД представлена на рисунке ниже.
Рисунок 16.6 Схема КД с последовательным возбуждением
Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В
результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный
(это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного
потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально
увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной
системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока
в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

14.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа
непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше
номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко
увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос».
Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу
применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с
тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом
режиме.
Указанная особенность не распространяется на устройства, чья
мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до
холостого режима работы.

15.

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:
не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
высокий момент силы на низкой частоте вращения;
простое и динамичное управление.
Основные недостатки:
самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД.

16.

Смешанные катушки возбуждения
Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД
данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и
параллельно обмотке ротора.
Рисунок 16.7 Схема КД со смешанными катушками возбуждения

17.

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей
силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая –
дополнительная
(вспомогательная).
Допускается
встречное
и
согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность
магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил
каждой обмотки.
При встречном включении характеристики КД становятся близкими к
соответствующим показателям электромашин с последовательным или
параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек
является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо
получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их
увеличению при возрастании нагрузки.
Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД
будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с
параллельными и последовательными катушками возбуждения.

18.

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:
отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из
строя с течением времени;
высокий момент силы на низкой частоте вращения.
Основные недостатки:
высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
поскольку обмотки статора и возбуждения подключены
последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью
вращения;
работа без нагрузки приводит к поломке КД.

19.

Особенности универсального двигателя
КПД универсального двигателя при его работе от сети переменного
тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой
недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации,
вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении
двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется
наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и
якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях
трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.
Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда
недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их
работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи,
повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по
сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего
напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000
об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц
равна 3000 об/мин).

20.

Области использования
Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую
скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без
использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил
широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры,
фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в
таких инструментах, как дрели и шуруповерты.
Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко
регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко
использовался в стиральных машинах. Сейчас благодаря развитию
преобразовательной техники более широкое использование получают
бесщеточные электродвигатели (СДПМ, АДКР) скорость вращения которых
регулируется изменением частоты напряжения питания.

21.

Применение коллекторных двигателей в стиральных машинах
Коллекторные двигатели получили широкое применение не только в
электроинструменте (дрели, шуруповёрты, болгарки и т.д), мелких бытовых
приборах (миксеры, блендеры, соковыжималки и т.п), но и в стиральных машинах
в качестве двигателя привода барабана. Коллекторными двигателями оснащено
большинство (примерно 85%) всех бытовых стиральных машин. Эти двигатели
применялись уже во многих стиральных машинах ещё с середины 90-х годов и со
временем полностью вытеснили однофазные конденсаторные асинхронные
двигатели.
Коллекторные моторы более компактные, мощные и простые в управлении.
Этим и объясняется их столь массовое применение. В стиральных машинах
применяются коллекторные двигатели таких марок производителей как:
INDESCO, WELLING, C.E.S.E.T., SELNI, SOLE, FHP, ACC. Внешне они
немного отличаются друг от друга, могут иметь разную мощность, тип крепления,
но принцип работы их совершенно одинаковый.

22.

Устройство коллекторного двигателя для стиральной машины
Большинство коллекторных двигателей
применяемых в стиральных машинах имеют
конструкцию
и
внешний
вид
представленный на (рис.2).
Данный двигатель имеет ряд таких
основных частей как: статор (с обмоткой
возбуждения), ротор, щетка (скользящий
контакт, всегда применяются две щётки),
тахогенератор (магнитный ротор которого
крепится к торцевой части вала ротора, а
катушка
тахогенератора
фиксируется
стопорной крышкой или кольцом). Все
составные части скрепляются в единую
конструкцию
двумя
алюминиевыми
крышками, которые образуют корпус
двигателя . На клеммную колодку выводятся
контакты
обмоток
статора,
щёток,
тахогенератора
необходимые
для
подключения к электрической схеме. На вал
ротора запрессован шкив, через который
Рис.2 Конструкция коллекторного посредством ременной передачи приводится
в движение барабан стиральной машины.
двигателя стиральной машины

23.

Схема подключения коллекторного двигателя
Как и в любом электродвигателе, принцип работы коллекторного двигателя
основан на взаимодействии магнитных полей статора и ротора, через которые
проходит электрический ток. Коллекторный двигатель стиральной машины имеет
последовательную схему подключения обмоток. В этом легко убедится рассмотрев
его развёрнутую схему подключения к электрической сети (Рис.7).
На схеме, оранжевыми стрелочками условно показано направление тока по
проводникам и обмоткам двигателя. От фазы (L) ток идёт через одну из щёток на
коллектор, проходит по виткам обмотки ротора и выходит через другую щётку и
через перемычку ток последовательно проходит по обмоткам обеих секций статора
доходя до нейтрали (N).
Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения
вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток
статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и
результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.
Для того, чтобы двигатель начал вращаться в другую сторону, необходимо
лишь изменить последовательность коммутации обмоток.

24.

Рис.7 Схема подключения коллекторного двигателя

25.

Контрольные вопросы для самопроверки