Коллекторный электродвигатель постоянного тока
Коллекторный электродвигатель постоянного тока — вращающаяся электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором.
Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.
Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.
Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.
Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].
Элементом обмотки якоря машин постоянного тока является
Типы коллекторных электродвигателей
По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.
Коллекторный двигатель с постоянными магнитами
Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения
Двигатели независимого и параллельного возбуждения
-
Преимущества:
- практически постоянный момент на низких оборотах
- хорошие регулировочные свойства
- отсутствие потерь магнетизма со временем (так как нет постоянных магнитов)
Двигатель последовательного возбуждения
Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.
-
Недостатки:
- низкий момент на высоких оборотах
- дороже КДПТ ПМ
- плохая управляемость скоростью из-за последовательного соединения обмоток якоря и индуктора
- двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля
Двигатель смешанного возбуждения
-
Преимущества:
- хорошие регулировочные свойства
- высокий момент на низких оборотах
- менее вероятен выход из под контроля
- отсутствие потерь магнетизма со временем
Межвитковые замыкания
Межвитковые замыкания могут быть в одной или нескольких секциях якоря или между секциями вследствие замыкания смежных пластин коллектора. При замыкании между концами секции или между пластинами коллектора, а также при соединении между собой отдельных витков секции в обмотке якоря образуются замкнутые контуры.
В петлевой обмотке замыкание между двумя смежными пластинами вызывает замыкание только секции, которая присоединена к этим пластинам, и число действующих в обмотке витков уменьшается на число витков, заключающихся в одной секции.
В волновой обмотке замыкание между двумя смежными пластинами вызывает замыкание ряда секций, которые заключены в одном полном обходе вокруг якоря. Число их равно числу пар полюсов машины.
В короткозамкнутых контурах при вращении их в магнитном поле индуктируется электродвижущая сила (ЭДС), которая вызывает большие токи короткого замыкания вследствие малого сопротивления этих контуров. Короткозамкнутые витки, появившиеся во время работы машины, сильно разогреваются проходящим через обмотку током и обычно сгорают.
Как определить межвитковое замыкание электродвигателя? У якорей с волновой обмоткой, а также в обмотках, имеющих уравнительные соединения при значительном числе замкнутых секций, невозможно по нагреву определить короткозамкнутую ветвь, так как нагревается весь якорь. Иногда место витковых замыканий может быть обнаружено при внешнем осмотре по обуглившейся и сгоревшей изоляции секции.
Наиболее простые и часто встречающиеся случаи (например, замыкания витков одной секции, между соседними коллекторными пластинами или же между соседними секциями, находящимися в одном слое обмотки) обнаруживаются по падению напряжения, прослушиванием и другими способами.
Способ определения повреждений по падению напряжения
Таким образом проверяется весь якорь и производится сравнение результатов измерений. Проверку якоря следует производить при поднятых щетках. Параметры схемы такие же, как и на рисунке 2, а.
Чтобы предупредить повреждение милливольтметра (рисунок 3), необходимо сначала прикладывать к коллектору щупы 3, а затем щупы 2; отнимать щупы нужно в обратном порядке.
Хорошие результаты этот способ дает при определении замыканий между витками в секции с небольшим количеством витков (стержневые обмотки). В многовитковых секциях при замыкании одного-двух витков разница в показаниях милливольтметра на коллекторных пластинах исправной секции и поврежденной может оказаться незначительной.
Рисунок 4. Проверка якоря на межвитковое замыкание.
а – с помощью телефона; б – с помощью стальной пластины
Для полной проверки обмотки нужно переставлять электромагнит 4 по зубцам якоря, пока последний не будет обойден кругом. Если к зубцам сердечника, охватывающим неисправную секцию, поднести тонкую стальную пластину 5 (рисунок 4, б), то она начнет дребезжать. Этим способом обнаруживается замыкание смежных пластин коллектора, которое вызывает те же явления, что и межвитковое замыкание.
Машины постоянного тока. Обмотки якорей машин постоянного тока.
- если замыкание произошло в местах выхода секций из пазов, то вгоняют под секцию небольшие клинья из фибры, бука или другого изоляционного материала;
- если замыкание произошло в пазовой части секции, то секцию переизолируют или заменяют новой;
- при отсыревании обмотки ее прослушивают;
- если обнаружено замыкание пластин на корпус, то следует произвести ремонт коллектора с разборкой.
Обрывы в обмотке якоря
В петлевой обмотке обрыв сопровождается искрением на коллекторе и подгоранием двух смежных пластин, к которым присоединена поврежденная секция. При волновой обмотке подгорает несколько пар соседних пластин (по числу полюсов), к которым присоединены секции одной последовательной цепи этой обмотки. При этом подгорают обращенные друг к другу края соседних пластин.
Как при плохом контакте, так и при обрыве при наличии уравнительных соединений могут подгореть, кроме пластин, относящиеся к неисправным секциям, и коллекторные пластины, отстоящие от них на двойное полюсное деление и связанные с ними уравнительными соединениями. Место обрыва можно определить по падению напряжения.
Рисунок 5. Отыскание одного (а) и двух (б) обрывов в петлевой обмотке
При обрывах в волновой обмотке наибольшее отклонение будет иметь место на нескольких парах пластин, находящихся попарно на расстоянии шага по коллектору друг от друга. Обрывы в якоре, имеющем параллельные ветви, могут быть также определены измерением их сопротивления. При обрыве одной из секций сопротивление обмотки резко возрастает.
