ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Аннотация. В статье рассматривается конструкция двигателя постоянного тока, произведен расчет основных параметров двигателя постоянного тока, рассмотрены преимущества и недостатки двигателя постоянного тока.

Ключевые слова: двигатель, постоянный ток, коллектор, щётки.

Двигатели постоянного тока используются в качестве тяговых на электротранспорте, для привода грузоподъёмных механизмов, в аккумуляторном электроинструменте. У них хорошие пусковые характеристики и легко поддаются регулировке частоты вращения. Сегодня мы рассмотрим принцип работы и устройство двигателей постоянного тока.

Принцип работы

Простейший двигатель постоянного тока (ДПТ) состоит из неподвижной части — статора, и подвижной вращающейся части — ротора. На его статоре расположен постоянный магнит, а на роторе расположена обмотка. Ротор двигателя постоянного тока ещё называют якорем.

На роторе расположен магнитопровод с обмоткой и щёточно-коллекторный узел. Последний состоит, как видно из названия, из коллектора и щёток:

1. Коллектор — это набор контактов, расположенных на круглом роторе, они же называются «ламели».
2. Щётки – это скользящие неподвижные контакты, прижатые к коллектору. Они нужны для подачи тока на вращающийся якорь в двигателе или снятия тока в генераторах.

Рисунок 1.Устройство простейшего двигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока используются в качестве тяговых на электротранспорте, для привода грузоподъёмных механизмов, в аккумуляторном электроинструменте. У них хорошие пусковые характеристики и легко поддаются регулировке частоты вращения. Сегодня мы рассмотрим принцип работы и устройство двигателей постоянного тока.

Принцип работы

Простейший двигатель постоянного тока (ДПТ) состоит из неподвижной части — статора, и подвижной вращающейся части — ротора. На его статоре расположен постоянный магнит, а на роторе расположена обмотка. Ротор двигателя постоянного тока ещё называют якорем.

На роторе расположен магнитопровод с обмоткой и щёточно-коллекторный узел. Последний состоит, как видно из названия, из коллектора и щёток:

1. Коллектор — это набор контактов, расположенных на круглом роторе, они же называются «ламели».
2. Щётки – это скользящие неподвижные контакты, прижатые к коллектору. Они нужны для подачи тока на вращающийся якорь в двигателе или снятия тока в генераторах.

Рисунок 2.Ток якоря, силы и момент действующие на якорь

Рисунок 1. Устройство простейшего двигателя постоянного тока: 1 — полюса постоянного магнита; 2 — обмотка якоря, 3 — якорь или ротор, 4 — щетки, 5 – щеточно-коллекторный узел, 6 – ламели на коллекторе.

Схемы соединения обмоток

Во многом характеристики и особенности работы двигателей постоянного тока зависят от схемы соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения различают 4 основных схемы:

1. Независимое возбуждение. Якорь и обмотка возбуждения питаются от разных источников, обмотка возбуждения питается от возбудителя.
2. Параллельное возбуждение. Обмотка возбуждения и якорь подсоединены параллельно.
3. Последовательное возбуждение. Якорь и обмотка возбуждения соединены последовательно.
4. Смешанное возбуждение. В этом случае у двигателя есть две обмотки возбуждения, одна соединяется с якорем параллельно, а втора – последовательно.

Рисунок 3. Схема двигателя с независимым возбуждением

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;

Легко регулируемая частота вращения;

хорошие пусковые характеристики;

компактные размеры.

Недостатки:

ограниченный ресурс коллектора и щёток;

дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;

ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;

дороговизна в изготовлении якорей.

Вывод: Двигатели постоянного тока широко используются там, где нужен хороший пусковой момент или возможность регулировки частоты вращения в широких пределах. Благодаря этому они нашли широкое применение и в ручном аккумуляторном инструменте, где возбуждение происходит за счёт постоянных магнитов, а не обмоток и для регулировки оборотов просто изменяется напряжение питания, с помощью ШИМ-регулятора, встроенного в кнопку пуска.

Но есть и свои недостатки, хотя бы в том, что щётки и сам коллектор имеют конечный ресурс. Щётки стираются, а пластины коллектора замыкает из-за угольной пыли со щёток, и сами они также стачиваются в процессе работы. При дефекте поверхности пластин коллектора возникает искрение и круговой огонь. По этим же причинам использование двигателей постоянного тока во взрывоопасных местах ограничено. Поэтому в последнее время ДПТ во некоторых сферах вытесняются бесколлекторными двигателями, так называемыми BLDC.