Электродвигатель универсальный коллекторный: Универсальный Коллекторный Двигатель: Устройство и Принцип действия

Универсальный Коллекторный Двигатель: Устройство и Принцип действия

26.05.2020

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) – это электродвигатель, который способен работать как с постоянным, так и переменным током, за что и получил свое название.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Устройство универсального коллекторного двигателя
2. Принцип работы с постоянным током
3. Принцип работы с переменным током
4. Особенности использования
5. Достоинства и недостатки
6. Основное применение

Устройство универсального коллекторного двигателя

Конструкция такого мотора, практически идентична обычному коллекторному (щеточному) электромотору постоянного тока. Однако здесь, вместо постоянных магнитов используются электромагниты и присутствуют дополнительные решения для работы с переменным током. Основными частями конструкции все также остаются ротор и статор.

Статор — это часть, которая не двигается (статична).

Статор содержит в себе:

• Корпус
• Обмотки
• Проводку
• Щетки

Ротор — это вращающаяся с валом часть.

Ротор состоит из следующих основных деталей:

• Вал
• Коллекторный узел
• Обмотки ротора
• Сердечник из тонких пластин

Теперь давайте рассмотрим то, что делает этот мотор таким особенным – принцип действия.

Принцип работы с постоянным током

При подключении к источнику постоянного тока, двигатель работает как обычный коллекторный двигатель постоянного тока. Катушки статора подключаются к источнику питания и последовательно соединены через щетки к коллекторному узлу ротора, через которые ток поступает на его обмотки.

Щетки подключены к разным полукольцам коллектора, благодаря чему с каждой стороны проходит однонаправленный ток. Вследствие этого возникают магнитные поля и под их воздействием ротор начинает вращение. Вращающий момент всегда направлен в одну сторону и ротор продолжает вращаться.

В этом режиме электромотор имеет самый высокий КПД, Ближайшей альтернативой в работе с источником постоянного тока является бесколлекторный двигатель, однако из-за применения в нем постоянных магнитов его максимальный момент будет гораздо меньшим.

Принцип работы с переменным током

Для работы с переменным током используют принцип последовательного возбуждения обмоток. Такая схема позволяет подсоединять обмотки статора последовательно с обмотками ротора (как описывалось выше). И по ним всегда будет двигаться ток одной и той же фазы. Возникающие магнитные силы также будут вращать ротор в одном направлении.

Благодаря этому виду подключения смена полюсов магнитных полей на обмотках выполняется практически одновременно, а значит итоговый момент будет также иметь одно направление.

Главное преимущество такой схемы — это большой максимальный момент. С другой стороны, возникают большие обороты на холостом ходу, способные повредить мотор при включении без нагрузки.

Однако если подключить к переменному источнику питания стандартный коллекторный мотор, то он не будет работать, так как будут возникать переменные магнитные поля и вызывать сильные потери в магнитопроводе из-за вихревых токов Фуко.

Чтобы избежать этих потерь, статор изготавливают из набора специальных изолированных тонких пластин, а обмотку разделяют на секции. Таким способом удается эффективно бороться с перемагничиванием. Для уменьшения искрения и воздействия электродвижущей силы двигатель оснащается щётками, которые обладают высоким сопротивлением.

Чтобы поменять направление вращение надо перемкнуть (переплюсовать) обмотки либо ротора, либо статора. При работе с переменным источником, общий КПД будет гораздо ниже.

Особенности использования

Как мы выяснили выше, основными особенностями, которые делают этот мотор уникальным, в сравнении с асинхронными и синхронными видами: это его способность работать с постоянным и переменным током, а также возможность работать на чрезвычайно большой скорости оборотов (от 8000 и даже до 20000 об/мин. ).

Обратной стороной медали будет его маломощность высокий уровень шума, радиопомех и искрения, что ограничивает его использование в некоторых сферах. Давайте рассмотрим все плюсы и минусы подробнее.

Достоинства и недостатки

Универсальный мотор, благодаря особенностям принципа действия имеет свои особенности и недостатки

Достоинства:

1. Высокий пусковой момент. Устройство может быстро набрать большое количество оборотов как в холодном, так и горячем состоянии.
2. Высокая удельная мощность. Универсальный мотор может работать с большей выходной мощностью чем аналоги, того же размера.
3. Небольшая цена. Стоимость мотора чуть выше чем обычного коллекторного и меньше чем бесколлекторного.
4. Простота конструкции. Несложное устройство обеспечивает простоту обслуживания и ремонта.
5. Большой общий рабочий ресурс. Основные детали довольно долговечны (за исключением щеток).
6. Портативность. Небольшие размеры электромотора позволяют использовать его в самых малых приборах (дрель).
7. Простота управления. Мотор может регулироваться простым изменением напряжения.

Недостатки:

1. Шум и вибрация. В основном возникает из-за работы щеток на высоких оборотах.
2. Низкая эффективность. КПД устройств лежит в диапазоне 55-80%, при работе с переменным током он меньше чем с постоянным.
3. Неэффективен при работе с малым напряжением. Устройство практически бесполезно при работе с напряжением до 100В.
4. Щетки быстро изнашиваются. Из-за постоянного контакта щеток с коллектором требуется их периодическая замена или ремонт.
5. Доп. оборудование для некоторых задач. Эффективные конструкции имеют низкий момент и быстроходность, поэтому иногда необходим дополнительный редуктор.

Основное применение

Универсальный тип электродвигателя как мы выяснили это простой, недорогой и высокоскоростной мотор. Возможность работы на высоких оборотах подключаясь к однофазной сети переменного тока, сделало их очень популярными в бытовой технике. В промышленности этот тип также часто используется, однако его эффективность подходит далеко не всем.

Основные устройства применения универсального электромотора:

• Дрели и шуруповерты
• Миксеры и блендеры
• Вентиляторы
• Пылесосы
• Насосы
• Швейные машины
• Стеклоочистители

Такой мотор используется в первую очередь в оборудовании, где уровень шума некритичен и важны большие обороты вращения. На сайте eltaltd.com.ua вы сможете найти большой каталог в категории Электродвигатели. Там вы сможете найти товары таких известных брендов как Siemens, ABB, Lenze и много других

Подписывайтесь на наши обновления:

  

---

Универсальный коллекторный двигатель | это… Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

Содержание 1 Особенности конструкции 2 Достоинства и недостатки 3 Сравнение с асинхронным двигателем 4 Аналоги без коллекторного узла 5 Применение 6 См. также 7 Ссылки

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. 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 возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

• Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
• Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
• Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

• Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
• Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

• Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
• Компактность (даже с учётом редуктора).
• Больший пусковой момент.
• Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
• Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

• Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
• Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
  • Относительно малая надёжность (срок службы)
  • Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
  • Высокий уровень шума
  • Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

• УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
• Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

Применение

Ручной электроинструмент:

• Шуруповёрт
• Электродрель
• Электроперфоратор
• Электрический лобзик
• Электрический рубанок
• Электрическая дисковая пила

Бытовая техника:

• Пылесос
• Швейная машина
• Кофемолка
• Миксер
• Кухонный комбайн
• Мясорубка
• Блендер
• Стиральная машина
• Фен

См. также

• Вентильный электродвигатель
• Электродвигатель

Ссылки

Что такое универсальный двигатель? Как это работает?

---

04.06.2020

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Основные части универсального двигателя
2. Как работает универсальный двигатель на постоянном токе?
3. Как универсальный двигатель работает с источником переменного тока
4. Универсальные двигатели и двигатели постоянного тока (Преимущества и недостатки)
5. Где используется универсальный двигатель?

Основные части универсального двигателя

Основная конструкция такого двигателя практически идентична обычному щеточному двигателю постоянного тока. Мы описали принцип его работы в следующей статье: Коллекторный и бесколлекторный двигатели. Однако он содержит магниты электромагнитного типа вместо постоянных и имеет дополнительные опции для работы с переменным током.

Основными частями его конструкции являются ротор и статор.

Статор — неподвижная часть.

Содержит несколько основных деталей:

1. Ламинированный корпус
2. Катушки возбуждения
3. Проводка от источника
4. Щетки

Ротор (якорь) является вращающейся частью.

Состоит из следующих основных деталей:

1. Вал
2. Коллектор
3. Обмотки ротора

Давайте посмотрим, что делает универсальный тип таким особенным, и опишем принцип его работы.

Как универсальный двигатель работает от постоянного тока?

При подключении к источнику постоянного тока работает как обычный двигатель постоянного тока со щетками.

Электроэнергия от источника поступает в обмотку статора (катушки возбуждения), через щетки попадает в коллектор и далее поступает в обмотки якоря. Каждая из щеток одновременно подключена к разным сегментам коммутатора и электричество через каждую из них проходит в одном направлении.

Следовательно, магнитные потоки будут действовать и в одном направлении. В свою очередь крутящий момент ротора также будет однонаправленным. Следовательно, он начинает вращаться (по или против часовой стрелки).

В таком режиме электродвигатель имеет наивысший КПД. Наиболее похожей альтернативой для работы с источником постоянного тока является двигатель BLDC. Однако из-за общего использования в нем постоянных магнитов его максимальный крутящий момент намного ниже, чем у универсальных типов.

Принцип работы универсального двигателя с источником переменного тока

Когда универсальный двигатель работает на переменном токе, также используется последовательное соединение обмоток. Он связывает обмотки ротора и статора (как описано выше). Таким образом, нет никакой разницы между универсальным двигателем переменного и постоянного тока.

Однако в случае переменного тока он будет течь в разных направлениях в противоположных катушках. Поэтому используется последовательное соединение. Благодаря такому типу схемы смена полюсов и, следовательно, магнитных потоков в обмотках происходит практически одновременно.

Поскольку магнитные потоки действуют в одном направлении, следовательно, действие крутящего момента также однонаправлено. Ротор всегда будет вращаться одинаково, несмотря на пульсирующий ток.

Однако, если вы подключите обычный двигатель постоянного тока к источнику переменного тока, он не будет работать. Это происходит из-за флуктуирующего магнитного поля и больших потерь на вихревые токи Фуко.

Во избежание этих явлений статор изготовлен из набора специальных тонких ламинированных пластин, а обмотка разделена на несколько секций.

Работа с переменным током также вызывает возникновение электродвижущей силы и сильное искрение на щетках двигателя. Поэтому контактные щетки должны быть изготовлены из материала с высоким сопротивлением.

Внимание! Когда двигатель работает с переменным током, его общий КПД будет намного ниже. Поэтому всегда нужно проверять значение КПД в спецификациях отдельно для переменного и постоянного тока.

Хорошо, как он вращается понятно, но как изменить направление вращения универсального двигателя? Это очень просто. Для изменения направления вращения достаточно поменять местами соединения обмоток либо ротора, либо статора.

Универсальные двигатели по сравнению с двигателями постоянного тока (Преимущества и недостатки)

Универсальные двигатели имеют несколько уникальных вариантов конструкции, описанных выше. Эти особенности дают свои плюсы и минусы по сравнению с обычными аналогами постоянного тока или индукции. Давайте рассмотрим их подробно.

Основные преимущества:

1. Высокий пусковой момент . Механизм может быстро начать работать на сверхвысоких оборотах (до 8000 и даже до 20 000 об/мин) как при горячем, так и при холодном пуске.
2. Высокая удельная мощность . Он может работать с вдвое большей выходной мощностью, чем индуктивный аналог того же размера.
3. Низкая цена . Стоимость мотора немного выше обычного щеточного и совсем меньше бесколлекторного.
4. Простая конструкция . Простая конструкция обеспечивает легкость обслуживания и ремонта.
5. Хороший срок службы . Основные детали достаточно прочные (кроме щеток).
6. Портативность . Небольшие размеры позволяют использовать его в самых маленьких устройствах (фенах).
7. Работа без постоянного контроля . Двигатель можно отрегулировать, просто изменив напряжение с помощью преобразователя частоты.

Основные недостатки:

1. Шум и вибрация . Это происходит из-за того, что щетки трутся о участки якорного коллектора на высоких оборотах.
2. Низкая эффективность . Его КПД находится в диапазоне 55-80% и зависит от типа источника (постоянный/переменный).
3. Неэффективен при низком напряжении . КПД значительно снижается при работе с напряжением до 100В.
4. Щетки быстро перегорают . Из-за прямого контакта щеток с коллектором они требуют периодической замены или ремонта.

Где используется универсальный двигатель?

Универсальный электродвигатель, как мы выяснили, является простым, недорогим и быстроходным типом двигателя.

Возможность работы на чрезвычайно высокой скорости при подключении к однофазной сети переменного тока сделала их очень популярными в бытовой технике. Кроме того, он имеет миниатюрные размеры и может использоваться в компактных бытовых устройствах. В промышленных отраслях это оборудование также часто используется, но его эффективность подходит не всем.

Вот наиболее распространенные применения:

• Строилы и отвертки
• Смешков и блендеров
• вентиляторы и фен. используется преимущественно в местах, где уровень шума не критичен, но важны высокие обороты. Eltra Trade является надежным поставщиком продуктов автоматизации, и вы можете найти большой каталог двигателей таких марок, как Siemens, Lenze, ABB и т. д. на нашем веб-сайте. Проверить!

  Приобрести оптом коллекторный электродвигатель для повышенных скоростей

  коллекторный электродвигатель s для продажи:

  Распределители коллекторных электродвигателей более мощные и простые в использовании. Они имеют высокий крутящий момент, а также пользуются большим спросом. Они также просты в использовании и транспортировке.

  Эти электродвигатели можно использовать с двигателями постоянного тока на 12 В. От бесколлекторных двигателей постоянного тока 3 В постоянного тока до 5 В постоянного тока для 12-вольтовых двигателей постоянного тока RC. Существует множество различных типов двигателей постоянного тока, которые можно использовать с 12-вольтовыми двигателями постоянного тока RC. Эти двигатели могут использоваться в диапазоне 3 В, 4 В, 5 В, 6 В, 12 В постоянного тока. Начиная с 9Коллекторный электродвигатель 0050 для RC Двигатели постоянного тока 12 вольт можно использовать для самых разных задач. Из вышеперечисленного вы можете найти их на Alibaba.com. Двигатели, используемые для RC 12-вольтовые двигатели постоянного тока, могут использоваться как на РВ, так и на 12-вольтовые. От бесщеточных двигателей постоянного тока 3 В постоянного тока до двигателей постоянного тока 3 В постоянного тока можно использовать для 12-вольтового постоянного тока постоянного тока.

  Эти двигатели могут развивать скорость до 18 миль в час, что очень быстро и просто. Найдите другие коллекторы двигателей для продажи на Alibaba.com. Это коллекторы двигателей для продажи, начиная с 3 кВт и выше до 5 кВт (10 км / ч), они действительно быстрые и простые в использовании. Найдите больше моторных коллекторов для продажи на Alibaba.com здесь! Это коллекторы двигателей для продажи, начиная с 1 кВт на 3 кВт и более миль в час, что действительно быстро и просто. Это коллекторы двигателей для продажи, начиная с 1 кВт и более, что делает их более доступными и простыми в использовании. Alibaba.com предлагает 122 200 В постоянного тока. Эти двигатели являются отличным источником энергии для коллекторов с низким током и высоким крутящим моментом. Данные электродвигатели в продаже также отлично подходят для коллекторов 3кВт, 3кВт, 4к.

  Из более широкого ассортимента аккумуляторов 12 В для радиоуправляемых двигателей на Alibaba.com продаваемые электрические коллекторные двигатели можно использовать как в автофургонах, так и в аккумуляторах на 12 В для радиоуправляемых двигателей. Это позволяет контролировать мощность двигателя на больших скоростях и более высоких скоростях. Благодаря двигателю с высоким крутящим моментом, отличный коллекторный электродвигатель можно использовать на полноразмерных радиоуправляемых моделях и аккумуляторе 12 ВТ для радиоуправляемых моделей. Вы можете найти большой ассортимент электродвигателей постоянного тока 12 В по более низкой цене на Alibaba. com. Полный диапазон электрических коллекторных двигателей подходит для аккумуляторов постоянного тока от 5 до 12 В и коллекторов RC, но также может использоваться для полного диапазона аккумуляторов 12 В и Rc. С двигателем с высоким крутящим моментом на больших скоростях, например, бесщеточный бесщеточный Двигатель постоянного тока, батарея постоянного тока 12 В для Rc.

  Что такое коллекторный электродвигатель

  ?

  Коллекторный электродвигатель также известен как автономный двигатель или коллекторный электродвигатель . Он имеет низкую выходную мощность, низкое энергопотребление и многое другое. Этот тип двигателя также используется в электрогенерирующих установках, таких как oVilles и роторные двигатели.

  Вращающиеся магнитные коллекторы. Эти типы роторных электродвигателей предназначены для создания высокой мощности.

  Вращательные магнитные двигатели являются коллекторными двигателями. Поскольку ротор покрыт катушкой ротора, он может создавать вращающееся магнитное поле с катушкой ротора.