Устройство и схема подключения коллекторного двигателя переменного тока

Устройство и схема подключения коллекторного двигателя переменного тока

Коллекторные двигатели переменного тока достаточно широко применяются как силовые агрегаты бытовой техники, ручного электроинструмента, электрооборудования автомобилей, систем автоматики. Схема подключения двигателя, а также его устройство напоминают схему и устройство электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Область применения таких моторов обусловлена их компактностью, малым весом, легкостью управления, сравнительно невысокой стоимостью. Наиболее востребованы в этом производственном сегменте электродвигатели малой мощности с высокой частотой вращения.

Однофазные асинхронные электродвигатели

Устройство и принцип действия

Мощность такого однофазного двигателя 220В может в зависимости от конструкции находиться в пределах от 5 Вт до 10 кВт. Его ротор – это обычно короткозамкнутая обмотка («беличья клетка») – медные или алюминиевые стержни, замкнутые с торцов.

Такой однофазный двигатель, как правило, имеет две смещенные на 90° друг относительно друга обмотки. Рабочая (главная) при этом занимает большую часть пазов статора, а пусковая (вспомогательная) – оставшуюся. И однофазным его называют потому, что у него лишь одна рабочая обмотка.

Переменный ток, протекающий по главной обмотке, создает периодически меняющееся магнитное поле. Его можно считать состоящим из двух круговых с одинаковой амплитудой, вращающихся навстречу друг другу.

По закону электромагнитной индукции в замкнутых витках ротора меняющийся магнитный поток создает индукционный ток, взаимодействующий с порождающим его полем. Если ротор неподвижен, моменты действующих на него сил одинаковы, вследствие чего ротор остается неподвижным.

Если же ротор начать вращать, то равенство моментов этих сил нарушится, поскольку скольжение его витков относительно вращающихся магнитных полей станет разным. Как следствие – сила Ампера, действующая на витки ротора со стороны прямого магнитного поля, будет значительно больше, чем со стороны обратного.

Индукционный ток в витках ротора может возникать лишь при пересечении ими силовых линий магнитного поля. А для этого они должны вращаться со скоростью, чуть меньшей, чем частота вращения поля (при одной паре полюсов – 3000 об/мин). Отсюда и название, которое получили такие электродвигатели, асинхронные.

При увеличении механической нагрузки скорость вращения уменьшается, возрастает величина индукционного тока в витках ротора. Как следствие – возрастают и механическая мощность двигателя, и мощность потребляемого им переменного тока.

Схема запуска и подключения

Понятно, что раскручивать вручную ротор при каждом запуске электродвигателя неудобно. Для создания первоначального пускового момента и используется пусковая обмотка. Поскольку она составляет с рабочей обмоткой прямой угол, для создания вращающегося магнитного поля ток в ней должен быть сдвинут по фазе относительно тока в рабочей обмотке тоже на 90°.

Добиться этого можно включением в цепь ее питания фазосмещающего элемента. Резистор или дроссель обеспечить фазовый сдвиг в 90° не могут, поэтому в большинстве ситуаций логично использование конденсатора в качестве фазосмещающего элемента. В этом случае однофазный электродвигатель обладает наилучшими пусковыми свойствами.

Когда фазовращающий элемент является конденсатором, однофазные электродвигатели конструктивно могут быть такими:

  • с пусковым конденсатором (рис. а);
  • с пусковым и рабочим (рис. б);
  • только с рабочим конденсатором (рис. в).

Первый (наиболее распространенный) вариант предусматривает подключение пусковой обмотки с конденсатором ненадолго на время пуска, после чего они отключаются. Реализовать его можно с помощью реле времени, а то и просто за счет замыкания цепи во время нажатия пусковой кнопки. Эта схема запуска характеризуется сравнительно небольшим пусковым током, но в номинальном режиме характеристики невысоки. Причина в том, что поле статора является эллиптическим (в направлении полюсов оно сильнее, чем в перпендикулярном).

Схема с рабочим, постоянно включенным конденсатором лучше работает в номинальном режиме, но имеет посредственные пусковые характеристики. Вариант с пусковым и рабочим конденсатором является промежуточным между двумя описанными выше. Расчет значений их емкостей сравнительно прост: у рабочего 0,75 мкФ на 1 кВт мощности, у пускового – в 2,5 раза больше.

Из чего состоит конструкция?

Устройство электродвигателя переменного тока включает помимо ротора и статора:

  • тахогенератор;
  • щеточно-коллекторный механизм.

Ток якоря взаимодействует с магнитным потоком обмотки возбуждения, вызывая в коллекторном механизме вращение ротора. Ток подается через щетки на коллектор, являющийся узлом ротора и соединенным с обмоткой статора последовательно. Он собран из пластин, имеющих в сечении форму трапеции.

Продемонстрировать принцип работы такого двигателя можно с помощью хорошо известного со школьной программы опыта с вращающейся рамкой, которую поместили между разноименными полюсами магнитного поля. Она вращается под воздействием динамических сил, когда по ней протекает ток. При изменении направления тока, рамка не меняет направления вращения.

Примести к выходу из строя механизма могут высокие обороты холостого хода, вызванные максимальным моментом при последовательном подсоединении обмоток возбуждения.

Запуск двигателя коллекторного типа

Коллекторные двигатели компактны и работают на высоких оборотах. Ими оснащаются малогабаритные бытовые приборы, например, миксеры, мясорубки, кофемолки и стиральные машины, а также ручные инструменты — дрели, шуруповёрты, дисковые пилы и т. п.

На фото – схема подключения такого электродвигателя к питанию 220В через простой замыкающий выключатель. Кнопка в зажатом положении подает ток на обмотки статора и ротора. При двух разных обмотках на статоре можно сделать перемычку для переключения скоростей.

  • Главная страница
  • Регуляторы на заводских платах
  • Схемы регуляторов на TDA1085C
  • Новые регуляторы на TDA1085
  • Управление коллекторным двигателем
  • Датчик скорости на LM393
  • Простой аналоговый тахометр
  • Реверс коллекторного двигателя
  • TDA1085C
  • Плавный пуск на ILA1185AN
  • ШИМ-регулятор
  • Конденсаторное питание TDA1085
  • ШИМ-регулятор 220 В
  • ШИМ-регулятор 220 В ( IGBT )
  • ШИМ-регулятор на Arduino
  • Заказ плат в Китае
  • PCBWay
  • Регулятор TDA1085 и др. двигатели
  • Подключение педали
  • Опторазвязка
  • Тахометр на Arduino+OLED_0.91

Реверс коллекторного двигателя

Снято видео о подключении переключателя реверса к регулятору Оптима — Реверс? Это очень просто!

8 комментариев:

А есть схема электронного реверса ?

В идеале конечно нужно так сделать, но я пока не делал

добрый день. А принципиальна переполюсовка именно статора? Или можно такое же проделать с ротором? Просто вчера игрался с переключением направления вращения и не вывев скорость в ноль просто выключил этим переключателем. Дождался остановки двигателя а после включения реверса произошел пробой симистора. Обороты перестали регулироваться хоть и не выходили на полную мощность. После замены все нормализовалось. Вот и думаю теперь о причинах.

Я думаю, что не принципиально ( ротора или статора)

Как включить мотор асинхронного типа

Асинхронник состоит из:

  • Статора — неподвижной основы.
  • Ротора — элемента, вращающего барабан.

В СМ использовались трёхфазные движки, которые полноценно могут работать при напряжении 380 В. Подключение двигателя от стиралки к однофазной сети 220 В требует подсоединения конденсатора.

Он снизит мощность устройства, зато сделает работу безопаснее.

Выбирайте конденсатор мощнее мотора, тогда он выдержит перепады напряжения.

Схема подключения «трёхфазника»

Понадобится набор приспособлений:

  • мультиметр;
  • конденсатор;
  • провод — вилка на одном конце, три клеммы на противоположном;
  • промежуточный провод, клеммы по краям.
Читайте также  Как разобрать реечный потолок

Подключение:

  1. Возьмите сетевой провод, подсоедините конденсатор.
  2. Промежуточный провод-перемычку прикрепите с другой стороны конденсатора.
  3. Прозвоните обмотку, чтобы найти выходы наименьшего сопротивления.
  4. Вставьте прямые провода, которые будут подключаться к розетке.
  5. Присоедините конденсатор.

Если после включения в розетку не слышен шум мотора, скорее всего, пусковой конденсатор подсоединён неправильно. Искать нужную клемму придётся «методом научного тыка». Подробное описание, результат эксперимента с тремя проводами, можно посмотреть в этом видео:

Схема подключения коллекторного электродвигателя на 220 вольт

Где можно встретить в быту?

Электрические дрели, некоторые стиральные машинки, перфораторы и болгарки имеют синхронный коллекторный двигатель. Он способен работать в сетях с одной фазой даже без пусковых механизмов. Схема такая: перемычкой соединяются концы 1 и 2, первый берет начало в якоре, второй – в статоре. Два кончика, которые остались, необходимо присоединить к питанию в 220 вольт.

Подключение электродвигателя 220 вольт с пусковой обмоткой

  • Такая схема исключает блок электроники, а следовательно – мотор сразу же с момента старта, будет работать на полную мощность – на максимальных оборотах, при запуске буквально срываясь с силой от пускового электротока, который вызывает искры в коллекторе;
  • существуют электромоторы с двумя скоростями. Их можно определить по трем концам в статоре, выходящим из обмотки. В этом случае скорость вала при подключении уменьшается, а риск деформации изоляции при старте – увеличивается;
  • направление вращения можно изменить, для этого следует поменять местами окончания подключения в статоре или якоре.

Определяем тип движка

Включение двигателя зависит от вида. Поэтому перед тем, как подключить мотор, желательно выяснить, какой механизм вам достался. Комплектации стиралок включают три типа:

  • асинхронный;
  • коллекторный;
  • инверторный (бесколлекторный).

Асинхронный двигатель стиральной машины

Устанавливали в машинах, произведённых до 2000 года. У двигателя машины-полуавтомата вращений за минуту — 2800, мощность 180–360 Вт. Чтобы приспособить такой движок под гаражные «самоделки», нужны трёхфазная сеть, преобразователь частоты, набор конденсаторов. Это стоит дорого, поэтому асинхронники не пользуются популярностью у самодельщиков. Но если попался именно такой экземпляр — можете не бояться технических сложностей. Конструкция движка проста, за ней легко ухаживать.

Коллекторный двигатель

Любимчик мастеров. Работает от постоянного, переменного электрического тока, мощность 300–800 Вт, число поворота якоря 11 500 –15 000 об/мин. Из плюсов — легко корректируется цикл без потери мощности. Минус — часто стираются щётки . Коллекторный электродвигатель является оптимальным по доступности, цене вариантом для домашних мастерских. Он универсален, легко управляем.

Инверторный мотор

Самый современный, экономичный вид. Преобразовывает переменный ток в постоянный. Функционирует без ременной передачи, щёток, мощностью 400–800 Вт, совершая количество поворотов от 16 000 до 20 000. Для его подключения не нужны конденсаторы, он может менять направление вращения, работает тихо, без лишней вибрации. Недостатки: дорого стоит, чувствителен к перепадам напряжения сети.

Опознание провели — начинаем запуск электродвигателя.

Критерии выбора и соимость

Для того, чтобы правильно выбрать наиболее подходящий тип регулятора, нужно хорошо представлять себе, какие есть разновидности таких устройств:

  1. Различные типы управления. Может быть векторная или скалярная система управления. Первые применяются чаще, а вторые считаются более надёжными.
  2. Мощность регулятора должна соответствовать максимально возможной мощности мотора.
  3. По напряжению удобно выбирать устройство, имеющее наиболее универсальные свойства.
  4. Характеристики по частоте. Регулятор, который вам подходит, должен соответствовать наиболее высокой частоте, которую использует мотор.
  5. Другие характеристики. Здесь речь идёт о величине гарантийного срока, размерах и других характеристиках.

В зависимости от назначения и потребительских свойств, цены на регуляторы могут существенно различаться.

Большей частью они находятся в диапазоне примерно от 3,5 тысяч рублей до 9 тысяч:

  1. Регулятор оборотов KA-18 ESC, предназначенный для моделей масштаба 1:10. Стоит 6890 рублей.
  2. Регулятор оборотов MEGA коллекторный (влагозащищенный). Стоит 3605 рублей.
  3. Регулятор оборотов для моделей LaTrax 1:18. Его цена 5690 рублей.