Коллектор (коллекторный узел, щёточный узел, коллекторно-щёточный узел, щёточно-коллекторный узел)
Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции - является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами.
Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей.
Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.
Рис. 4 Графитовые щётки
Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый).
Щётки часто размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора, как следствие при работе ДПТ происходят переходные процессы в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает ресурс ДПТ. Искрение уменьшают выбором положения щёток относительно статора (снижая ток коммутации), а также подключением внешних реактивных элементов (конденсаторов).
При больших токах в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим, при проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.
Классификация
По виду магнитной системы статора
С постоянными магнитами
С электромагнитами
По способу включения обмоток возбуждения электромагнитов статора
Двигатели постоянного тока различаются по способу коммутации обмоток возбуждения. Вид подключения обмоток возбуждения существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя. Существуют схемы независимого, параллельного, последовательного и смешанного включения обмоток возбуждения.
Принцип работы
В принципе работы электродвигателя постоянного тока есть два подхода: 1. рамка (2 стержня) с током в магнитном поле статора, 2. взаимодействие магнитных полей статора и ротора.
Рамка с током в однородном магнитном поле полюсов статора
В
однородном магнитном поле полюсов
статора с индукцией
на
два стержня рамки длиной
с
током
действуют
силы
Ампера
постоянной
величины, равные
и
направленные в противоположные стороны.
Эти
силы прикладываются к плечам
,
равным
,
где
-
радиус рамки, и создают крутящий
момент
,
равный
.
Для двух стержней рамки суммарный крутящий момент равен
.
Практически из-за того, что угловая
ширина щётки
[радиан]
немного меньше угловой ширины зазора
между
пластинами (ламелями) коллектора, чтобы
источник питания не замыкался накоротко,
четыре небольших части под кривой
крутящего момента, равные
,
где
,
не участвуют в создании общего крутящего
момента.
При числе витков в обмотке равном s крутящий момент будет равен .
Наибольший
крутящий момент будет при угле поворота
рамки равном
,
т.е. 90°, при этом угле поворота рамки с
током вектора магнитных полей статора
и ротора (рамки) будут перпендикулярны
друг к другу, т.е. под углом 90°. При угле
поворота ротора (рамки) 180° крутящий
момент равен нулю из-за нулевого плеча,
но силы не равны нулю и это положение
ротора (рамки), при отсутствии переключения
тока, весьма устойчиво и подобно одному
шагу в шаговом
двигателе.
Без
учёта короткозамкнутых щётками частей
крутящего момента средний крутящий
момент за один оборот (период) равен
площади под интегральной кривой крутящего
момента делённой на длину периода
:
При s витков в обмотке
