Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как проверить коллекторный двигатель переменного тока


5 схем проверки электродвигателя мультиметром

Мне часто в последнее время друзья и соседи стали задавать вопрос: как проверить электродвигатель мультиметром? Вот я и решил написать небольшой обзор инструкцию для начинающих электриков.

Сразу замечу, что один мультиметр не позволяет выявить со 100% гарантией все возможные неисправности: мало его функций. Но порядка 90% дефектов им вполне можно найти.

Постарался сделать инструкцию универсальной для всех типов движков переменного тока. Эти же методики при вдумчивом подходе можно использовать в цепях постоянного напряжения.

Содержание статьи

Что следует знать о двигателе перед его проверкой: 2 важных момента

В рамках излагаемой темы достаточно представлять упрощенный принцип работы и особенности конструкции любого двигателя.

Принцип работы: какие электротехнические процессы необходимо хорошо представлять при ремонте

Любой движок состоит из стационарно закрепленного корпуса — статора и вращающегося в нем ротора, который еще называют якорь.

Его круговое движение создается за счет воздействия на него вращающегося магнитного поля статора, формируемого протеканием электрических токов по статорным обмоткам.

Когда обмотки исправны, то по ним текут номинальные расчетные токи, создающие магнитные потоки оптимальной величины.

Если сопротивление прводов или их изоляция нарушена, то создаются токи утечек, коротких замыканий и другие повреждения, влияющие на работу электродвигателя.

Между статором и ротором выполнен минимально возможный зазор. Его могут нарушить:

  • разбитые подшипники;
  • попавшие внутрь механические частицы;
  • неправильная сборка и другие причины.

Когда происходит задевание вращающихся частей о неподвижный корпус, то создается их разрушение и дополнительные механические нагрузки. Все это требует тщательного осмотра, анализа состояния внутренних частей до начала электрических проверок.

Довольно часто не квалифицированный разбор является дополнительной причиной поломок. Пользуйтесь специальным инструментом и съемниками, исключающими повреждения граней валов.

После разборки сразу во время осмотра проверяют люфты, свободный ход подшипников, их чистоту и смазку, правильность посадочных мест.

Кроме этого у коллекторного электродвигателя могут быть сильно изношены пластины или щетки.

Все это необходимо проверять до подачи рабочего напряжения.

Особенности конструкций, влияющие на технологию поиска дефектов

Обычно производитель электрические характеристики указывает на табличке, прикрепленной на корпусе. Этим сведениям стоит верить.

Однако часто во время ремонта или перемотки конструкция статора изменяется, а табличка остается прежняя. Этот вариант следует тоже учитывать.

Для бытовой сети 220 вольт могут использоваться двигатели:

  • коллекторные с щеточным механизмом;
  • асинхронные однофазные;
  • синхронные и асинхронные трехфазные.

В схемах 380 вольт работают трехфазные синхронные и асинхронные электродвигатели.

Все они отличаются по конструкции, но, в силу работы по общим законам электротехники, позволяют использовать одинаковые методики проверок, заключающиеся в замерах электрических характеристик косвенными и прямыми методами.

Как проверить обмотку электродвигателя на статоре: общие рекомендации

Трехфазный статор имеет три встроенные обмотки. Из него выходит шесть проводов. В отдельных конструкциях можно встретить 3 или 4 вывода, когда соединение треугольник или звезда собрано внутри корпуса. Но так делается редко.

Определить принадлежность выведенных концов обмоткам позволяет прозвонка их мультиметром в режиме омметра. Надо просто один щуп поставить на произвольный вывод, а другим — поочередно замерять активное сопротивление на всех остальных.

Пара проводов, на которой будет обнаружено сопротивление в Омах, будет относиться к одной обмотке. Их следует визуально отделить и пометить, например, цифрой 1. Аналогично поступают с другими проводами.

Здесь надо хорошо представлять, что по закону Ома ток в обмотке создается под действием приложенного напряжения, которому противодействует полное сопротивление, а не активное, замеряемое нами.

Учитываем, что обмотки наматываются из одного провода с одинаковым числом витков, создающих равное индуктивное сопротивление. Если провод в процессе работы будет закорочен или оборван, то его активная составляющая, как и полная величина, нарушится.

Межвитковое замыкание тоже сказывается на величине активной составляющей.

Поэтому замеры активного сопротивления обмоток и их сравнение позволяют достоверно судить об исправности статорных цепей, делать вывод, что их целостность не нарушена.

Однофазный асинхронный двигатель: особенности статорных обмоток

Такие модели создаются с двумя обмотками: рабочей и пусковой, как, например, у стиральной машины. Активное сопротивление у рабочей цепочки в подавляющем большинстве случаев всегда меньше.

Поэтому когда из статора выведено всего три конца, то это означает, что между всеми ими надо измерять сопротивление. Результаты трех замеров покажут:

  • меньшая величина — рабочую обмотку;
  • средняя — пусковую;
  • большая — последовательное соединение первых двух.

Как найти начало и конец каждой обмотки

Метод позволяет всего лишь выявить общее направление навивки каждого провода. Но для практической работы электродвигателя этого более чем достаточно.

Статор рассматривается как обычный трансформатор, что в принципе и есть на самом деле: в нем протекают те же процессы.

Для работы потребуется небольшой источник постоянного напряжения (обычная батарейка) и чувствительный вольтметр. Лучше стрелочный. Он более наглядно отображает информацию. На цифровом мультиметре сложно отслеживать смену знака быстро меняющегося импульса.

К одной обмотке подключают вольтметр, а на другую кратковременно подают напряжение от батарейки и сразу его снимают. Оценивают отклонение стрелки.

Если при подаче «плюса» в первую обмотку во второй трансформировался электромагнитный импульс, отклонивший стрелку вправо, а при его отключении наблюдается движение ее влево, то делается вывод, что провода имеют одинаковое направление, когда «+» прибора и источника совпадают.

В противном случае надо переключить вольтметр или батарейку — то есть поменять концы одной из обмоток. Следующая третья цепочка проверяется аналогично.

А далее я просто взял свой рабочий асинхронный движок с мультиметром и показываю на нем фотографиями методику его оценки.

Личный опыт: проверка статорных обмоток асинхронного электродвигателя

Для статьи я использовал свой новый карманный мультиметр Mestek MT102. Заодно продолжаю выявлять недостатки его конструкции, которые уже показал в статье раньше.

Электрические проверки выполнялись на трехфазном двигателе, подключенном в однофазную сеть через конденсаторы по схеме звезды.

Общая оценка состояния изоляции обмоток

Поскольку на клеммных выводах все обмотки уже собраны вместе, то замеры начал с проверки сопротивления их изоляции относительно корпуса. Один щуп стоит на клеммнике сборки нуля, а второй — на гнезде винта крепления крышки. Мой Mestek показал отсутствие утечек.

Другого результата я и не ожидал. Этот способ замера состояния изоляции очень неточный и большинство повреждений он выявить просто не сможет: питания батареек 3 вольта явно недостаточно.

Но все же лучше делать хоть так, чем полностью пренебрегать такой проверкой.

Для полноценного анализа диэлектрического слоя проводников необходимо использовать высокое напряжение, которое вырабатывают мегаомметры. Его величина обычно начинается от 500 вольт и выше. У домашнего мастера таких приборов нет.

Можно обойтись косвенным методом, используя бытовую сеть. Для этого на клеммы обмотки и корпуса подают напряжение 220 вольт через контрольную лампу накаливания мощностью порядка 75 ватт (токоограничивающее сопротивление, исключающее подачу потенциала фазы на замыкание) и последовательно включенный амперметр.

Ожидаемый ток утечки через нормальную изоляцию не превысит микроамперы или их доли, но рассчитывать надо на аварийный режим и начинать замеры на пределах ампер. Измерив ток и напряжение, вычисляют сопротивление изоляции.

Однако такая работа производится под действующим напряжением. Она опасна. Выполнять ее можно только тем работникам, кто имеет хорошие практические навыки электрика, имея минимум третью группу по технике безопасности.

Используя этот способ, учитывайте, что:

  • на корпус движка подается полноценная фаза: он должен располагаться на диэлектрическом основании, не иметь контактов с другими предметами;
  • даже временно собираемая схема требует надежной изоляции всех концов и проводов, прочного крепления всех зажимов;
  • колба лампы может разбиться: ее надо держать в защитном чехле.

Замер активного сопротивления обмоток

Здесь требуется разобрать схему подключения проводов и снять все перемычки. Перевожу мультиметр в режим омметра и определяю активное сопротивление каждой обмотки.

Прибор показал 80, 92 и 88 Ом. В принципе большой разницы нет, а отклонения на несколько Ом я объясняю тем, что крокодил не обеспечивает качественный электрический контакт. Создается разное переходное сопротивление.

Это один из недостатков этого мультиметра. Щуп плохо входит в паз крокодила, да к тому же тонкий металл зажима раздвигается. Мне сразу пришлось его поджимать пассатижами.

Замер сопротивления изоляции между обмотками

Показываю этот принцип потому, что его надо выполнять между каждыми обмотками. Однако вместо омметра нужен мегаомметр или проверяйте, в крайнем случае, бытовым напряжением по описанной мной выше методике.

Мультиметр же может ввести в заблуждение: покажет хорошую изоляцию там, где будут созданы скрытые дефекты.

Как проверить якорь электродвигателя: 4 типа разных конструкций

Роторные обмотки создают магнитное поле, на которое воздействует поле статора. Они тоже должны быть исправны. Иначе энергия вращающегося магнитного поля будет расходоваться впустую.

Обмотки якоря имеют разные конструкции у двигателей с фазным ротором, асинхронным и коллекторным. Это стоит учитывать.

Синхронные модели с фазным ротором

На якоре создаются выводы проводов в виде металлических колец, расположенных с одной стороны вала около подшипника качения.

Провода схемы уже собраны до этих колец, что наносит небольшие особенности на их проверку мультиметром. Отключать их не стоит, однако методика, описанная выше для статора, в принципе подходит и для этой конструкции.

Такой ротор тоже можно условно представить как работающий трансформатор. Требуется только сравнить индивидуальные сопротивления их цепочек и качество изоляции между ними, а также корпусом.

Якорь асинхронного электродвигателя

В большинстве случаев ситуация здесь намного проще, хотя могут быть и проблемы. Дело в том, что такой ротор выполнен формой «беличье колесо» и его сложно повредить: довольно надежная конструкция.

Короткозамкнутые обмотки выполнены из толстых стержней алюминия (редко меди) и прочно запрессованы в таких же втулках. Все это рассчитано на протекание токов коротких замыканий.

Однако на практике происходят различные повреждения даже в надежных устройствах, а их как-то требуется отыскивать и устранять.

Цифровой мультиметр для выявления неисправностей в обмотке «беличье колесо» не потребуется. Здесь нужно иное оборудование, подающее напряжение на короткое замыкание этого якоря и контролирующее магнитное поле вокруг него.

Однако внутренние поломки таких конструкций обычно сопровождаются трещинами на корпусе, а их можно заметить при внимательном внутреннем осмотре.

Кому интересна такая проверка электрическими методами, смотрите видеоролик владельца Viktor Yungblyudt. Он подробно показывает, как определить обрыв стержней подобного ротора, что позволяет в дальнейшем восстановить работоспособность всей конструкции.

Коллекторные электродвигатели: 3 метода анализа обмотки

Принципиальная электрическая схема коллекторного двигателя в упрощенной форме может быть представлена обмотками ротора и статора, подключенными через щеточный механизм.

Схема собранного электродвигателя с коллекторным механизмом и щетками показана на следующей картинке.

Обмотка ротора состоит из частей, последовательно подключенных между собой определенным числом витков на коллекторных пластинах. Они все одной конструкции и поэтому имеют равное активное сопротивление.

Это позволяет проверять их исправность мультиметром в режиме омметра тремя разными методиками.

Самый простой метод измерения

Принцип №1 определения сопротивления между коллекторными пластинами я показываю на фото ниже.

Здесь я допустил одно упрощение, которое в реальной проверке нельзя совершать: поленился извлекать щетки из щеткодежателя, а они создают дополнительные цепочки, способные исказить информацию. Всегда вынимайте их для точного измерения.

Щупы ставятся на соседние ламели. Такое измерение требует точности и усидчивости. На коллекторе необходимо нанести метку краской или фломастером. От нее придется двигаться по кругу, совершая последовательные замеры между всеми очередными пластинами.

Постоянно контролируйте показания прибора. Они все должны быть одинаковыми. Однако сопротивление таких участков маленькое и если омметр недостаточно точно на него реагирует, то можно его очувствить увеличением длины измеряемой цепочки.

Способ №2: диаметральный замер

При этом втором методе потребуется еще большая внимательность и сосредоточенность. Щупы омметра необходимо располагать не на соседние ближайшие пластины, а на диаметрально противоположные.

Другими словами, щупы мультиметра должны попадать на те пластины, которые при работе электродвигателя подключаются щетками. А для этого их потребуется как-то помечать, дабы не запутаться.

Однако даже в этом случае могут встретиться сложности, связанные с точностью замера. Тогда придется использовать третий способ.

Способ №3: косвенный метод сравнения величин маленьких сопротивлений

Для измерения нам потребуется собрать схему, в которую входит:

  • аккумулятор на 12 вольт;
  • мощное сопротивление порядка 20 Ом;
  • мультиметр с концами и соединительные провода.

Следует представлять, что точность измерения увеличивает стабильность созданного источника тока за счет:

  • высокой емкости аккумулятора, обеспечивающей одинаковый уровень напряжения во время работы;
  • повышенная мощность резистора, исключающая его нагрев и отклонение параметров при токах до одного ампера;
  • короткие и толстые соединительные провода.

Один соединительный провод подключают напрямую к клемме аккумулятора и ламели коллектора, а во второй врезают токоограничивающий резистор, исключающий большие токи. Параллельно контактным пластинам садится вольтметр.

Щупами последовательно перебираются очередные пары ламелей на коллекторе и снимаются отсчеты вольтметром.

Поскольку аккумулятором и резистором на короткое время каждого замера мы выдаем одинаковое напряжение, то показания вольтметра будут зависеть только от величины сопротивления цепочки, подключенной к его выводам.

Поэтому при равных показаниях можно делать вывод об отсутствии дефектов в электрической схеме.

При желании можно измерить миллиамперметром величину тока через ламели и по закону Ома, воспользовавшись онлайн калькулятором, посчитать величину активного сопротивления.

Проверка состояния обмоток ротора коллекторного двигателя сильно зависит от класса точности мультиметра в режиме омметра.

Мой цифровой Mestek MT102, несмотря на выявленные в нем недостатки, нормально справляется с этой задачей.

Двигатели постоянного тока

Конструкция их ротора напоминает устройство якоря коллекторного двигателя, а статорные обмотки создаются для работы со схемой включения при параллельном, последовательном или смешанном возбуждении.

Раскрытые выше методики проверок статора и якоря позволяют проверять двигатель постоянного тока, как асинхронный и коллекторный.

Заключительный этап: особенности проверок двигателей под нагрузкой

Нельзя делать заключение об исправности электродвигателя, полагаясь только на показания мультиметра. Необходимо проверить рабочие характеристики под нагрузкой привода, когда ему необходимо совершать номинальную работу, расходуя приложенную мощность.

Включение подачей напряжения на холостой ход и проверка начала вращения ротора, как делают некоторые начинающие электрики, является типичной ошибкой.

Например, владелец очень короткого видео ЧАО Дунайсудоремонт считает, что замерив ток в обмотках, он убедился в готовности отремонтированного движка к дальнейшей эксплуатации.

Однако такое заключение можно дать только после выполнения длительной работы и оценки не только величин токов, но и замера температур статора и ротора, анализа систем теплоотвода.

Не выявленные дефекты неправильной сборки или повреждения отдельных элементов могут повторно вызвать дополнительный ремонт с большими трудозатратами. Если же у вас еще остались вопросы по теме, как проверить электродвигатель мультиметром, то задавайте их в комментариях. Обязательно обсудим.

Коммутатор (электрический) - Википедия

Эта статья о электрическом компоненте. Для математической концепции см. Коммутатор. Коммутатор в универсальном моторе от пылесоса. Детали: (A) коммутатор , (B) щетка , (C) обмотки ротора (якоря) , статор (D) (F), обмотки (поля), (E) направляющие щетки

Коммутатор - это вращающийся электрический переключатель в определенных типах электродвигателей и электрических генераторов, который периодически меняет направление тока между ротором и внешней цепью.Он состоит из цилиндра, состоящего из нескольких металлических контактных сегментов на вращающейся арматуре машины. Два или более электрических контакта, называемых «щетками», изготовлены из мягкого проводящего материала, такого как угольный пресс, прижимаясь к коммутатору, создавая скользящий контакт с последовательными сегментами коммутатора при его вращении. Обмотки (витки провода) на якоре соединены с сегментами коммутатора.

Коммутаторы используются в машинах постоянного тока (DC): динамо (генераторы DC) и многих двигателях постоянного тока, а также универсальных двигателях.В двигателе коммутатор подает электрический ток на обмотки. Путем изменения направления тока во вращающихся обмотках каждые пол оборота, создается устойчивая вращающая сила (крутящий момент). В генераторе коммутатор улавливает ток, генерируемый в обмотках, изменяя направление тока с каждым пол оборота, служа в качестве механического выпрямителя для преобразования переменного тока от обмоток в однонаправленный постоянный ток в цепи внешней нагрузки. Первая машина типа коммутатора постоянного тока, динамо, была построена Ипполитом Pixii в 1832 году по предложению Андре-Мари Ампера.

Коммутаторы относительно неэффективны, а также требуют периодического обслуживания, такого как замена щетки. Таким образом, использование коммутируемых машин сокращается, их заменяют машины переменного тока, а в последние годы - бесщеточные двигатели постоянного тока, в которых используются полупроводниковые переключатели.

Принцип действия [править]

Коммутатор состоит из набора контактных стержней, прикрепленных к вращающемуся валу машины и соединенных с обмотками якоря. Когда вал вращается, коммутатор меняет направление тока в обмотке.Для одной обмотки якоря, когда вал совершил половину оборота, обмотка теперь подключена так, что через нее течет ток в направлении, противоположном начальному. В двигателе ток якоря заставляет фиксированное магнитное поле оказывать вращающую силу или крутящий момент на обмотку, чтобы она вращалась. В генераторе механический крутящий момент, приложенный к валу, поддерживает движение обмотки якоря через стационарное магнитное поле, вызывая ток в обмотке.Как в случае двигателя, так и в случае генератора, коммутатор периодически меняет направление протекания тока через обмотку, так что протекание тока в цепи, внешней по отношению к машине, продолжается только в одном направлении.

Простейший практичный коммутатор [править]

Практические коммутаторы имеют по крайней мере три контактных сегмента, чтобы предотвратить «мертвую» точку, где две щетки одновременно перекрывают только два коммутаторных сегмента. Щетки выполнены шире, чем изолированный зазор, чтобы щетки всегда соприкасались с катушкой якоря.Для коммутаторов, по крайней мере, с тремя сегментами, хотя ротор потенциально может остановиться в положении, когда два сегмента коммутатора касаются одной щетки, это приводит к обесточиванию только одного из плеч ротора, в то время как другие все еще будут работать правильно. При наличии остальных рычагов ротора двигатель может создавать достаточный крутящий момент, чтобы начать вращение ротора, а генератор может обеспечивать полезную мощность для внешней цепи.

Кольцевая / сегментная конструкция [править]

Поперечное сечение коммутатора, который можно разобрать для ремонта. [1]

Коммутатор состоит из набора медных сегментов, закрепленных по части окружности вращающейся машины или ротора, и набора подпружиненных щеток, закрепленных на неподвижной раме машины. Две или более фиксированных щетки подключаются к внешней цепи, либо источник тока для двигателя или нагрузки для генератора.

Сегменты коммутатора подключены к катушкам якоря, причем количество катушек (и сегментов коммутатора) зависит от скорости и напряжения машины.Большие двигатели могут иметь сотни сегментов. Каждый проводящий сегмент коммутатора изолирован от соседних сегментов. Слюда использовалась на ранних машинах и до сих пор используется на больших машинах. Многие другие изоляционные материалы используются для изоляции небольших машин; например, пластик позволяет быстро изготовить изолятор. Сегменты удерживаются на валу, используя форму ласточкиного хвоста на краях или нижней части каждого сегмента. Изоляционные клинья по периметру каждого сегмента прижимаются так, чтобы коммутатор сохранял свою механическую устойчивость во всем нормальном рабочем диапазоне.

В небольших приборах и инструментальных двигателях сегменты обычно постоянно обжаты и не могут быть удалены. Когда двигатель выходит из строя, он выбрасывается и заменяется. На больших промышленных машинах (скажем, от нескольких киловатт до тысячи киловатт в рейтинге) экономически выгодно заменять отдельные поврежденные сегменты, и поэтому торцевой клин можно открутить, а отдельные сегменты удалить и заменить. Замена сегментов меди и слюды обычно называется «заправка». Многоразовые коммутаторы типа «ласточкин хвост» являются наиболее распространенной конструкцией более крупных коммутаторов промышленного типа, но многоразовые коммутаторы также могут быть изготовлены с использованием внешних лент из стекловолокна (конструкция со стеклянными полосами) или из кованых стальных колец (конструкция с внешним стальным усадочным кольцом и конструкция с внутренним стальным усадочным кольцом) ).Одноразовые коммутаторы литого типа, обычно встречающиеся в небольших двигателях постоянного тока, становятся все более распространенными в более крупных электродвигателях. Коллекторы литого типа не подлежат ремонту и должны быть заменены в случае повреждения. В дополнение к обычно используемым методам нагрева, крутящего момента и тоннажа приправленных коллекторов, некоторые высокопроизводительные коллекторы требуют более дорогостоящего, специфического процесса «отжима при отжиме» или тестирования при отжиме на высокой скорости, чтобы гарантировать стабильность отдельных сегментов и предотвратить преждевременное износ угольных щеток.Такие требования являются общими для применения в тяговых, военных, аэрокосмических, ядерных, горных и высокоскоростных областях, где преждевременный отказ может привести к серьезным негативным последствиям.

Трение между сегментами и щетками в конечном итоге вызывает износ обеих поверхностей. Угольные щетки, сделанные из более мягкого материала, быстрее изнашиваются и могут быть легко заменены без разборки машины. Старые медные щетки вызывали больший износ коммутатора, вызывая глубокие канавки и выемки поверхности с течением времени.Коммутатор на небольших двигателях (скажем, мощностью менее киловатта) не предназначен для ремонта в течение всего срока службы устройства. На крупном промышленном оборудовании коммутатор может быть повторно покрыт абразивами или ротор может быть удален из рамы, установленной на большом металлическом токарном станке, и коммутатор может быть восстановлен путем срезания его до меньшего диаметра. Наибольшее оборудование может включать в себя токарный станок, поворачивающийся непосредственно над коммутатором.

Конструкция кисти [править]

Различные типы медных и угольных щеток. [2]

Ранние машины использовали щетки, изготовленные из жил медного провода, для контакта с поверхностью коммутатора. Тем не менее, эти твердые металлические щетки имели тенденцию царапать и протирать гладкие сегменты коммутатора, что в конечном итоге требовало повторной шлифовки коммутатора. Поскольку медные щетки стирались, пыль и кусочки щетки могли втиснуться между сегментами коммутатора, закорачивая их и снижая эффективность устройства. Тонкая медная проволочная сетка или марля обеспечивали лучший контакт с поверхностью при меньшем износе сегмента, но марлевые щетки были дороже, чем полосовые или проволочные медные щетки.

Современные вращающиеся машины с коммутаторами почти исключительно используют угольные щетки, в которые может быть добавлен медный порошок для улучшения проводимости. Щетки из металлической меди можно найти в игрушечных или очень маленьких двигателях, таких как показанный выше, и в некоторых двигателях, которые работают только с перебоями, например, в автомобильных стартерных двигателях.

Двигатели и генераторы страдают от явления, известного как «реакция якоря», одним из эффектов которого является изменение положения, при котором реверсирование тока через обмотки в идеале должно происходить при изменении нагрузки.Ранние машины имели щетки, установленные на кольце, снабженном ручкой. Во время работы необходимо было отрегулировать положение кольца щетки, чтобы отрегулировать коммутацию, чтобы свести к минимуму искрение на щетках. Этот процесс был известен как «раскачивание кистей».

Были разработаны различные разработки для автоматизации процесса регулировки коммутации и минимизации искрения на щетках. Одним из них была разработка «кистей с высоким сопротивлением», или кистей, сделанных из смеси медного порошка и углерода. [3] Несмотря на то, что они описаны как щетки с высоким сопротивлением, сопротивление такой щетки составляло порядка миллиом, точное значение зависит от размера и функции машины. Кроме того, щетка с высоким сопротивлением была сконструирована не как щетка, а в форме угольного блока с изогнутой поверхностью, соответствующей форме коммутатора.

Углеродная щетка с высоким сопротивлением или угольная щетка сделана настолько большой, что она значительно шире охватываемого изолирующего сегмента (а на больших машинах часто может охватывать два изолирующих сегмента).Результатом этого является то, что, когда сегмент коммутатора проходит из-под щетки, ток, проходящий к нему, проходит более плавно, чем в случае щеток из чистой меди, где контакт внезапно оборвался. Точно так же сегмент, вступающий в контакт с щеткой, имеет аналогичное увеличение тока. Таким образом, хотя ток, проходящий через щетку, был более или менее постоянным, мгновенный ток, проходящий к двум сегментам коммутатора, был пропорционален относительной площади, контактирующей с щеткой.

Введение угольной щетки имело удобные побочные эффекты. Угольные щетки, как правило, изнашиваются более равномерно, чем медные, а мягкий углерод наносит гораздо меньший ущерб сегментам коммутатора. Углерод по сравнению с медью меньше искрится, и по мере износа углерода более высокое сопротивление углерода приводит к меньшему количеству проблем, связанных с накоплением пыли на сегментах коммутатора.

Соотношение меди и углерода может быть изменено для конкретной цели. Щетки с более высоким содержанием меди работают лучше при очень низком напряжении и высоком токе, в то время как щетки с более высоким содержанием углерода лучше при высоком напряжении и низком токе.Щетки с высоким содержанием меди обычно несут от 150 до 200 ампер на квадратный дюйм контактной поверхности, в то время как более высокое содержание углерода несет только от 40 до 70 ампер на квадратный дюйм. Более высокое сопротивление углерода также приводит к большему падению напряжения на 0,8-1,0 вольт на контакт или 1,6-2,0 вольт на коммутаторе. [4]

Щеткодержатели [править]

Составной карбоновый щеткодержатель с индивидуальными зажимами и регулировками натяжения для каждого блока углерода. [5]

Пружина обычно используется с щеткой для поддержания постоянного контакта с коммутатором.По мере износа щетки и коллектора пружина постепенно толкает щетку вниз в сторону коллектора. В конце концов, щетка изнашивается достаточно маленькой и тонкой, так что устойчивый контакт больше невозможен или она больше не удерживается в держателе щетки, и поэтому щетку необходимо заменить.

Как правило, гибкий силовой кабель подключается непосредственно к щетке, поскольку ток, протекающий через опорную пружину, может вызвать нагрев, что может привести к потере металлического характера и потере натяжения пружины.

Когда коммутируемый двигатель или генератор потребляет больше энергии, чем способна провести одна щетка, сборка из нескольких держателей щеток устанавливается параллельно на поверхности очень большого коммутатора. Этот параллельный держатель равномерно распределяет ток по всем щеткам и позволяет внимательному оператору удалить неисправную щетку и заменить ее новой, даже если машина продолжает вращаться с полной мощностью и под нагрузкой.

Высокомощное коммутируемое оборудование с большим током в настоящее время встречается нечасто из-за менее сложной конструкции генераторов переменного тока, которая позволяет низковольтной катушке с вращающимся полем высокого напряжения питать сильноточные катушки статора с фиксированным положением.Это позволяет использовать очень маленькие одиночные щетки в конструкции генератора. В этом случае вращающиеся контакты представляют собой непрерывные кольца, называемые контактными кольцами, и переключение не происходит.

Современные устройства, использующие угольные щетки, обычно имеют конструкцию, не требующую технического обслуживания, которая не требует регулировки в течение всего срока службы устройства, с использованием гнезда для держателя щетки с фиксированным положением и комбинированного узла щетка-пружина и кабель, который вставляется в гнездо. Изношенную щетку вытаскивают и вставляют новую щетку.

Угол контакта щетки [править]

Различные типы щеток имеют разные углы контакта щеток [6] Коммутатор и щетка в сборе тягового двигателя; медные прутки можно увидеть с более легкими изоляционными полосами между прутьями. К каждой темно-серой угольной щетке прикреплена короткая гибкая медная перемычка. Части обмотки электродвигателя, красного цвета, видны справа от коммутатора.

Различные типы щеток соприкасаются с коммутатором по-разному.Поскольку медные щетки имеют ту же твердость, что и сегменты коммутатора, ротор не может быть повернут назад к концам медных щеток без того, чтобы медь не врезалась в сегменты и не нанесла серьезного повреждения. Следовательно, полосовые / ламинированные медные щетки создают только касательный контакт с коммутатором, в то время как медные сетчатые и проволочные щетки используют наклонный угол контакта, соприкасающийся с их краем через сегменты коммутатора, которые могут вращаться только в одном направлении.

Мягкость угольных щеток обеспечивает прямой радиальный концевой контакт с коммутатором без повреждения сегментов, что позволяет легко изменять направление вращения ротора, без необходимости переориентировать держатели щеток для работы в противоположном направлении.Несмотря на то, что они никогда не меняются местами, обычные двигатели, использующие намотанные роторы, коммутаторы и щетки, имеют радиально-контактные щетки. В случае держателя угольной щетки реакционного типа, угольные щетки могут быть наклонены назад к коммутатору, так что коммутатор имеет тенденцию давить на углерод для плотного контакта.

Коммутирующая плоскость [править]

Коммутационные определения плоскостей. [7]

Точка контакта, где щетка касается коммутатора, называется коммутационной плоскостью .Чтобы провести достаточный ток к коммутатору или от него, область контакта щетки представляет собой не тонкую линию, а прямоугольное пятно на сегментах. Обычно щетка достаточно широка, чтобы охватить 2,5 сегмента коммутатора. Это означает, что два соседних сегмента электрически соединены щеткой, когда она соприкасается с обоими.

Компенсация искажения поля статора [править]

Фактическая точность этого раздела может быть нарушена из-за устаревшей информации .Пожалуйста, обновите эту статью, чтобы отразить последние события или новую доступную информацию. (август 2012 г.)
Центрированное положение коммутирующей плоскости, если не было эффектов искажения поля. [8]

Большинство введений в конструкцию двигателя и генератора начинается с простого двухполюсного устройства с щетками, расположенными под идеальным углом 90 градусов от поля. Этот идеал полезен в качестве отправной точки для понимания того, как взаимодействуют поля, но на практике это не так, как двигатель или генератор.

Слева - преувеличенный пример того, как поле искажается ротором. [9] Справа железные опилки показывают искаженное поле поперек ротора. [10]

В реальном двигателе или генераторе поле вокруг ротора никогда не бывает идеально однородным. Вместо этого вращение ротора вызывает полевые эффекты, которые притягивают и искажают магнитные линии внешнего невращающегося статора.

Фактическое положение коммутирующей плоскости для компенсации искажения поля. [11]

Чем быстрее вращается ротор, тем больше степень искажения поля. Поскольку двигатель или генератор работают наиболее эффективно с полем ротора под прямым углом к ​​полю статора, необходимо либо замедлить, либо продвинуть положение щетки, чтобы установить поле ротора в правильное положение, чтобы оно находилось под прямым углом к ​​искаженному полю. ,

Эти полевые эффекты меняются местами при изменении направления вращения.Поэтому трудно создать эффективный реверсивный коммутируемый динамо, поскольку для максимальной напряженности поля необходимо перемещать щетки в противоположную сторону от нормальной нейтральной плоскости. Эти эффекты могут быть смягчены компенсирующей обмоткой перед полюсом поля, который проводит ток якоря.

Эффект можно считать аналогичным опережению синхронизации в двигателе внутреннего сгорания. Обычно динамо, которое было разработано для работы с определенной фиксированной скоростью, будет постоянно иметь свои кисти, чтобы выровнять поле для максимальной эффективности на этой скорости. [12]

Дополнительная компенсация для самоиндукции [править]

Кисти для самоиндукции. [13]

Самоиндукция - магнитные поля в каждой катушке провода соединяются и соединяются вместе, создавая магнитное поле, которое противостоит изменениям тока, которые можно сравнить с током, имеющим инерцию.

В обмотках ротора даже после того, как щетка была достигнута, токи имеют тенденцию продолжать течь в течение короткого момента, что приводит к потере энергии в виде тепла из-за того, что щетка охватывает несколько сегментов коммутатора, и из-за короткого замыкания тока через сегменты.

Ложное сопротивление - это очевидное увеличение сопротивления в обмотке якоря, которое пропорционально скорости якоря и обусловлено запаздыванием тока.

Чтобы свести к минимуму искрение на щетках из-за этого короткого замыкания, щетки продвигаются еще на несколько градусов дальше, чем за пределы для искажения поля. Это перемещает обмотку ротора, подвергающуюся коммутации, немного вперед в поле статора, которое имеет магнитные линии в противоположном направлении и которые противоположны полю в статоре.Это противоположное поле помогает обратить запаздывающий ток самоиндукции в статоре.

Таким образом, даже для ротора, который находится в состоянии покоя и изначально не требует компенсации искажений вращающегося поля, щетки все же должны быть выдвинуты за идеальный угол в 90 градусов, как описано в учебниках для начинающих, чтобы компенсировать самоиндукцию.

Ограничения и альтернативы [править]

Низковольтный динамо с конца 1800-х годов для гальваники. Сопротивление контактов коммутатора приводит к неэффективности таких машин с низким напряжением и большим током, которые требуют огромного сложного коммутатора.Эта машина генерировала 7 вольт на 310 ампер.

Хотя двигатели постоянного тока и динамо-машины когда-то доминировали в промышленности, недостатки коммутатора привели к снижению использования коммутируемых машин в прошлом веке. Эти недостатки:

  • Трение скольжения между щетками и коммутатором потребляет энергию, которая может быть значительной в маломощной машине.
  • Из-за трения щетки и медные сегменты коммутатора изнашиваются, образуя пыль.В небольших потребительских товарах, таких как электроинструменты и электроприборы, щетки могут прослужить столько же времени, сколько продукт, но более крупные машины требуют регулярной замены щеток и периодической шлифовки коммутатора. Таким образом, коммутируемые машины не используются в приложениях с низким содержанием твердых частиц или в герметичных условиях или в оборудовании, которое должно работать в течение длительного времени без технического обслуживания.
  • Сопротивление скользящего контакта между щеткой и коммутатором вызывает падение напряжения, называемое «падением кисти». Это может быть несколько вольт, так что это может вызвать большие потери мощности в машинах с низким напряжением и большим током.Двигатели переменного тока, которые не используют коммутаторы, гораздо эффективнее.
  • Существует предел максимальной плотности тока и напряжения, которые можно переключать с помощью коммутатора. Очень большие машины постоянного тока, скажем, мощностью более нескольких мегаватт, не могут быть построены с помощью коммутаторов. Самые большие двигатели и генераторы - это машины переменного тока.
  • Переключающее действие коммутатора вызывает искрение на контактах, создает опасность пожара во взрывоопасных средах и создает электромагнитные помехи.

Благодаря широкой доступности переменного тока двигатели постоянного тока были заменены более эффективными синхронными или асинхронными двигателями переменного тока. В последние годы, благодаря широкому распространению силовых полупроводниковых приборов, во многих остальных областях применения коммутируемые двигатели постоянного тока были заменены «бесщеточными двигателями постоянного тока». У них нет коммутатора; вместо этого направление тока переключается электронным способом. Датчик отслеживает положение ротора, а полупроводниковые переключатели, такие как транзисторы, изменяют ток.Срок службы этих машин значительно дольше, в основном из-за износа подшипников.

Асинхронные двигатели отталкивания [править]

Это однофазные двигатели, работающие только на переменном токе, с более высоким пусковым крутящим моментом, который может быть получен с пусковыми обмотками с разделенной фазой, до того, как пусковые конденсаторы с высокой емкостью (неполярные, относительно сильноточные электролитические) стали практичными. У них есть обычный намотанный статор, как у любого асинхронного двигателя, но ротор с проволочной обмоткой очень похож на обычный роторный коммутатор.Щетки напротив друг друга соединены друг с другом (не с внешней цепью), и действие трансформатора индуцирует токи в роторе, которые развивают крутящий момент при отталкивании.

Одна разновидность, отличающаяся наличием регулируемой скорости, работает непрерывно с контактирующими щетками, тогда как другая использует отталкивание только для высокого пускового момента и в некоторых случаях поднимает щетки, когда двигатель работает достаточно быстро. В последнем случае все сегменты коммутатора также соединяются вместе до того, как двигатель достигнет скорости вращения.

На скорости обмотки ротора становятся функционально эквивалентными короткозамкнутой конструкции обычного асинхронного двигателя, и двигатель работает как таковой. [14]

Лабораторные коммутаторы [править]

Коммутаторы использовались в качестве простых переключателей прямого-обратного хода для электрических экспериментов в физических лабораториях. Существует два известных исторических типа: [15]

коммутатор Румкорфа [править]

Конструкция аналогична коммутаторам, используемым в двигателях и динамо-машинах.Обычно он был построен из латуни и слоновой кости (позже эбонит). [16]

коммутатор Поля [править]

Это состояло из блока из дерева или эбонита с четырьмя скважинами, содержащими ртуть, которые были сшиты медными проводами. Выход был взят из пары изогнутых медных проводов, которые были перемещены, чтобы погрузиться в ту или иную пару ртутных скважин. [17] Вместо ртути могут быть использованы ионные жидкости или другие жидкие металлы.

См. Также [править]

Патенты [править]

Список литературы [править]

  1. ^ Электрический гид Хокинса, Тео. "Архивная копия". Архивировано из оригинального на 2011-07-22. Получено 2009-02-08. CS1 maint: архивная копия в качестве заголовка (ссылка)

Внешние ссылки [редактировать]

,

Что такое коммутатор? - Советы по управлению движением

Принцип работы двигателя постоянного тока основан на взаимодействии между магнитным полем вращающейся якоря и магнитным полем неподвижного статора. Когда северный полюс якоря притягивается к южному полюсу статора (и наоборот), на якорь создается сила, заставляющая его поворачиваться. Коммутация - это процесс переключения поля в обмотках якоря для создания постоянного крутящего момента в одном направлении, а коммутатор представляет собой устройство, подключенное к якорю, которое обеспечивает это переключение тока.

Рычаг для крутящего момента, создаваемого на якоре, зависит от угла катушки (cos α). Следовательно, когда катушка перпендикулярна (вертикально) магнитному полю статора, крутящий момент не создается. Вот почему двигатели постоянного тока имеют несколько катушек; поэтому механизм якоря будет продолжать испытывать силу, даже когда одна катушка перпендикулярна магнитному полю.
Изображение предоставлено: Университет штата Джорджия

Основная цель коммутации состоит в том, чтобы вращающий момент, действующий на якорь, всегда был в одном направлении.Напряжение, генерируемое в якоре, имеет переменный характер, и коммутатор преобразует его в постоянный ток. Проще говоря, коммутатор включает и выключает катушки для контроля направления электромагнитного поля. С одной стороны катушки электричество должно всегда течь «прочь», а с другой стороны, электричество всегда должно течь «навстречу». Это гарантирует, что крутящий момент всегда создается в одном и том же направлении. В противном случае, катушка будет вращаться на 180 градусов в одну сторону, а затем переключать направление.


Для превосходного визуального представления, как ток переключается из-за положения катушек и щеток, см. Эту статью из Университета Юты.


Сам коммутатор представляет собой разрезное кольцо, обычно изготовленное из меди, с каждым сегментом кольца, прикрепленным к каждому концу катушки якоря. Если якорь имеет несколько катушек, коммутатор также будет иметь несколько сегментов - по одному для каждого конца каждой катушки. Подпружиненные щетки располагаются с каждой стороны коммутатора и при вращении соприкасаются с коммутатором, питая сегменты коммутатора и соответствующие катушки якоря напряжением.

Изображение предоставлено: electric4u.com

Когда щетки проходят через щели в коммутаторе, поставляемый электрический заряд переключает сегменты коммутатора, которые переключают электрическую полярность катушек якоря. Такое переключение полярности в катушках поддерживает вращение якоря в одном направлении. Напряжение между щетками колеблется по амплитуде от нуля до максимального значения, но всегда сохраняет одинаковую полярность.

Как упоминалось ранее, коммутатор состоит из сегментов, которые изолированы друг от друга.Когда щетки проходят от одного сегмента к другому, возникает момент, когда щетки контактируют с обоими сегментами одновременно. Это называется нейтральной плоскостью, и в этот момент индуцированное напряжение равно нулю. В противном случае щетки закроют концы катушки вместе и вызовут искрение из-за высокого напряжения.

Термин «щетки» был придуман в первые годы двигателей постоянного тока, когда они были сделаны из жил медного провода. Эти устройства требовали частой замены и повредили кольца коммутатора.В современных двигателях постоянного тока обычно используются «щетки» из углерода, которые изнашиваются медленнее и наносят меньший ущерб коммутатору.

Важно отметить, что приведенное выше обсуждение касается традиционных щеточных двигателей постоянного тока, которые коммутируются механическими средствами. Бесщеточные двигатели постоянного тока также требуют коммутации, но для бесщеточных конструкций коммутация осуществляется электронным способом с помощью энкодера или датчиков эффекта Холла, которые контролируют положение ротора, чтобы определить, когда и как подавать питание на катушки.

Характеристика изображения: Groschopp, Inc.

,

Как проверить якорь двигателя на поврежденные обмотки

Иногда мы получаем вопрос от наших клиентов: «Как я могу быстро проверить свою арматуру, чтобы убедиться, что она в порядке?»

Если у вас есть доступ к вольтметру, вы можете выполнить три быстрых проверки, которые покажут вам, работает ли якорь двигателя должным образом. Но сначала мы должны понять некоторые основы проектирования арматуры.

Базовая конструкция арматуры

Якорь (на фото справа) имеет непрерывную серию обмоток от каждого стержня на коммутаторе, которые зацикливаются вокруг зубьев железного стека и соединяются со следующим стержнем на коммутаторе.Обмотка продолжает вращаться вокруг якоря одинаково. Петли являются либо одиночными, либо параллельными проводниками (проводами) и могут оборачиваться любое количество раз вокруг зубьев пакета (так называемые витки в катушке). Длина провода может варьироваться в зависимости от конструкции двигателя. Каждый провод изолирован эмалевым покрытием, изолирующим его от любого другого провода в контуре, и заканчивается только на шине коммутатора. Обороты в каждой катушке обертывают вокруг стека железа, чтобы создать электромагнит.При подаче напряжения в якоре двигателя создается электромагнитное поле. Это электромагнитное поле взаимодействует с магнитными полями постоянных магнитов в двигателе (в случае двигателя с постоянными магнитами) или с электромагнитным полем, создаваемым статором (в случае универсального двигателя). Эти магнитные силы работают, чтобы притягивать друг друга, вызывая крутящий момент на валу якоря, заставляя его вращаться.

Если двигатель приводится в действие слишком жестко для окружающей среды, и температура может превышать температурные пределы изоляции, возможно, что изоляция на проводах сломается и закоротится вместе, или закоротится к стеку якоря.Если обмотки замкнуты вместе, электромагнитные поля не могут быть созданы для этой катушки, из-за чего двигатель работает беспорядочно или выходит из строя все вместе.

Испытание якоря № 1

Чтобы проверить состояние обмоток якоря, якорь, вероятно, придется снять с двигателя. Однако, если конструкция двигателя имеет внешние держатели щеток, вы можете открутить колпачки щеток и снять их. В зависимости от размера щетки это может обеспечить доступ к коммутатору без снятия якоря с двигателя.

Первая проверка, чтобы убедиться, что ваши обмотки якоря закорочены, это тест «Сопротивление 180 °». Вольтметр может быть использован для проверки сопротивления последовательных обмоток, подключенных между двумя шинами коммутатора каждой катушки. Установите измеритель для измерения сопротивления (Ом), а затем измерьте сопротивление от двух распределительных шин на 180 ° друг от друга. Поверните якорь и проверьте сопротивление между каждой парой стержней на коммутаторе. На рисунке 3 изображен коммутатор из 32 столбцов, поэтому эту проверку необходимо выполнять между каждой из 16 пар.Сопротивление, которое вы будете измерять, зависит от количества витков в каждой катушке и размера используемого провода. Это также зависит от рабочего напряжения, на которое рассчитан двигатель. Например, двигатель постоянного тока на 90 В будет иметь меньшие проводники и больше витков на катушку для повышения сопротивления, тогда как двигатель на 12 В постоянного тока будет иметь проводники большего размера и меньше витков на катушку для уменьшения сопротивления. Хотя вы, вероятно, не будете знать предполагаемое значение сопротивления якоря, каждое измерение должно быть примерно одинаковым.Если сопротивление резко меняется, это может быть проблема с

обмоток. Падение сопротивления может указывать на короткое замыкание между проводами в катушке. Огромный скачок сопротивления может указывать на то, что провод прожжен или оборван, что нарушает цепь.

Испытание якоря № 2

Второй проверкой является тест «Сопротивление стержню к бару» (на фото справа). Это проверит каждую катушку в якоре двигателя. Опять же, конкретное значение основано на конструкции двигателя (количество проводов на петлю, количество витков на катушку и калибр провода).Как и в первом тесте, важно отметить, что каждое измерение должно быть примерно одинаковым. (Примечание: сопротивление, которое вы будете измерять в этом тесте, будет намного меньше, чем в первом тесте, потому что вы будете измерять только одну катушку. В первом тесте измеренное сопротивление - это сопротивление всех катушек, включенных последовательно между двумя бары.) Как и в тесте № 1, падение сопротивления будет указывать на короткое замыкание между проводами в этой катушке, а скачок сопротивления может указывать на обрыв или перегоревший провод в катушке.

Испытание якоря № 3

Третий и последний тест состоит в измерении сопротивления каждого коммутатора к стеку арматуры. Если пакет якоря двигателя непосредственно прижимается к валу якоря, вы можете использовать вал якоря для измерения. Однако в некоторых случаях даже вал якоря изолирован от пакета якоря. В этом случае вам придется проводить измерения непосредственно от каждого коммутатора до стека железной арматуры. В любом случае шины коммутатора никогда не должны иметь электрическую непрерывность с пакетом якоря и / или валом якоря.

Если какое-либо из этих измерений окажется неудачным, можно предположить, что якорь поврежден.

Не уверены, какой тип двигателя подходит для вашего применения? Попробуйте наш простой инструмент поиска двигателя. ,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.