Московський державний університет сервісу Інститут гуманітарних технологій Кафедра: "Сервіс побутової техніки" Контрольна робота З дисципліни: "Техніка і технологія в домоведення" За фахом 2306 "Домашній менеджер" На тему: "Колекторний електродвигун" Виконала: студентка 2 курсу групи ДВД-2-1 Варюшине Є.М. Шифр за номером залікової книжки 106/01 Перевірив: Крилов В.І. Москва 2003 Зміст 1. Історія виникнення колекторного електродвигуна 2 2. Тенденція розвитку колекторного електродвигуна 2 3. Відмови в роботі колекторного електродвигуна 10 4. Використана література 13 Історія виникнення колекторного електродвигуна Найважливіші зрушення в розвитку
енергетичної баз промислового виробництва були пов'язані з винаходом і застосуванням електричних двигунів. У 1831 році англійський фізик М.
Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції, а в 1834 російський учений Б.С. Якобі створив перший електродвигун постійного струму, придатний для практичних цілей. Однак тільки з 70х рр.. 19в двигуни постійного струму отримують широке застосування завдяки створенню джерел дешевої електроенергії (генераторів постійного струму) і удосконалення конструкції двигунів електротехніками А. Пачінотті в Італії та З. Грамом в Бельгії. У 1888-89 російський інженер (М. О. Доліво-Добровольський) створив трифазну короткозамкнутую асинхронну
електричну машину. В останні роки конструкція електричних машин удосконалювалася, були створені
електродвигуни в широкому діапазоні потужностей - від доль Вт до десятків МВт.
Електродвигуни утворюють паралельну систему кінцевих приймачів струму, установлених на підприємствах різних галузей народного господарства.
Електродвигуни отримують також широке застосування в побутовому обслуговуванні (швейні, холодильні, електробритви тощо).
Тенденції розвитку колекторного електродвигуна Електродвигуни класифікують за родом живлячої напруги, конструктивного виконання, принципом дії, способу дії, способу збудження, числу фаз
мережі живлення, наявності колекторно-щіткового вузла та іншими ознаками.
За конструктивним виконанням двигуни постійного струму поділяють на колекторні і безколлекторние. Також поділяють асинхронні електродвигуни змінного струму. Безколекторні двигуни постійного струму не мають колекторно-щіткового вузла і не є джерелом радіоперешкод. Однак вартість їх вище, тому в побутових приладах застосовують колекторні електродвигуни. Такі двигуни бувають з порушенням від постійних
магнітів і з електромагнітним збудженням. Останні за способом включення обмотки збудження підрозділяють на двигуни з незалежним, паралельним (шунтовим), послідовним збудженням.
У тих випадках, коли необхідно регулювати частоту обертання, використовують електродвигуни постійного струму і значно рідше у цих випадках більш дорожчі і менш надійні колекторні електродвигуни змінного струму. В останніх частота обертання плавно регулюється в широких межах. Потужність електродвигуна від десятих часток Вт до десятків МВт. Розрізняють електродвигуни у відкритому виконанні, в яких обертаються і струмоведучі частини захищені від випадкового дотику і попадання сторонніх предметів; в захищеному виконанні (краплі і брискозахищеність), закриті (пило і вологозахищені) і герметичні; вибухобезпечні, в яких полум'я не виходить за
межі двигуна при вибуху всередині нього.
Колекторні двигуни (одинфазовий і трифазні) на відміну від безколлекторних, мають гнучкі регулювальні характеристики. Однофазовая двигуни малої малої потужності широко використовуються в побутових електро приладах. Трифазні двигуни потужністю кілька квт застосовуються головним чином в електроприладах з широким діапазоном регулювання швидкості.
Колекторні електродвигуни можуть
мати частоту обертання понад 3000 хв. Їх доцільно використовують у побутових приладах, для яких за умовами технологічного
процесу необхідна висока частота обертання робочих органів при живленні від мережі змінного струму промислової частоти (
пилососи, натирачі, міксери, змішувачі, кавомолки, щітки для чищення одягу і взуття).
Стандартні значення номінальних частот обертання
електродвигунів постійного струму, одинфазовий колекторних змінного струму і універсальних колекторних - 1000, 1500, 2000, 3000, 5000, 8000, 10000, 12000, 15000, і 18000 хв. Для універсальних колекторних під номінальною розуміють частоту обертання при змінному струмі. Колекторні електродвигуни змінного струму відрізняються від колекторних постійного струму, тим що їх
магнітну систему (індуктор і якір) виконують шіхтованной для зменшення втрат на гістерезис і вихрові струми. У колекторних
електродвигунах змінного струму незалежного збудження обмотка збудження "ОВ" і обмотка якоря "Я" підключені паралельно
джерела живлення. Якщо знехтувати втратами на гістерезис і вихрові струму, можна вважати, що магнітний потік збудження Iв (мал. а). Обмотка якоря "Я" має значно менший індуктивний опір, ніж обмотка збудження. Внаслідок цього ток Iа, що протікає у ній, випереджає по фазі струм порушення Iв, отже, і магнітний потік Ф. Обертаючий момент створюваний
електродвигуном, залежить від твору магнітного потоку на струм обмотки якоря. Провівши графічне множення струму обмотки якоря і магнітного потоку Ф, отримаємо графік залежності електромагнітного моменту М, що розвивається електродвигуном від часу. У момент часу, коли магнітний потік збудження і струм якоря збігаються за фазою (мають однакове напрямок), електродвигун розвиває позитивний момент, що обертає. У момент часу, коли магнітний потік збудження і струм якоря не збігаються за фазою, двигун розвиває негативний момент, що обертає, який є гальмівним. Результуючий обертаючий момент буде дорівнює деякій середній величині Мт. У колекторних електродвигунах послідовного збудження обмотка збудження "ОВ" і обмотка якоря включені послідовно. Якщо знехтувати втратами на гістерезис і вихрові струми, то магнітний потік збудження збігається за фазою із струмом збудження Iв (рис). Внаслідок
того, що обмотка якоря включена послідовно з обмоткою збудження, струм, що протікає у ній, збігається за фазою із струмом, що протікає в обмотці збудження, а отже, і з магнітним потоком Ф. Обертаючий момент, що розвивається електродвигуном в будь-який момент часу буде позитивним. Тому середній обертаючий момент Мср, створюваний електродвигуном при послідовному вожбужденіі, буде вище, ніж при незалежному збудженні. Тому електродвигуни змінного струму з послідовним збудженням найбільш поширені. Вони мають більш низькі
енергетичні показники, ніж електродвигуни постійного струму внаслідок втрат на гістерезис і вихрові струми.
Універсальні електродвигуни застосовують, коли невідомо заздалегідь, від якої мережі буде здійснюватися живлення приладу або коли за умовами експлуатації необхідний перехід від живлення постійним струмом до
харчування змінним струмом (електробритви).
Магнітна система виконана аналогічно магнітній системі колекторних електродвигунів змінного струму.
В універсальних електродвигунах прагнуть отримати однакові характеристики при роботі від мережі змінного і постійного струму. Проте, в звичайному виконанні колекторних електродвигунів з послідовним порушення не вдається отримати такого збігу характеристик, тому що при живленні від мережі змінного струму виникає додатковий опір за рахунок індуктивності обмоток якоря і збудження. Внаслідок цього частота обертання універсального електродвигуна при живленні від джерела змінного струму при заданому моменті навантаження буде менше, ніж при живленні від джерела постійного струму.
Для зближення характеристик двигуна при постійному і змінному струмі передбачають секціонування обмотки збудження. При живленні від мережі постійного струму включена вся обмотка збудження, а при живленні від мережі змінного струму включена тільки її частину. Однак і в цьому випадку не вдається отримати повного збігу характеристик. Струм, споживаний універсальним двигуном, при роботі від мережі змінного струму більше, ніж при роботі від мережі постійного струму, тому що змінний струм, крім активної, має ще й реактивну складову, обумовлену струмом намагнічування. У універсального електродвигуна на змінному струмі ККД нижче внаслідок втрат в сталі якоря та індуктора, викликаних змінним магнітним потоком. Умови комутації на змінному струмі гірше, ніж на постійному, що скорочує термін служби електродвигуна. Регулювальні і гальмівні характеристики в електродвигунів колекторного типу аналогічні.
Електродвигун постійного струму складається з двох основних частин: нерухомою - статора і обертається - якоря, розділених повітряним зазором.
На внутрішній
поверхні станини статора розташовані сердечники полюсів з котушками порушення (для двигунів з електромагнітним збудженням). З боку, зверненої до якоря, сердечники полюсів мають полюсні наконечники, які забезпечують необхідний розподіл магнітної індукції в повітряному зазорі. Якір представляє собою циліндричне
тіло, що обертається в просторі між полюсами і складається з осердя, жорстко закріпленого на валу, обмотки, колектора і щіткового вузла. Сердечник якоря збирають з штампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,35 або 0,5 мм, покритих ізолюючим лаком, що зменшує втрати від вихрових струмів, які виникають при обертанні якоря в магнітному полі полюсів. На зовнішній поверхні осердя якоря є пази, в яких розташована обмотка якоря. Частина сердечника якоря, зайняту пазами (зубцями), називають зубцеву зоною і валом - ярмом.
Колектор набирають із окремих ізольованих один від одного колекторних пластин клиновидного перерізу, виготовлених з міді, з якими з'єднана обмотка якоря. Колектор спільно з щітковим вузлом служить для підведення струму в обмотку якоря. Обмотка якоря представляє собою замкнуту систему провідників, покладених у пази і сполучених за певною схемою. Основним елементом обмотки є секція, що складається з одного або кількох витків. Початок і кінець секції приєднані до двох колекторним пластин. Кожна секція складається з активних сторін, які розташовані в пазах осердя якоря, і лобових частин, за допомогою яких активні частини секції з'єднуються між собою і з колекторними пластинами. Для кращого використання матеріалу обмотки якоря активні боку кожної секції розташовують під різнойменними полюсами, так що ширина секції дорівнює приблизно полюсному поділу
r = ПD / (2p), де
D - діаметр якоря,
2p - число полюсів.
При двошарових обмотках активні боку секцій розташовані в пазах у два шари. У кожному пазу знаходяться активні боку двох різних секцій. Активна сторона однієї секції розташована у верхньому шарі, активна сторона іншій секції розташована в нижньому шарі, при цьому, якщо одна активна сторона секції в будь-якому пазу знаходиться у верхньому шарі, то інша активна сторона цієї ж секції буде знаходитися в іншому пазу в нижньому шарі. Активні боку секцій, розташовані у верхньому шарі-штриховими.
Дві активні боку різних секцій, розташовані одна над іншою, утворюють елементарний паз. В одному реальному пазу сердечника якоря може бути один або кілька елементарних пазів.
Одинарний Подвійний Потрійний
Спосіб з'єднання секцій між собою і з колекторними пластинами визначається типом якірної обмотки. У електродвигунах малої потужності найбільш поширені прості петльова і хвильова обмотки.
На просте петлевий обмотці початок і кінець крайньої секції сполучено з сусідніми колекторними пластинами. Кожна наступна секція розташована поряд з попередньою, а початок її приєднується до колекторної пластині, яка з'єднана з кінцем попередньої секції. Після одного повного обходу окружності якоря кінець останньої секції з'єднують з колекторної пластиною, з якою пов'язане початок першої секції.
У простій хвильової обмотці (схема е) послідовно з'єднуються секції, розташовані під різними полюсами. Початок кожної наступної секції з'єднуються з колекторної пластиною, з якою з'єднаний кінець попередньої секції. При цьому після одного обходу окружності якоря послідовним з'єднанням р секції приходять до колекторної пластині, розташованої поруч з вихідною. Однак на відміну від простої петлевий обмотки, початок і кінець кожної секції з'єднуються з колекторними пластинами, розташованими один до одного на відстані, рівному приблизно подвійному полюсному поділу.
Незалежно від типу обмотки до кожної пластині приєднується кінець однієї секції і початок наступної за нею, тому кожній секції обмотки якоря
відповідає один поділ колектора. Якщо число S секцій, а число ділень колектора k, то S = k.
Будь-яка якірна обмотка характеризується чотирма параметрами, необхідними для побудови її схеми:
1. Перший частковий крок обмотки по якоря У1;
2. Другий частковий крок обмотки по якоря У2;
3. Результуючий крок обмотки якоря У;
4. Крок обмотки по колектору Ук.
Перший, другий і результуючий кроки обмотки вимірюються
кількістю елементарних пазів і пов'язані між собою співвідношенням:
У2 = У - У1
Крок обмотки по колектору вимірюється числом колекторних поділів (пластин).
Для простої петлевий обмотки колекторний крок Ук = + / - 1, де
знак "+" означає, що кожна наступна за схемою секція лежить праворуч від попередньої (мал. д) (права обмотка), знак "-" - ліворуч (ліва обмотка) .
Для простої хвильової обмотки колекторний крок Ук = (k + / - 1) / p, де знак "+" означає що кінець останньої секції обмотки з'єднується з колекторної пластиною, розташованою праворуч від вихідної (права обмотка), "-" - зліва.
У обмотці будь-якого типу крок обмотки по колектору повинен бути рівний результуючою кроку обмотки по якоря, тобто має задовольнятися рівність У = Ук.
Прості петльові обмотки застосовуються в основному в електродвигунах, розрахованих на роботу при порівняно невеликих напругах, прості хвильові - у електродвигунах з підвищеним напругою живлення. Двигуни побутових приладів мають, як правило, петльові обмотки, тому що напруга джерела живлення їх не перевищує 220В.
Відповідно до ГОСТ 14254-69 для характеристики захисту персоналу від зіткнення з струмоведучими або рухомими частинами, які знаходяться всередині електродвигуна і від попадання всередину електродвигуна твердих сторонніх тіл встановлено сім ступенів, а для характеристики захисту від попадання всередину його вожи - дев'ять ступенів захисту.
Умовне позначення ступеня захисту електродвигуна складається з умовних букв IP, цифрового позначення ступеня захисту персоналу від зіткнення з струмоведучими і рухомими частинами і від попадання всередину електродвигуна твердих сторонніх тіл і води. Ступінь захисту електродвигуна, конструкція якого виключає можливість дотику пальцями з струмоведучими і рухомими частинами всередині електродвигуна, а так само
оберігає внутрішні частини від попадання твердих сторонніх тіл діаметром більше 12,5 мм і дощу, що падає під кутом не більше 60 градусів до вертикалі, позначають IP23. Ступінь захисту електродвигунів зазначають в технічних умовах або приватних
стандартах на конкретні типи електродвигунів.
Шуми і вібрації, що виникають при роботі двигунів, мають однакову природу і відрізняються лише способом їх передачі.
Вібрація передається конструкцією двигуна до навколишніх деталей або частин, а шум - оточуючим двигун повітрям. Причини шуму і вібрації: