Что такое коллекторный двигатель
Коллекторный двигатель представляет собой электрическую машину, в которой обмотка ротора соединена с коллектором. Это соединение является ключевым для преобразования электрической энергии в механическую работу. Существуют две основные разновидности таких двигателей: постоянного и переменного тока.
Коллекторные двигатели постоянного тока
Эти двигатели обладают рядом значительных преимуществ, что делает их востребованными во многих областях. К их достоинствам относятся:
- Широкий диапазон плавного регулирования скорости вращения.
- Линейные механические и регулировочные характеристики, что упрощает управление.
- Высокий пусковой момент, позволяющий эффективно запускать оборудование под нагрузкой.
- Отличное быстродействие и динамика.
- Компактные размеры и малая масса при высокой удельной мощности.
- Более высокий КПД по сравнению с двигателями переменного тока аналогичной мощности.
По своему назначению двигатели постоянного тока делятся на силовые (для привода механизмов) и управляемые (используемые в системах автоматики). Силовые, в свою очередь, могут быть как со стабилизацией скорости, так и без нее. Эффективность этих машин варьируется в широких пределах — от 10% до 85%. На КПД влияют режим работы, конструкция, способ возбуждения и назначение двигателя. Наиболее эффективными считаются двигатели с полым якорем и возбуждением от постоянных магнитов, а наименее — с электромагнитным возбуждением.
Коллекторные двигатели переменного тока
В таких двигателях ротор с коллектором выполняют функцию механического преобразователя частоты. По сравнению с синхронными и бесколлекторными асинхронными двигателями, они выигрывают в возможности плавного и экономичного регулирования скорости, а также обладают хорошими пусковыми и рабочими характеристиками. Однако их существенным недостатком является низкая надежность, связанная с необходимостью постоянного обслуживания коллекторно-щеточного узла.
Однофазные коллекторные двигатели
История однофазных коллекторных двигателей началась еще в XIX веке, но долгое время они не находили широкого применения. Принцип их работы основан на взаимодействии магнитных полей, создаваемых обмотками статора и ротора. Вращающий момент в таких двигателях всегда имеет одно направление. Чтобы изменить направление вращения, необходимо переключить концы обмотки возбуждения на статоре. В двигателях мощностью свыше 10–15 кВт эта обмотка также служит для компенсации реакции якоря, а для улучшения процесса коммутации (искрения под щетками) используются дополнительные полюса. Вопросы улучшения коммутации активно изучались, в частности, электротехником К. И. Шенфером в 1912 году.
Трехфазные коллекторные двигатели
Трехфазные коллекторные двигатели переменного тока — это асинхронные машины, скорость вращения ротора которых отличается от скорости вращения магнитного поля. Их конструкция имеет особенности: на статоре расположена трехфазная обмотка, а на роторе — обмотка, соединенная с коллектором, который имеет трехфазную систему щеток.
Существуют два основных типа таких двигателей:
- С параллельным возбуждением: Одна из обмоток ротора питается от сети через контактные кольца, а вспомогательная обмотка соединена с коллектором, имеющим двойную трехфазную систему щеток. Обмотка статора разделена на три независимые секции (фазы), щетки которых можно сдвигать или раздвигать, регулируя параметры работы.
- С последовательным возбуждением.
Благодаря возможности регулирования скорости, трехфазные коллекторные двигатели нашли применение в таких отраслях, как прядильная, резиновая и полиграфическая промышленность.
