Електродвигун постійного струму складається з обертових нагнітальних елементів, поміщених на статично закріплену станину. Подібні пристрої широко затребувані в технічних областях, де потрібно підвищення діапазону регулювання швидкостей, підтримання стабільного обертання приводу.
Конструкція
Конструктивно електродвигун постійного струму складається з ротора (якоря), індуктора, колектора і щіток. Давайте розглянемо, що являє собою кожен елемент системи:
- Ротор складається з безлічі котушок, що покриті провідною струмом обмоткою. Деякі електродвигуни постійного струму 12 вольт містять до 10 і більше котушок.
- Індуктор - нерухома частина агрегату. Складається з магнітних полюсів і станини.
- Колектор - функціональний елемент двигуна у вигляді циліндра, розміщеного на валу. Містить ізоляцію у вигляді мідних пластин, а також виступи, які знаходяться в ковзному контакті з щітками двигуна.
- Щітки - нерухомо закріплені контакти. Призначені для підводки електричного струму до ротора. Найчастіше електродвигун постійного струму оснащується графітовими і мідно-графітовими щітками. Обертання валу призводить до замикання і розмикання контактів між щітками і ротором, що викликає іскір.
Робота електродвигуна постійного струму
Механізми даної категорії містять спеціальну обмотку збудження на індукторній частині, куди надходить постійний струм, що в подальшому перетворюється на магнітне поле.
Обмотка ротора піддається впливу потоку електроенергії. З боку магнітного поля на даний конструктивний елемент впливає сила Ампера. В результаті утворюється крутячий момент, що провертає роторну частину на 90о. Триває обертання робочих валів двигуна за рахунок утворення ефекту комутації на щітково-колекторному вузлі.
При надходженні електричного струму на ротор, який знаходиться під впливом магнітного поля індуктора, електродвигуни постійного струму (12 вольт) створюють момент сили, що призводить до вироблення енергії в процесі обертання валів. Механічна енергія передається від ротора до інших елементів системи за допомогою ремінної передачі.
Типи
В даний час виділяють кілька категорій електродвигунів постійного струму:
- З незалежним збудженням - харчування обмотки походить від незалежного джерела енергії.
- З послідовним збудженням - обмотка якоря включена послідовно з обмоткою збудження.
- З паралельним збудженням - обмотка ротора включена в електричний ланцюг паралельно джерелу живлення.
- Зі змішаним збудженням - двигун містить кілька обмоток: послідовну і паралельну.
Керування електродвигуном постійного струму
Пуск двигуна здійснюється за рахунок роботи спеціальних реостатів, які створюють активний опір, що включається в ланцюг ротора. Для забезпечення плавного запуску механізму реостат володіє ступеневою структурою.
Для старту реостату задіюється весь його опір. У міру зростання швидкості обертання виникає протидія, що накладає обмеження на зростання сили пускових струмів. Поступово щабель за сходинкою збільшується напруга, що підводиться до ротора.
Електродвигун постійного струму дозволяє регулювати швидкість обертання робочих валів, що здійснюється наступним чином:
- Показник швидкості нижче номінальної коригується зміною напруги на роторі агрегату. При цьому крутячий момент залишається стабільним.
- Темп роботи вище номінального регулюється струмом, який виникає на обмотці збудження. Значення крутячого моменту знижується при підтримці постійної потужності.
- Керування роторним елементом здійснюється за допомогою спеціалізованих тиристорних перетворювачів, які являють собою приводи постійного струму.
Переваги і недоліки
Порівнюючи електродвигуни постійного струму з агрегатами, що функціонують на змінному струмі, варто відзначити їх підвищену продуктивність і збільшений коефіцієнт корисної дії.
Обладнання даної категорії відмінно справляється з негативним впливом факторів навколишнього середовища. Сприяє цьому наявність повністю закритого корпусу. Конструкція електродвигунів постійного струму передбачає наявність ущільнень, що виключають проникнення вологи в систему.
Захист у вигляді надійних ізоляційних матеріалів дає можливість задіяти максимальний ресурс агрегатів. Допускається застосування подібного обладнання при температурних умовах в межах від -50 до + 50 оС і відносної вологості повітря близько 98%. Запуск механізму можливий після періоду тривалого простою.
Серед недоліків електричних двигунів постійного струму на перше місце виходить досить швидкий знос щіткових вузлів, що вимагає відповідних витрат на обслуговування. Сюди ж відноситься вкрай обмежений термін служби колектора.