+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Принцип работы коллекторного двигателя

Принцип действия коллекторного электродвигателя (рис.) основан на следующем: если проводник с током — рамку прямоугольной формы, имеющую ось вращения, — поместить между полюсами постоянного магнита (или электромагнита), то эта рамка начнет вращаться. Направление вращения будет зависеть от направления тока в рамке. Ток в рамку от источника постоянного тока может подаваться через контакты-полукольца, прикрепленные к концам рамки, и через упругие скользящие контакты — щетки (рис, а). Отметим, что вращающаяся часть электродвигателя называется якорем, а неподвижная — статором.
Контакты-полукольца обеспечивают переключение тока в рамке через каждые пол-оборота, т. е. непрерывное вращение рамки в одном направлении. У реальных коллекторных двигателей таких рамок много, поэтому вся контактная окружность делится уже не на две, а на большее количество контактов.

Рис.. Коллекторный электродвигатель: а — принцип действия; б — учебный коллекторный двигатель; в — якори учебных коллекторных двигателей; г — якорь реального электродвигателя

Эти контакты образуют коллектор — отсюда и название этого электродвигателя. Контакты коллектора изготовляют из меди, а щетки — из графита. Простейший ремонт электродвигателя заключается в замене щеток, запасной комплект которых часто прилагается при продаже устройств с такими двигателями.
Коллекторные электродвигатели имеют широкое применение

Коллекторные электродвигатели. Они названы по одному из узлов ротора — коллектору (цилиндр, набранный из изолированных пластинок меди, к которому припаяны концы проводов обмотки). С коллектором соприкасаются щетки статора. Коллектор подводит ток к обмотке ротора, последовательно соединенной с обмоткой статора.

Коллекторные электродвигатели отличаются высокой скоростью вращения ротора, поэтому их используют в таких изделиях и машинах, как пылесосы, кухонные машины, и др. Они имеют малые массу и габаритные размеры. Для бытовых машин в основном применяют универсальный встраиваемый коллекторный электрический двигатель.

Коллекторные двигатели, работающие от источника переменного и постоянного тока, называют универсальными. Существуют двигатели для работы на низком напряжении от источников тока. Коллекторные двигатели развивают большие скорости вращения без нагрузки, поэтому их пуск в бытовых машинах чаще всего осуществляется под нагрузкой, для чего приводимые в движение части машины насаживают непосредственно на вал двигателя, например вентилятор у пылесоса.

В процессе эксплуатации коллекторных двигателей проявляются такие их недостатки, как повышенный уровень шума, создание помех радиоприему, искрение и выход из строя угольных щеток, сложность ухода. Такие двигатели являются менее надежными, слож­ными в производстве и дорогостоящими. Однако они имеют и ряд существенных преимуществ перед асинхронными, благодаря которым и используются в бытовых машинах. Это хорошие пусковые данные, возможность получения больших скоростей вращения (до 25000 об/мин) и плавной регулировки скорости в широких пределах, универсальность.

Эффективность работы двигателя в бытовых приборах зависит от соблюдения требований к режиму работы изделия, который обязательно указывается в эксплуатационном документе. Особенно важно соблюдение этих требований для изделий и машин с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работу (фены, миксеры и др.), чтобы исключить перегрев двигателя и выход его из строя.

По способу охлаждения двигатели подразделяются на двигатели с естественным и искусственным охлаждением. Кроме того, необходимо вентилирующее приспособление, особенно независимое, которое следует поддерживать в рабочем состоянии.

Универсальный коллекторный двигатель


Универсальный двигатель

Дмитрий Левкин

Конструкция универсального коллекторного электродвигателя не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока с обмотками возбуждения, за исключением того, что вся магнитная система (и статор, и ротор) выполняется шихтованной и обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция и статора, и ротора обусловлена тем, что при работе на переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери.

Универсальный двигатель

Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока [2].

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный коллекторный электродвигатель может быть выполнен как с последовательным, так и с параллельным и независимым возбуждением.

В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением.

Принцип работы универсального двигателя

Возможность работы универсального двигателя от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:

,

  • где M — электромагнитный момент, Н∙м,
  • – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
  • – ток в обмотке якоря, А,
  • Ф — основной магнитный поток, Вб.

В качестве универсального используют двигатель последовательного возбуждения, у которого ток якоря является и током возбуждения, что обеспечивает почти одновременное изменение направления тока в обмотке якоря Iа и магнитного потока возбуждения Ф при переходе от положительного полупериода переменного напряжения сети к отрицательному.

Если двигатель подключить к сети синусоидального переменного тока, то ток якоря Ia и магнитный поток Ф будут изменяться по синусоидальному закону:

,

  • где i — ток, А,
  • – амплитуда тока, А,
  • – частота, рад/c.

,

  • где – наибольшее значение магнитного потока, Вб,
  • – угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обусловленный магнитными потерями в двигателе, рад.

Отсюда получим формулу электромагнитного момента коллекторного двигателя последовательного возбуждения, включенного в сеть синусоидального переменного тока, Нм:

.

После преобразования:

.

Первая часть выражения представляет собой постоянную составляющую электромагнитного момента Mпост, а вторая часть — переменную составляющую этого момента Мпер, изменяющуюся во времени с частотой, равной удвоенной частоте напряжения питания.

Таким образом, результирующий электромагнитный момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует. Пульсации электромагнитного момента практически не нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента () и большом моменте инерции якоря вращение последнего оказывается равномерным.

Особенности универсального двигателя

Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.

Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].

Области использования

Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры, фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в таких инструментах, как дрели и шуруповерты.

Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко использовался в стиральных машинах. Сейчас благодаря развитию преобразовательной техники более широкое использование получают бесщеточные электродвигатели (СДПМ, АДКР) скорость вращения которых регулируется изменением частоты напряжения питания.

Смотрите также

Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

  1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
  2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

  • независимыми;
  • параллельными;
  • последовательными;
  • смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

  • А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
  • В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
  • С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
  • D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
  • Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

  • снижение КПД;
  • повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

  • высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
  • динамичность управления;
  • низкая стоимость.

Основные недостатки:

  • малая мощность;
  • потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

  • отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Минусы:

  • стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
  • недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.
Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

  • высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
  • низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
  • поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
  • работа без нагрузки приводит к поломке КД.
Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

  • не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
  • малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Коллекторный электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

  • постоянного тока;
  • переменного тока;
  • универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

Общее устройство коллекторных двигателей

Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

Коллекторный двигатель: устройство

Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

Ротор коллекторного двигателя

Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

Подвижная (вращающаяся) часть

Роторная обмотка

Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

Так выглядит ротор коллекторного двигателя

В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

Как устроен коллекторный узел и как он работает

Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

Принцип работы

Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

Достоинства и недостатки

Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

  • Простое устройство.
  • Высокая скорость до 10 000 об/мин.
  • Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
  • Невысокая стоимость.
  • Возможность регулировать скорость в широких пределах.
  • Невысокие пусковые токи и нагрузки.

Схема коллекторного двигателя

Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

  • Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
  • Искрение щёток, их износ.
  • Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
  • Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
  • Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

  • постоянные магниты;
  • обмотки возбуждения.

Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

  • Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
  • Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
  • Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
  • Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Универсальные коллекторные двигатели

Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

  • Схема возбуждения всегда последовательная.
  • Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
  • Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

Достоинства и недостатки

Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

  • Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
  • Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
  • Создают радиопомехи.
  • Повышенный уровень шума при работе.

Во многих моделях строительной техники

Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

Универсальный коллекторный двигатель — это… Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
  • Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
  • Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
  • Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

  • Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
  • Компактность (даже с учётом редуктора).
  • Больший пусковой момент.
  • Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
  • Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

  • Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
  • Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
    • Относительно малая надёжность (срок службы)
    • Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
    • Высокий уровень шума
    • Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

  • УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
  • Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

Применение

Ручной электроинструмент:

Бытовая техника:

См. также

  • Вентильный электродвигатель
  • Электродвигатель

Ссылки

Коллекторный двигатель: Устройство, виды и принцип работы

Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

Виды коллекторных двигателей

В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

  • Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
  • Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

  1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
  2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
  3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

Устройство коллекторного двигателя

Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

  • Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
  • Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;
Читайте также:  Двигатель Д 240: Устройство и технические характеристики

  • Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
  • Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

  • Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
  • Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
  • Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

Принцип работы коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

Варианты обмоток возбуждения

Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

  • Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
  • Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
  • Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.

ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

  • Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

Плюсы

  1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
  2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
  3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
  4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

Недостатки

  1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
  2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Возможные поломки и способы их ремонта

В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

Читайте также:  Двигатель 1ZZ: Характеристики двигателя

Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.



Двигатель постоянного тока коллекторный


Коллекторный двигатель постоянного тока

Преобразование электрического тока в механическое движение (вращение) осуществляется электромеханическим преобразователем энергии — электрической машиной. Принцип работы, которой, основан на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

Электрические машины делятся по видам преобразования энергии: • Генератор — преобразует механическую энергию в электрическую и тепло; • Электрический двигатель — преобразует электрическую энергию в механическую работу и тепло; • Электромеханический преобразователь (трансформатор) — преобразуют электрическую энергию одного вида в электрическую энергию другого вида, отличающуюся по напряжению, частоте и другим параметрам;

• Электромагнитный тормоз — механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло.

В большинстве случаев электрическая машина состоит из двух элементов рис. 1; • Ротор (якорь) — вращающаяся часть, состоит из обмотки якоря и коллекторного узла;

• Статор — неподвижная часть, состоит из источника магнитного поля. Постоянный магнит или электромагнит.

Рисунок 1. Основные узлы двигателя.

Между ротором и статором присутствует воздушный зазор, который служит их разделителем. Электрические машины делятся на:
Коллекторные Бесколлекторные
Постоянного тока Синхронные
Универсальные Асинхронные
Коллекторный электродвигатель — электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Щеточно-коллекторный узел — обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части двигателя. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору), рис. 2.

Рисунок 2. Коллекторно-щеточный узел

Обычно в маломощных моторах всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол.

В коллекторном электродвигателе щёточно-коллекторный узел одновременно выполняет две функции: • является датчиком углового положения ротора (датчик угла) со скользящими контактами;

• переключателем направления тока со скользящими контактами в обмотках ротора в зависимости от углового положения ротора.

Щеточно-коллекторный узел является сам ненадежным элементом электрических машин, поскольку скользящие контакты интенсивно изнашиваются от трения.

Электродвигатели характеризуют два основных параметра — это скорость вращения вала (ротора) и момент вращения, развиваемый на валу. В общем плане оба этих параметра зависят от напряжения, подаваемого на двигатель и тока в его обмотках.

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Рисунок 3. Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Прямоугольная рамка (ротор), свободно вращающаяся вокруг своей оси, помещена между постоянными магнитами. Если через рамку пропустить ток, то на обе ее стороны начнут действовать электродинамические силы. Действие этих сил, приводит рамку в движение. Рамка будет двигаться до тех пор, пока не достигнет положения, когда щетки попадут на диэлектрический зазор между пластинами коллектора. Рамка по инерции проскочит это положение, направление тока в рамке поменяется на противоположное, но силы действующие на рамку не поменяют своего направления, и она продолжит свое вращение в том-же направлении.

Разновидности коллекторных двигателей постоянного тока:

Малой мощности (единицы Ватт), рабочее напряжение 3-9 В: • трёхполюсной ротор на подшипниках скольжения; • коллекторный узел из двух щёток — медных пластин;

• двухполюсной статор из постоянных магнитов.

Более мощные (десятки Ватт), рабочее напряжение 12–24 В: • многополюсный ротор на подшипниках качения; • коллекторный узел из двух или четырёх графитовых щёток;

• четырёхполюсный статор из постоянных магнитов.

Высокой мощности (сотни Ватт): • Четырех полюсный статор из электромагнитов.

Подключение обмотки статора

Обмотки статора могут подключаться несколькими способами: 1. Последовательно с ротором (так называемое последовательное возбуждение, см. рис. 4 Преимущество: большой максимальный момент;

Недостаток: большие обороты холостого хода, способные повредить двигатель.

Рисунок 4. Последовательное соединение.

2. Параллельно с ротором (параллельное возбуждение), см. рис. 5 Преимущество: большая стабильность оборотов при изменении нагрузки;

Недостаток: меньший максимальный момент.

Рисунок 5. Параллельное соединение

3. Часть обмоток параллельно с ротором, часть последовательно (смешанное возбуждение), см. рис. 6. До некоторой степени совмещает достоинства предыдущих типов.

Рисунок 6. Смешанное возбуждение

4. Отдельным источником питания (независимое возбуждение), см. рис. 7.

Рисунок 7. Независимое возбуждение

Общие достоинства коллекторных двигателей постоянного тока — простота изготовления, эксплуатации и ремонта, достаточно большой ресурс. К недостаткам можно отнести то, что эффективные конструкции (с большим КПД и малой массой) таких двигателей являются низкомоментыми и быстроходными (сотни и тысячи оборотов в минуту), поэтому для большинства приводов (кроме вентиляторов и насосов) необходимы редукторы.

Управление коллекторными двигателями постоянного тока.

Для работы двигателя достаточно подать на него напряжения питания постоянного тока. Проблемы начинают возникать, когда появляется необходимость в регулировке скорости вращения вала такого двигателя. Нужно учитывать, что при вращении на малых скоростях, крутящий момент на валу будет то же мал. Если требуются низкие скорости вращения, то применяются редуктора.

В коллекторных двигателях постоянного тока ярко выражен пусковой ток, который превышает номинальный в несколько раз (10-40 раз). Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки, (8).

Рисунок 8

Ioя — ток обмотки якоря; U — напряжение питающей сети;

∑r — сопротивление обмоток якоря;

Как только двигатель начнет движение, то возникает противоЭДС — Епр. Обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость, формула 9.

Рисунок 9

Снижение пускового тока можно добится уменьшением напряжения питания или повышением сопротивления обмотки якоря. Для повышения сопротивления обмотки якоря применяется ввод дополнительного сопротивления Rд, формула (10).

Рисунок 10

Таким образом, можно добиться величины пускового тока, в нужном диапазоне, безопасном для двигателя. Добавочное сопротивление может быть как в виде реостата, так и в виде нескольких резисторов. Это нужно для того, чтобы в процессе запуска двигателя, менять сопротивление в якорной цепи.

Епр — противоэдс, зависит от конструкции двигателя, и оборотов, формула 11.

Рисунок 11

Ce — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет. Ф — поток возбуждения. т.е. сила магнитного поля статора. В моторах, где она задается постоянным магнитом это тоже константа, а в двигателях с обмоткой возбуждения, этот параметр можно менять.

n — обороты якоря.

Зависимость момента M от тока и потока, формула 12.

Рисунок 12

См — конструктивная константа.

Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента.

Импульсный способ управления.

Следующий метод управления, как более перспективный, основан на применении широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Он, действительно, самый распространенный. К двигателю подводятся импульсы неизменного по амплитуде напряжения управления U у.ном, в результате чего его работа состоит из чередующихся периодов разгона и торможения, рис 14. Если эти периоды малы по сравнению с полным временем разгона и остановки ротора, то угловая скорость ротора не успевает к концу каждого периода достигать установившихся значений и установится некоторая средняя угловая скорость. Значение при неизменных моменте нагрузки и напряжении возбуждения однозначно определяется относительной продолжительностью импульсов ε

Рисунок 14

tи — длительность импульса; Ти — период. С увеличением относительной продолжительности импульсов угловая скорость ротора растет (ωср>ωср).В период паузы tп ротор обязательно должен тормозиться. Если это условие не будет выполняться, то угловая скорость ротора при любом значении ω будет непрерывно увеличиваться, пока не достигнет значения угловой скорости х.х., так как во время импульса угловая скорость будет возрастать, а во время паузы — оставаться практически неизменной.

С ростом частоты управляющих импульсов амплитуда колебаний скорости уменьшается; среднее значение угловой скорости остается при этом неизменным.

Литература

1. Щёточно-коллекторный узел

2. Электрическая машина 3. Коллекторный электродвигатель 4. Электрические машины 5. Двигатель постоянного тока 6. Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока 7. Управление коллекторными электродвигателями постоянного тока 8. Управление двигателями постоянного тока

Двигатели коллекторные постоянного тока – строение и принцип действия приборов

Машина постоянного тока коллекторная в разрезе

Сегодня уже невозможно представить, что бы мы делали без электрических двигателей. Они применяются буквально везде – в зубных щетках, принтерах, детских игрушках, в автомобилях в банкоматах и многом, многом другом. Двигатели коллекторные постоянного тока очень надежны.

Их конструкция практически не изменилась за последние сто лет. Сегодня мы расскажем вам все, что знаем об этих устройствах, так облегчающих жизнь современному человеку.

Основные понятия

Давайте вкратце пробежимся по строению двигателя, чтобы дальнейший материал был проще для усвоения.

Как устроен двигатель постоянного тока
Электродвигатель постоянного тока коллекторный – строение

На схеме выше вы можете рассмотреть основные части любого коллекторного двигателя постоянного тока. Его строение более чем классическое, и разница в двигателях достигается за счет их мощности и настроек.

Итак, давайте по порядку:

Коллекторный двигатель постоянного тока — якорь
  • Якорь или ротор – это подвижная часть устройства, которая и осуществляет механическую работу. Представляет собой он крепкий металлический вал, который закреплен в корпусе агрегата через подшипники качения, что, собственно, и позволяет детали вращаться.
  • Смотрим на фото выше и идем справа налево, разбирая элементы, установленные на валу.
  • На подшипнике мы видим пылезащитную шайбу. Она не дает механизму забиваться грязью, а также обеспечивает его надежную и мягкую фиксацию внутри металлического корпуса двигателя.
  • Далее идут по кругу короткие параллельные пластины, которые изолированы друг от друга. Эта часть якоря и есть коллекторы двигателей постоянного тока. Их назначение состоит в том, чтобы постоянно во время вращения ротора менять запитываемые участки обмотки якоря, с целью достижения максимальной эффективности работы.
Ремонт коллектора двигателей постоянного тока – в домашних условиях практически невозможен
  • Если вы не в курсе, что такое закон электромагнитной индукции, то сейчас вам, наверняка, стало непонятно, о чем мы только что сказали. Подождите немного, мы дадим разъяснения в следующей главе.
  • Идем дальше. От коллектора отходит в разные стороны припаянная медная проволока. Это выводы обмотки якоря, которая запитывается через коллектор.
  • Далее идет самая толстая и важная часть якоря, состоящая из магнитопровода (сердечника) – шихтованный бочонок, набранный из стальных пластин, и самой обмотки – медных проводов, уложенных определенным образом в пазах магнитопровода.

Интересно знать! Обмотку якоря от абразивной пыли защищает броня из шнура. Абразивная пыль внутри двигателя постоянно образуется из-за трения друг о друга металлических деталей в подшипнике.

  • Венчает ротор пластиковая крыльчатка, которая отвечает за охлаждение двигателя во время его работы.
Электродвигатель коллекторный постоянного тока – статор
  • Вторая, но не менее важна рабочая часть двигателя – это статор. Данная деталь является неподвижной. По сути, статор – это электромагнит, задача которого генерировать направленное магнитное поле.
  • Состоит он из сердечника, также набранного из пластин, и обмотки.

Интересно знать! Обратите внимание, за исключением того, что ток на обмотку статора подается через неподвижные соединения на клеммы, и сама деталь является неподвижной, его строение точно такое же, как и у ротора, что и определяет свойства электрических двигателей.

  • И статор, и ротор удерживаются в правильном положении за счет корпуса, который изготавливается из стали.
  • К корпусу может присоединяться станина, которая обеспечивает устойчивость двигателя, но это уже больше зависит от типа мотора и режима его использования.
Двигатель постоянного тока коллекторного типа нуждается в щетках
  • Следующая важная часть двигателя постоянного тока – это щеточный аппарат. Эти детали является расходуемыми и заменяемыми в процессе эксплуатации. Они обеспечивают скользящий контакт. Именно так коллекторы для двигателей постоянного тока запитываются электричеством.
  • Сделаны щетки из графита. Также есть модели с центральным медным стержнем, такие щетки называются медно-графитовыми.
  • От щеток отходят провода, которые уже последовательно соединяются с системой управления двигателем и источником питания.
Электромагнитная индукция

Разобрав строение двигателя переменного тока с коллектором, давайте немного поговорим о законах физики, благодаря которым, сей агрегат может работать.

Коллекторные двигатели постоянного тока – разбираем принцип работы
  • Итак, суть любого электромотора заключается в преобразовании электрической энергии в кинетическую. То есть в механическое усилие, которое обычно передается на ведомые механизмы через вращающийся вал, посредством различных передач.
  • Основной физический закон, заставляющий двигатель вращаться – это взаимодействие магнитных полей. Закон электромагнитной индукции также очень важен для понимания функционирования этих машин. Давайте попробуем немного в нем разобраться.
  • На схеме выше показано, как функционирует генератор постоянного тока. Не спешите ругаться, принцип работы с двигателем у этого устройства имеет общие моменты и даже более…
  • Мы видим постоянный магнит, создающий поле линии которого направлены от северного полюса к южному.
  • Согласно закону электромагнитной индукции, если поперек этих волн переместить проводник, то в нем образуется электродвижущая сила (ЭДС). Другими словами, в проводнике индуцируется ток.
  • Этот ток ничем не хуже любого другого, а значит, тоже создает магнитное поле вокруг проводника. Данный принцип заложен в работу двигателей с короткозамкнутым ротором. Но в нашем случае магнитное поле от ЭДС оказывает тормозящий эффект.
  • Смотрим на внутреннюю часть схемы. Там мы видим вращающуюся рамку – простейший аналог обмотки якоря.
Так бы работал двигатель постоянного тока, коллектора в котором нет
  • Представим, что изначально рамка стоит горизонтально. Когда происходит вращение, части рамки аб и вг начинают пересекать магнитное поле. Ток начинает расти, пока рамка не займет строго вертикальное положение.
  • Далее ток начинает падать до нуля, пока рамка снова не примет горизонтальную позицию.

Интересно знать! Падение происходит за счет того, что в таком положении проводники уже не пересекают магнитное поле, а скользят по его линиям.

  • Данное положение является противоположным изначальному – части рамки поменялись местами.
Направление, в котором течет ток в проводнике, зависит от того, в какую сторону проводник двигается
  • Продолжаем вращение. Ток начинает снова расти, но согласно правилу левой руки, он сменит свое направление в цепи на противоположное. Именно так действует генератор переменного тока. Его отличие от героя нашего обзора состоит в том, что у него нет коллектора, а вместо него используется сплошное контактное кольцо. Такой ток в графическом виде представляется как синусоида – смотрите изображение ниже, пункт «b».
Коллекторы для электродвигателей постоянного тока не дают току менять свое направление
  • Смысл назначения коллектора в том, что он не дает току менять направление. Напоминаем, коллектор состоит из изолированных пластин, которые контактирую со щетками так, чтобы при смене полуоборотов рамки, они менялись местами.
  • Графически ток, выдаваемый такой рамкой, показан на схеме выше, пункт «с».

Итак, это была вводная информация, которая позволит вам лучше понять то, о чем мы будем говорить во второй части статьи.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Коллекторные электродвигатели постоянного тока

Уникальным свойством коллекторных машин является обратимость этих устройств. Что под эти понимается?

  • Все просто! Данные агрегаты способны работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора постоянного тока, при соответствующем подключении статора и ротора двигателя.
  • Когда машина постоянного тока подключается к источнику энергии, ток начинает бежать в обмотках ротора и статора агрегата. И там и там моментально образуются электромагнитные поля – якоря и возбуждения. Взаимодействие этих полей создает на роторе некий электромагнитный момент (М).
  • Этот момент является вращающим, не обладающий тормозящим эффектом, как в генераторе тока.
  • Под действием момента М якорь приходит в движение. При этом потребляется электрическая энергия из питающей сети.
  • Когда ротор приходит в движение, в его обмотке начинает индуцироваться ЭДС, подобно тому, как мы описывали в предыдущей главе.
Электродвигатели постоянного тока коллекторные – правило правой руки поможет определить направление магнитного поля обмотки якоря
  • Направление ЭДС легко определяется по правилу левой руки, подробное описание которого представлено на рисунке выше.
  • Интересно то, что данная ЭДС будет направлена в противоположную сторону питающему ротор току, поэтому данная сила называется противо-ЭДС, то есть она тормозит якорь.
  • Если не вдаваться в формулы и расчеты, то можно просто сказать, что при увеличении электромагнитного момента, то есть, когда возрастает нагрузка на вал двигателя, происходит рост мощности в обмотке якоря (на входе двигателя).
  • Мы знаем, что напряжение, подводимое к двигателю, постоянно остается неизменным, а значит, из-за возрастания нагрузки происходит рост питающего ротор тока.
  • Другими словами, частота вращения якоря будет прямо пропорциональной напряжению и обратно пропорциональной возбуждающему потоку. Растущий ток повышает момент вращения при неизменном нагрузочном моменте
  • Говоря еще проще, зажмите чем-нибудь вал двигателя. При этом замедлится его вращение, а сила тока возрастет. Увеличьте силу тока без нагрузки на вал, он раскрутится сильнее, все просто.

Интересно знать! Если нагрузка на вал будет настолько сильной, что во время работы заставит вращаться его в обратном направлении, двигатель перейдет в режим генератора.

Разновидности двигателей постоянного тока
Коллекторный электродвигатель постоянного тока для компактных устройств

Все двигатели постоянного тока можно разделить по их мощности и назначению:

  • Самые маленькие экземпляры имеют мощность в единицы Ватт.
  • Их обычно устанавливают в небольшие устройства и детские игрушки. Их рабочее напряжение варьируется в пределах 3-9 Вольт, что могут обеспечить обычные батарейки.
  • Строение основных рабочих частей таких двигателей следующее: трехполюсной ротор, коллектор с соответствующим количеством пластин, двухполюсной статор, роль которого выполняют постоянные магниты.
  • Электродвигатели коллекторные постоянного тока средней мощности, которые выдают десятки ватт.
  • Их строение немного отличается: многополюсной ротор и коллектор, щеточный аппарат из двух или четырех щеток, четырехполюсной статор на постоянных магнитах.
Двигатели постоянного тока коллекторные
  • Мощные агрегаты, выдающие и потребляющие сотни и тысячи Ватт энергии, имеют практически такое же строение, но вместо маломощных постоянных магнитов в них используются электрические.
Способы возбуждения двигателей постоянного тока
Способы подключения двигателей постоянного тока

Существует четыре способа возбуждения двигателя постоянного тока.

Независимое возбуждение

Не трудно догадаться, что при такой схеме якорь двигателя питается от основного источника постоянного тока – от сети, генератора или выпрямителя, а обмотка возбуждения подключена к дополнительному источнику.

  • Обмотка возбуждения имеет регулировочный реостат, позволяющий контролировать режимы работы двигателя.
  • К цепи обмотки ротора подключается пусковой реостат. Его назначение — ограничение тока при пуске двигателя.
  • Особенностью такой схемы является то, что возбуждающие токи от токов нагрузки не зависят, а значит, магнитный поток двигателя практически не будет зависеть от нагрузки. То есть зависимость частоты вращения и момента будут линейными.
  • Огромный недостаток такого двигателя, это то, что если его включить без нагрузки, частота вращения станет очень большой, что может привести даже к выходу его из строя. Ток в обмотке якоря сильно возрастает, из-за чего может возникнуть круговой огонь.
  • От работы двигателя в таком режиме защищает автоматика, которая отключает подачу питания.

Интересно знать! Чисто теоретически, работа в таком режиме не может заставить постоянно увеличиваться скорость вращения ротора. Она прекратит нарастать, когда противо-ЭДС достигнет значения напряжения питания.

  • Если во время работы такого двигателя произойдет разрыв цепи возбуждения, при условии, что нагрузка на валу близка к номинальной, двигатель остановится, так как электромагнитный момент станет меньше, чем нагрузка на валу. В этом случае ток на обмотке якоря также резко возрастет, что приведет к его перегреву и прочим неприятным последствиям.
Параллельное возбуждение
Схема параллельного возбуждения

В этой схеме обе обмотки питаются от одного источника. В цепи также включены два реостата – регулировочный и пусковой.

  • Несмотря на подключение к одной сети, питание, по сути, остается независимым, а значит, ток обмотки возбуждения, также не будет зависеть от тока обмотки якоря.
  • Двигатель с таким подключением имеет такие же характеристики, как и независимый.
  • Тем не менее, разница есть – такой мотор будет работать только при условии, что напряжение источника питания остается неизменным.
Последовательное возбуждение
Схема с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения имеет последовательное с якорем подключение.

  • Для ограничения пускового тока в цепь может быть включен пусковой реостат, также может быть включен и реостат регулировочный.
  • При таком подключении токи обмоток уже имеют зависимость друг от друга. При включении реостата они будут равными, а значит, магнитный поток будет зависеть от нагрузки.
  • Магнитная система машины не будет насыщенной, пока ток обмотки якоря будет составлять 80-90% от номинального тока. Магнитный поток будет изменяться прямо пропорционально току, из-за чего скоростная характеристика агрегата будет мягкой.
  • При возрастании тока частота вращения такого двигателя падает. Это происходит из-за возрастания падения напряжения в сопротивлении цепи обмотки якоря, а также из-за того что растет магнитный поток.
  • Когда ток становится больше номинального, зависимости частоты вращения и момента становятся линейными, ведь магнитная цепь становится насыщенной, то есть при изменении тока магнитный поток больше изменяться не будет.
Механическая характеристика двигателя
  • Механическая характеристика такого двигателя имеет гиперболическую форму. При малых нагрузках будет сильно уменьшаться магнитный поток, а частота вращения возрастать, что также может привести к тому, что двигатель пойдет вразнос.
  • Это обстоятельство ограничивает применение сих агрегатов в системах, предполагающих работу на холостом ходу или с низкими нагрузками.

Интересно знать! Минимально допустимая нагрузка для двигателей с последовательным возбуждением составляет 20-25% от номинального значения. Чтобы не допустить включение двигателя без нагрузки, его присоединяют с приводом через жесткую глухую муфту или зубчатую передачу. Ременные передачи и фрикционные муфты использовать нельзя, так как может случиться обрыв, а последствия вам уже известны.

Что интересно, несмотря на такой недостаток, эти двигатели очень распространены, особенно там, где имеется изменение нагрузки и тяжелые условия пуска, например, в электровозах, электрокарах, тепловозах и прочем.

И объяснить это очень просто – при мягкой характеристике возрастание нагрузки не приводит к сильному росту тока и потребляемой энергии, а значит, с перегрузками данные агрегаты справляются лучше. Также не забываем про высокий пусковой момент, чего лишены рассматриваемые ранее варианты двигателей.

Смешанное возбуждение
Двигатель со смешанным возбуждением

Магнитный поток внутри такого двигателя создается благодаря совместному взаимодействию двух обмоток возбуждения. Одна из них подключена независимо или параллельно, а вторая последовательно.

  • Механическая характеристика такого агрегата представляет собой нечто среднее между предыдущими вариантами.
  • Большим преимуществом такого двигателя является возможность работать в холостом режиме, обладая при этом мягкой характеристикой.

Интересно знать! В режиме холостого хода частота вращения зависит от магнитного потока обмотки, подключенной параллельно.

  • К достоинствам таких двигателей можно отнести простоту производства, эксплуатации и ремонта. Они имеют солидный рабочий ресурс.
  • Из недостатков выделяются – низкомоментность и быстроходность.

При замедлении скорости вращения они становятся малоэффективными, их сложно охладить.

Немного об универсальности
На фото — электродвигатель постоянного тока универсальный коллекторный

Давайте немного поговорим про универсальные коллекторные двигатели. Суть этих агрегатов заключается в том, что они могут работать как от постоянного, так и от переменного токов.

  • Используются такие машины в основном на электроинструменте, и некоторой бытовой технике, так как имеет малые размеры и легкую регулировку скорости вращения вала.
  • По сути, эти двигатели являются ДПТ с последовательно запитанными обмотками, просто они оптимизированы для работы от общественной сети переменного тока.
  • Данный двигатель будет вращаться в одну сторону вне зависимости от того в какую сторону бежит ток по обмоткам, хотя противофазный эффект имеет место быть, но он незначителен.
  • Подробно об этом мы писали в недавней статье про двигатели переменного тока, если интересно, советуем ознакомиться.

На этом закончим наш обзор. Как видите, коллектор электродвигателя постоянного тока это небольшая, простая, но очень важная деталь, отличающая такие моторы от вариантов, работающих на переменном токе. Видео, которое мы подобрали, поможет еще лучше усвоить материал.

Устройство коллекторных машин постоянного тока

Характерным признаком коллекторных машин является наличие у них коллектора — механического преобразователя переменного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии. 

К коллекторным машинам постоянного тока относятся двигатель постоянного тока ДПТ и генератор постоянного тока ГПТ которые имеют одинаковую конструкцию и могут заменять друг друга то есть ДПТ может работать как ГПТ и наоборот. Разберем устройство коллекторных машин на примере двигателя постоянного тока.

  Коллекторная машина постоянного тока состоит из:

  1. Якоря (подвижная часть) который состоит из вала,обмотки якоря, коллектора, двух подшипников и сердечника. Сердечник — это цилиндр из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм покрытых электроизоляционным лаком. Такая сборная конструкция служит для уменьшения вихревых токов. В сердечнике есть пазы в которые вложены пазовые стороны обмотки якоря.
  2. Статора (4) (неподвижной части) — станина, главные полюса с полюсными катушками(2,3).

Статор конструктивно может быть выполнен двух видов:

  • сборный — состоит из цельной тянутой трубы и прикреплённым к ней внутри полюсов. Сердечник полюса выполнен в виде стального бруска либо из шихтованных пластин 0,5 — 1 мм. Обмотка полюса намотана вокруг сердечника. Обмотки полюсов соединены между собой последовательно и образуют обмотку возбуждения которая при подключении к источнику постоянного тока создаёт магнитное поле в магнитной системе двигателя.
  • цельный шихтованный — применяется в машинах мощностью 600 Вт и более. Он состоит из из пакета пластин электротехнической стали сложной конфигурации толщиной 0,35 — 0,5 мм.

Устройство щеточно коллекторного перехода.

Наиболее сложным и ненадежным местом коллекторной машины является щеточно коллекторный переход который состоит из щеток (которые крепятся в щеткодержатели) и коллектора который состоит из набора коллекторных пластин трапецеидального сечения, разделенных миканитовыми прокладками. Пластины из меди и миканита удерживаются в сжатом состоянии за нижнюю часть, имеющую форму «ласточкина хвоста», посредством стальных конусных колец 1 (рис. 13.2). Выступающая вверх часть коллекторных пластин 6, называемая «петушок», служит для присоединения секций обмотки якоря к пластинам коллектора. Коллекторные пластины изолируют от конусных колец миканитовыми манжетами 3, а от втулки 5 — миканитовым изолирующим цилиндром 4. Поверхность медных пластин каллектора в процессе работы машины постепенно истирается щетками. Что бы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что могло бы привести к нарушению электрического контакта коллектора со щетками, приходится периодически выполнять «продораживаные» коллектора. Эта операция состоит в том, что между рабочими поверхностями коллекторных пластин фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рис. 13.4).

Достоинства и недостатки коллекторных машин постоянного тока.

Электрические машины постоянного тока используют как в качестве генераторов, так и двигателей. Наибольшее применение имеют двигатели постоянного тока, диапазон мощности которых достаточно широк: от долей ватта (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и других крупных механизмов).

Двигатели постоянного тока широко используют для привода подъемных устройств в качестве крановых двигателей и привода транспортных средств, а также в качестве тяговых двигателей.

Основные достоинства двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными двигателями переменного тока — хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения более 3000 об/мин, а недостатки — относительно высокая стоимость, некоторая сложность в изготовлении, пониженная надежность. Эти недостатки машин постоянного тока обусловлены наличием в них щеточно-коплекторного узла, который к тому же является источником радиопомех и пожароопасности. Но, несмотря на отмеченные недостатки, двигатели постоянного тока в некоторых случаях пока незаменимы, так как обладают большой перегрузочной способностью, хорошими пусковыми и регулировочными свойствами.

Устройство коллекторных двигателей — электрических машин

 Принцип работы электрических машин нам хорошо знаком еще со школьной скамьи, — это когда к контактным кольцам рамки подключено напряжение, а рамка помещенная в однородном магнитном поле постоянного магнита — начинает равномерно вращаться с определенной угловой скоростью и направление вращения рамки будет зависить от размещения полюсов \север, юг\ постоянного магнита.   То, что электрические машины обладают обратимыми свойствами — тоже известно.   То-есть, если ротору двигателя придать механическое вращение, в обмотках статора будет наводиться ЭДС и мы сможем получить на выходе — концах обмоток статора напряжение.   Отсюда можно сделать вывод, что электрические машины способны преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот, электрическую энергию в механическую.   Это как-бы изложено для Вас — в обычной, простой и доступной форме.   А теперь ознакомимся конкретно, где именно могут применяться коллекторные двигатели переменного и постоянного тока.  

Применение коллекторных двигателей — переменного тока

Разновидности, типы коллекторных двигателей с питанием от переменного тока \электросети\ применяются в различной бытовой технике:

  • стиральные машины;
  • электроперфораторы;
  • электродрели;
  • наждаки электрические;
  • электрические триммеры;
  • домашние пылесосы;
  • электрические фены

и далее.   Так-же, данный тип двигателей применяется в :

  •  промышленном;
  •  пищевом;
  • строительном

и медицинском оборудовании.

 коллекторный электродвигатель переменного тока ДК-90

коллекторный эл.двигатель AEG  UOZ 112 G 63

коллекторный эл.двигатель ДК 90-60-8МС-2И

коллекторный эл.двигатель \дрель\

Подробное описание по применению коллекторных электродвигателей переменного тока — может занять много времени, а получить первоначальное представление  об их  применении,  считаю для нас —   достаточным. 

Применение  коллекторных двигателей — постоянного тока

Применение коллекторных двигателей работающих от постоянного тока, — можно встретить практически везде в нашем быту.   Взять допустим автомобильный стартер, электрическая схема которого представляет из себя  тот-же самый коллекторный двигатель, работающий от постоянного тока.   В дополнение, автомобильный стартер работает как тяговый электродвигатель, чтобы провернуть маховик двигателя автомобиля.   Так-же, коллекторные двигатели постоянного тока применяются в видео и аудио  технике,  многая аппаратура из которых уже вышла из моды.    

 стартер автомобиля

 коллекторный эл.двигатель постоянного тока КПА-561

коллекторный эл.двигатель постоянного тока 36 В 500W \для велосипеда\

 коллекторный эл.двигатель постоянного тока СЛ-221

Кто-то из нас разбирал в свое время электрические игрушки работающие от батареек, там установлены те-же самые коллекторные мини двигатели, работающие от постоянного тока.  

коллекторный эл.двигатель постоянного тока 27 Т  SATURN

Многие  пользовались или же пользуются электробритвой работающей от батареек, — в этом электроприборе тоже установлен  коллекторный двигатель постоянного тока.   Если кто-то из  Вас  разбирал электрический коллекторный мини двигатель, то могут со мной согласиться, что причиной их неисправностей является либо износ графитовых щеток либо износ втулок — в которых крепится  вал ротора, а износ втулок приводит к радиальному биению ротора, то-есть, нарушается зазор между сталью статора и ротора двигателя.

Устройство машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока, как наглядно видно в схематическом изображении \рис.1\, состоит из следующих деталей:

  1. коллектор;
  2. щетки;
  3. сердечник якоря;
  4. главный полюс;
  5. катушка обмотки возбуждения;
  6. станина;
  7. подшипниковый щит;
  8. вентилятор;
  9. обмотка якоря;
  10. вал.

 рис. 1

 Здесь необходимо запомнить, что для электрических машин постоянного и переменного тока имеются различия в таких названиях  —  как ротор и якорь.   Якорем следует называть вращающуюся  часть  генератора, а ротор — это вращающаяся часть электродвигателя.

Коллекторный электродвигатель — это… Что такое Коллекторный электродвигатель?

Колле́кторный электродвигатель — синхронная[1]электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и пере­к­лю­ча­те­лем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Разновидности

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Самые маленькие двигатели данного типа (единицы ватт) содержат в корпусе:

  • трёхполюсной ротор на подшипниках скольжения;
  • коллекторный узел из двух щеток — медных пластин;
  • двухполюсной статор из постоянных магнитов.

Применяются, в основном, в детских игрушках (рабочее напряжение 3–9 вольт).

Более мощные двигатели (десятки ватт), как правило, имеют

  • много-полюсный ротор на подшипниках качения;
  • коллекторный узел из четырёх графитовых щёток;
  • четырёхполюсный статор из постоянных магнитов.

Именно такой конструкции большинство электродвигателей в современных автомобилях (рабочее напряжение 12 вольт): привод вентиляторов систем охлаждения и вентиляции, дворников, насосов омывателей.

Двигатели мощностью в сотни ватт, в отличие от предыдущих, содержат четырёхполюсный статор из электромагнитов. Обмотки статора могут подключаться несколькими способами:

  • последовательно с ротором (так называемое последовательное возбуждение),
    • преимущество: большой максимальный момент,
    • недостаток: большие обороты холостого хода, способные повредить двигатель.
  • параллельно с ротором (параллельное возбуждение)
    • преимущество: большая стабильность оборотов при изменении нагрузки,
    • недостаток: меньший максимальный момент
  • часть обмоток параллельно с ротором, часть последовательно (смешанное возбуждение)
    • до некоторой степени совмещает достоинства предыдущих типов. Пример — автомобильные стартёры.
  • отдельным источником питания (независимое возбуждение)
    • характеристика аналогична параллельному подключению, однако обычно может регулироваться. Применяется редко.

Общие достоинства коллекторных двигателей постоянного тока — простота изготовления, эксплуатации и ремонта, достаточно большой ресурс.

К недостаткам можно отнести то, что эффективные конструкции (с большим КПД и малой массой) таких двигателей являются низкомоментыми и быстроходными (сотни и тысячи оборотов в минуту), поэтому для большинства приводов (кроме вентиляторов и насосов) необходимы редукторы. Это утверждение не вполне верно, но обоснованно. Электрическая машина, построенная на низкую скорость, вообще имеет заниженный КПД и связанные с ним проблемы охлаждения. Скорее всего проблема лежит так, что изящных решений для нее нет.

Универсальный коллекторный электродвигатель

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный электродвигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены. Широко использовался на железных дорогах Европы и США как тяговая машина.

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный электродвигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону. На самом деле там есть небольшой фазовый сдвиг, обуславливающий появление против направленного момента, но он невелик, симметрирование обмоток не только улучшает условия коммутации, но и уменьшает этот момент. (М.П. Костенко, Электрические машины). Для нужд железных дорог строились специальные подстанции переменного тока низкой частоты — 16 Гц в Европе, 25 Гц в США. В 50-х годах XX века германо-французскому консорциуму производителей электрических машин удалось построить однофазную тяговую машину промышленной частоты (50 Гц). По данным М.П. Костенко Электрические машины, электровоз с однофазными коллекторными машинами на 50 Гц испытывался в СССР, где получил восторженно-отрицательную оценку специалистов. (Цитата со слов источника: «У Них асимметрия магнитной системы — доли миллиметра, у нас — доли сантиметра. У Нас щетки машины — крашенный кирпич, у них — процесс высоких технологий (это лекционный материал И.Б. Битюцкий, Липецкий политехнический университет специальность электрические машины)[источник?]).

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин. Подмножеством коллекторных машин переменного тока (к.м.п.т.) являются машины «пульсирующего тока», полученного путем выпрямления тока однофазной цепи без сглаживания пульсаций (железная дорога). Здесь стоит отметить разность в культуре электротехнической промышленности — если Европа выбрала чистую коллекторною машину, то СССР предпочел «гибрид бульдога с носорогом» — машину, где ток не менял полярность, но колебался от нуля до максимума. (И.Б. Битюцкий, Липецкий политехничский университет).

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3–5 от номинального (против 5–10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Сложной проблемой является вопрос коммутации мощной коллекторной машины переменного тока. В момент коммутации (прохождение секцией нейтрали) сцепленное с секцией якоря (ротора) магнитное поле меняет свое направление на противоположное, что вызывает генерацию в секции так называемой реактивной ЭДС. Так обстоит дело в случае с постоянным током. В к. м. п. т. реактивная ЭДС. также имеет место. Но так как якорь (ротор) находится в пульсирующем во времени магнитном поле статора, в коммутируемой секции дополнительно имеет место ещё и трансформаторная ЭДС. Ее амплитуда будет максимальна в момент пуска машины, пропорционально снижаться по мере приближения к скорости синхронизма (в точке синхронизма она обратиться в нуль) и далее по мере разгона машины вновь будет пропорционально возрастать. Проблема коммутации к.м.п.т. может быть решена следующим образом:

  • Стремление при проектировании к одновитковой секции (уменьшение потока сцепления).
  • Увеличение активного сопротивления секции. Наиболее перспективными по данным М.П.Костенко являются резисторы в «петушках» коллекторых пластин, где они хорошо охлаждаются.
  • Активная подшлифовка коллектора щетками максимальной твердости (высокий износ) и максимально возможного сопротивления.
  • Использование добавочных полюсов с последовательными обмотками для компенсации реактивной ЭДС. и паралельной — для компенсации трансформаторной ЭДС. Но так как величина трансформаторной ЭДС представляет собой функцию от угловой скорости (якоря) ротора и тока намагничивания машины, то такие обмотки нуждаются в системе подчиненного регулирования, не разработанной по сегодняшний день.
  • Применение питающих цепей низкой частоты. Популярные частоты 16 и 25 Гц.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт 50 Гц. и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
  • Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
  • Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

  • Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
  • Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

  • Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
  • Компактность (даже с учётом редуктора).
  • Больший пусковой момент.
  • Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
  • Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

  • Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
  • Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
    • Относительно малая надёжность (срок службы. Тяжелые условия коммутации обуславливают использование максимально твердых щеток, что снижает ресурс.
    • Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
    • Высокий уровень шума
    • Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

  • УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
  • Асинхронный двигатель — «вентиляторная» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до точки критического момента) момент двигателя не только не растёт, а падает до нуля, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.
  • Однофазный асинхронный двигатель предлагает дополнительный «букет» проблем, связанных с запуском, т.к. в нормальных условиях пускового момента не развивает. Пульсирующее во времени магнитное поле однофазного статора математически разлагается на два противофазных поля, делающих невозможным пуск без различных ухищрений:
  • расщепленный паз
  • создающая искусственною фазу емкость
  • создающую искусственною фазу активное сопротивление

Вращающееся в противофазе поле теоретически снижает максимальный КПД однофазного асинхронного двигателя до 50–60 % из-за потерь в перенасыщенной магнитной системе и активных потерь в обмотках, которые нагружаются токами «противополя». Фактически, на одном валу «сидят» две электрические машины, одна из которых работает в двигательном режиме, а вторая — в режиме противовключения.

Таким образом, в однофазных сетях к.м.п.т. не знает себе конкурентов.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

См. также

Примечания

Коллекторные однофазные двигатели переменного тока

 

Принцип работы и описание конструкции. Достоинства, недостатки и сферы применения

Хорошо известные многим асинхронные двигатели переменного тока не лишены недостатков, таких как невысокая перегрузочная способность, сложность и небольшой диапазон регулирования, невысокий пусковой момент. Все эти проблемы давно и достаточно успешно решаются применительно к общепромышленному асинхронному электроприводу.

Тем не менее, в некоторых электроприводах используются двигатели, получающие питание от сети переменного тока, но предоставляющие полный набор преимуществ, характерных для электрических машин постоянного тока. Речь идет о коллекторных однофазных электродвигателях переменного тока.

Дело в том, что любой электродвигатель постоянного тока теоретически может работать от сети переменного напряжения. Ведь направление его электромагнитного момента в любой момент времени зависит от текущего направления электрических токов в якорной обмотке и в обмотке возбуждения.

Если обе обмотки подключить в одну сеть переменного тока с частотой 50 герц, то ток в них будет менять свое направление одновременно. Поэтому крутящий момент не будет менять своего направления – двигатель будет набирать обороты, в том числе под нагрузкой.

На практике же все бывает немного сложнее. При независимом или параллельном включении обмотки возбуждения неизбежно возникает сдвиг фаз между напряжением сети и током возбуждения. Тогда электромагнитный момент будет попеременно менять свое направление, и нормальная работа привода будет невозможна.

Поэтому, коллекторные двигатели, предназначенные для включения в сеть переменного тока, имеют обмотку возбуждения, включенную последовательно с якорной обмоткой. В этом случае ток обмоток общий, и его направление может измениться только в обеих обмотках.

Это обеспечивает электромагнитный момент постоянного направления. Обычно, обмотка возбуждения делится на две части, одна из которых включается до якоря, а другая – после (относительно фазного провода). Для устранения влияния реакции якоря часто включаются дополнительные, компенсационные обмотки.

Для включения в сеть переменного напряжения традиционный для двигателей постоянного тока цельный, сварной магнитопровод статора не подходит – слишком большой величины будут достигать токи Фуко и связанные с ними потери на перемагничивание. Поэтому, магнитопроводы коллекторных двигателей переменного тока выполняются шихтованными из отдельных пластин.

Механическая и электромеханическая характеристики коллекторных двигателей переменного тока схожи с характеристиками электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения. Но в целом характеристики получаются хуже: из-за сдвига фаз на переменном токе коллекторный электродвигатель потребляет больший ток. Увеличение происходит за счет возникновения реактивной составляющей, и оно же становится причиной снижения КПД.

Их коммутация осложнена из-за наличия коллекторно-щеточного аппарата. Поэтому, мощность однофазных коллекторных машин ограничена несколькими киловаттами. Большая мощность нецелесообразна из-за больших потерь и повышенного износа щеток и коллекторных пластин.

Непрерывная коммутация щеток на коллекторе двигателей переменного тока способна генерировать достаточно мощные электромагнитные радиопомехи. Это легко замечают люди, имеющие опыт одновременного бритья электробритвой на 220 вольт и прослушивания радиоприемника. Чтобы минимизировать эти помехи, параллельно якорю двигателя устанавливаются фильтры, содержащие конденсатор.

Нормативная наработка на отказ коллекторных двигателей переменного тока составляет несколько тысяч часов. Это, конечно, немного в сравнении с обычными «асинхронниками». Однако, у них есть и свои преимущества.

Так, скорость вращения можно регулировать в очень широких пределах, причем разными способами: понижением напряжения или введением дополнительных сопротивлений в цепь питания. А вот изменение частоты питающего напряжения на скорость коллекторного электромотора не влияет.

Предельные и номинальные частоты вращения коллекторных двигателей могут достигать десяти тысяч оборотов в минуту, что недостижимо для асинхронных. Кроме того, они имеют очень хороший пусковой момент, способны выдерживать серьезные перегрузки и даже воздействие режима короткого замыкания в течение нескольких секунд без ущерба для своей конструкции.

Коллекторные однофазные двигатели отличаются высокой удельной мощностью: они компактны и приемисты. Благодаря своей, не особенно сложной конструкции, эти машины приобрели довольно широкую популярность среди производителей бытовой техники и ручного электроинструмента.

Так, подавляющее большинство пылесосов, стиральных машин, кухонных комбайнов, углошлифовальных машин, дрелей оснащены именно коллекторными однофазными электродвигателями, способными включаться в сеть как переменного, так и постоянного тока.

Для подключения в сеть постоянного тока в них используется вся обмотка возбуждения, а для включения в переменную сеть – часть ее. Тогда необходимость в компенсационных обмотках отпадает, а двигатель может считаться универсальным.

Как работает бесколлекторный электродвигатель. Принцип работы бесколлекторного электродвигателя. Основной недостаток коллекторного двигателя

Как только я начал заниматся авиамоделизмом, мне сразу стало интересно почему у двигателя три провода, почему он такой маленький и в то же время такой мощный и зачем ему нужен регулятор скорости… Прошло время, и я во всем разобрался. И дальше поставил перед собой задачу сделать своими руками бесколлекторный двигатель.

Принцип работы электрического двигателя:
В основу работы любой электрической машины положено явление электромагнитной индукции. Поэтому если в магнитное поле поместить рамку с током, то на неё подействует сила Ампера , которая создаст вращательный момент. Рамка начнет поворачиваться и остановится в положении отсутствия момента, создаваемого силой Ампера.


Устройство электрического двигателя:
Любой электрический двигатель состоит из неподвижной части — Статора и подвижной части — Ротора . Для того чтобы началось вращение, нужно по очереди менять направление тока. Эту функцию и выполняет Коллектор (щетки).

Бесколлекторный двигатель — это двигатель ПОСТОЯННОГО ТОКА без коллектора, в котором функции коллектора выполняет электроника. (Если у двигателя три провода, это не значит что он работает от трехфазного переменного тока! А работает он от «порций» коротких импульсов постоянного тока, и не хочу вас шокировать, но те же двигатели которые используются в кулерах, тоже бесколлекторные, хоть они и имеют всего два провода питания постоянного тока)

Устройство бесколлекторного двигателя:
Inrunner (произносится как «инраннер»). Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.


Outrunner (произносится как «аутраннер»). Двигатель имеет неподвижные обмотки (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами.

Принцип работы:
Для того чтобы бесколлекторный двигатель начал вращаться, напряжение на обмотки двигателя надо подавать синхронно. Синхронизация может быть организованна с использованием внешних датчиков (оптические или датчики холла), так и на основе противоЭДС (бездатчиковый), которая возникает в двигателе при его вращении.

Бездатчиковое управление:
Существуют бесколлекторные двигатели без каких либо датчиков положения. В таких двигателях определение положения ротора выполняется путем измерения ЭДС на свободной фазе. Мы помним, что в каждый момент времени к одной из фаз (А) подключен «+» к другой (В) «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, двигатель наводит ЭДС (т.е. в следствии закона электромагнитной индукции в катушке образуется индукционный ток) в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе (С) изменяется. Измеряя напряжение на свободной фазе, можно определить момент переключения к следующему положению ротора.


Что бы измерить это напряжение изпользуется метод «виртуальной точки». Суть заключается в том, что, зная сопротивление всех обмоток и начальное напряжение, можно виртуально «переложить провод» в место соединения всех обмоток:

Регулятор скорости бесколлекторного двигателя:
Бесколлекторный двигатель без электроники — просто железка, т.к. при отсутствии регулятора, мы не можем просто подключить напряжение на него, чтоб он просто начал нормальное вращение. Регулятор скорости — это довольно сложная система радиокомпонентов, т.к. она должна:
1) Определять начальное положение ротора для запуска электродвигателя
2) Управлять электродвигателем на низких скоростях
3) Разгонять электродвигатель до номинальной (заданной) скорости вращения
4) Поддерживать максимальный момент вращения

Принципиальная схема регулятора скорости (вентильная):


Бесколлекторные двигатели были придуманы на заре появления электричества, однако систему управления к ним никто не мог сделать. И только с развитием электроники: с появлением мощных полупроводниковых транзисторов и микроконтроллеров, бесколлекторные двигатели стали применятся в быту (первое промышленное использование в 60-х годах).

Достоинства и недостатки бесколлекторных двигателей:

Достоинства:
-Частота вращения изменяется в широком диапазоне
-Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
-Большая перегрузочная способность по моменту
-Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
-Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов

Недостатки:
-Относительно сложная система управления двигателем
-Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы)
Разобравшись с теорией, перейдем к практике: спроектируем и сделаем двигатель для пилотажной модели МХ-2.

Список материалов и оборудования:
1) Проволока (взятая из старых трансформаторов)
2) Магниты (купленные в интернете)
3) Статор (барашек)
4) Вал
5) Подшипники
6) Дюралюминий
7) Термоусадка
8) Доспуп к неограниченному техническому хламу
9) Доступ к инструментам
10) Прямые руки:)

Ход работы:
1) С самого начала решаем:

Для чего делаем двигатель?
На что он должен быть рассчитан?
В чем мы ограничены?

В моем случае: я делаю двигатель для самолета, значит пускай он будет внешнего вращения; рассчитан он должен на то, что он должен выдать 1400 грамм тяги при трех-баночном аккумуляторе; ограничен я в весе и в размере. Однако с чего же начать? Ответ на этот вопрос прост: с самой трудной детали, т.е. с такой детали, которую легче просто найти, а все остальное подгонять под неё. Я так и поступил. После многих неудачных попыток сделать статор из листовой мягкой стали, мне стало понятно, что лучше найти её. Нашел я её в старой видеоголовке от видеорекоудора.

2) Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется изолированным медным проводом, от сечения которого зависит значение силы тока, а значит и мощность двигателя. Незабываем что, чем толще проволока, тем больше оборотов, но слабее крутящий момент. Подбор сечения:

1А — 0.05мм; 15А — 0.33мм; 40А — 0.7мм

3А — 0.11мм; 20А — 0.4мм; 50А — 0.8мм

10А — 0.25мм; 30А — 0.55мм; 60А — 0.95мм

3) Начинаем наматывать на полюса проволоку. Чем больше витков (13) намотано на зуб, тем большее магнитное поле. Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов. Для получения высоких оборотов, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение.

4) Дальше выбираем способ соединения обмотки: звездой или треугольником. Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов, чем соединение треугольником в 1.73 раз. (впоследствии было выбрано соединение треугольник)

5) Выбираем магниты. Количество полюсов на роторе должно быть четным (14). Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. Также чем больше количество полюсов, тем больше момент, но меньше оборотов. Магниты на роторе закрепляются с помощью специального термоклея.

Испытания данного двигателя я проводил на созданной мной витномоторной установке, которая позволяет измерить тягу, мощность и обороты двигателя.

Чтобы увидеть отличия соединений «звезда» и «треугольник» я соединял по разному обмотки:

В итоге получился двигатель соответствующий характеристикам самолета, масса которого 1400 грамм.

Наверняка у каждого новичка, который впервые связал свою жизнь с электромоделями на радиоуправлении, после тщательного изучения начинки, появляется вопрос. Что такое коллекторный и ? Какой из них лучше поставить на свою радиоуправляемую электромодель?

Коллекторные моторы, которые так часто используются для приведения в движение электромоделей на радиоуправлении, имеют всего два исходящих питающих провода. Один из них «+» другой « — ». В свою очередь они подключаются к регулятору скорости вращения. Разобрав коллекторный мотор, вы всегда там найдете 2 магнита изогнутой формы, вал совместно с якорем, на который намотана медная нить (проволока), где по одну сторону вала стоит шестерня, а по другую сторону располагается коллектор, собранный из пластин, в составе которых чистая медь.

Принцип работы коллекторного мотора

Электрический ток (DC или direct current), поступая на обмотки якоря (в зависимости от их количества на каждую по очереди) создает в них электромагнитное поле, которое с одной стороны имеет южный полюс, а с другой стороны северный.

Многие знают, что, если взять два любых магнита и приставить их одноименными полюсами друг другу, то они не за что не сойдутся, а если приставить разноименными, то они прилипнут так, что не всегда возможно их разъединить.

Так вот, это электромагнитное поле, которое возникает в любой из обмоток якоря, взаимодействуя с каждым из полюсов магнитов статора, приводит в действие (вращение) сам якорь. Далее ток, через коллектор и щетки переходит к следующей обмотке и так последовательно, переходя от одной обмотки якоря к другой, вал электродвигателя совместно с якорем вращается, но лишь до тех пор, пока к нему подается напряжение.

В стандартном коллекторном моторе якорь имеет три полюса (три обмотки) – это сделано для того чтобы движок не «залипал» в одном положении.

Минусы коллекторных моторов

Сами по себе коллекторные моторы неплохо справляются со своей работой, но это лишь до того момента пока не возникает необходимость получить от них на выходе максимально высокие обороты. Все дело в тех самых щетках, о которых упоминалось выше. Так как они всегда находятся в плотном контакте с коллектором, то в результате высоких оборотов в месте их соприкосновения возникает трение, которое в дальнейшем вызовет скорый износ обоих и в последствии приведёт к потере эффективной мощности эл. двигателя. Это самый весомый минус таких моторов, который сводит на нет все его положительные качества.

Принцип работы бесколлекторного мотора

Здесь все наоборот, у моторов типа отсутствуют как щетки так и коллектор. Магниты в них располагаются строго вокруг вала и выполняют функцию ротора. Обмотки, которые имеют уже несколько магнитных полюсов, размещаются вокруг него. На роторе бесколлектоных моторов устанавливается так называемый сенсор (датчик) который будет контролировать его положение и передавать эту информацию процессору который работает в купе с регулятором скорости вращения (обмен данными о положении ротора происходит более 100 раз в секунду). На выходе мы получаем более плавную работу самого мотора с максимальной отдачей.

Бесколлекторные моторы могут быть с датчиком (сенсором) и без него. Отсутствие датчика незначительно снижает эффективность работы мотора, поэтому их отсутствие вряд ли расстроит новичка, но зато, приятно удивит ценник. Отличить друг от друга их просто. У моторов с датчиком, помимо 3-х толстых проводов питания есть еще дополнительный шлейф из тонких, которые идут к регулятору скорости. Не стоит гнаться за моторами с датчиком как новичку так и любителю, т.к их потенциал оценит только профи, а остальные просто переплатят, причем значительно.

Плюсы бесколлекторных моторов

Почти нет изнашиваемых деталей. Почему «почти», потому что вал ротора устанавливается на подшипники, которые в свою очередь имеют свойство изнашиваться, но ресурс у них крайне велик, да и взаимозаменяемость их очень проста. Такие моторы очень надежны и эффективны. Устанавливается датчик контроля положения ротора. На коллекторных моторах работа щеток всегда сопровождается искрением, что впоследствии вызывает помехи в работе радиоаппаратуры. Так вот у бесколлектоных, как вы уже поняли, эти проблемы исключены. Нет трения, нет перегрева, что так же является существенным преимуществом. По сравнению с коллекторными моторами не требуют дополнительного обслуживания в процессе эксплуатации.

Минусы бесколлекторных моторов

У таких моторов минус только один, это цена. Но если посмотреть на это с другой стороны, и учесть тот факт что эксплуатация освобождает владельца сразу от таких заморочек как замена пружин, якоря, щеток, коллекторов, то вы с легкостью отдадите предпочтение в пользу последних.

Опубліковано 11.04.2013

Общее устройство (Inrunner, Outrunner)

Бесколлекторный двигатель постоянного тока состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Различают два типа двигателей: Inrunner , у которых магниты ротора находятся внутри статора с обмотками, и Outrunner , у которых магниты расположены снаружи и вращаются вокруг неподвижного статора с обмотками.

Схему Inrunner обычно применяют для высокооборотистых двигателей с небольшим количеством полюсов. Outrunner при необходимости получить высокомоментный двигатель со сравнительно небольшими оборотами. Конструктивно Inrunners проще из за того, что неподвижный статор может служить корпусом. К нему могут быть смонтированы крепежные приспособления. В случае Outrunners вращается вся внешняя часть. Крепеж двигателя осуществляется за неподвижную ось либо детали статора. В случае мотор-колеса крепление осуществляется за неподвижную ось статора, провода заводятся к статору через полую ось.

Магниты и полюса

Количество полюсов на роторе четное. Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Цилиндрические магниты применяются реже. Устанавливаются они с чередованием полюсов.

Количество магнитов не всегда соответствует количеству полюсов. Несколько магнитов могут формировать один полюс:

В этом случае 8 магнитов формируют 4 полюса. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу.

Магниты на роторе закрепляются с помощью специального клея. Реже встречаются конструкции с держателем магнитов. Материал ротора может быть магнитопроводящим (стальным), немагнитопроводящим (алюминиевые сплавы, пластики и т.п.), комбинированным.

Обмотки и зубья

Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется медным проводом. Провод может быть одножильным или состоять из нескольких изолированных жил. Статор выполняется из нескольких сложенных вместе листов магнитопроводящей стали.

Количество зубьев статора должно делиться на количество фаз. т.е. для трехфазного бесколлекторного двигателя количество зубьев статора должно делиться на 3 . Количество зубьев статора может быть как больше так и меньше количества полюсов на роторе. Например существуют моторы со схемами: 9 зубьев/12 магнитов; 51 зуб/46 магнитов.

Двигателя с 3-х зубым статором применяют крайне редко. Поскольку в каждый момент времени работает только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор не равномерно по всей окружности (см. рис.).

Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее.

В этом случае магнитные силы, воздействующие на ротор, компенсируют друг друга. Дисбаланса не возникает.

Варианты распределения обмоток фаз по зубьям статора

Вариант обмотки на 9 зубов


Вариант обмотки на 12 зубов

В приведенных схемах число зубов выбрано таким образом, чтобы оно делилось не только на 3 . Например, при 36 зубьях приходится 12 зубьев на одну фазу. 12 зубьев можно распределить так:

Наиболее предпочтительна схема 6 групп по 2 зуба.

Существует двигатель с 51 зубом на статоре! 17 зубов на одну фазу. 17 – это простое число , оно нацело делится только на 1 и на само себя. Как же распределить обмотку по зубьям? Увы, но я не смог найти в литературе примеров и методик, которые помогли бы решить эту задачу. Оказалось, что обмотка распределялась следующим образом:

Рассмотрим реальную схему обмотки.

Обратите внимание, что обмотка имеет разные направления намотки на разных зубьях. Разные направления намотки обозначаются прописными и заглавными буквами. Детально о проектировании обмоток можно прочитать в литературе, предложенной в конце статьи.

Классическая обмотка выполняется одним проводом для одной фазы. Т.е. все обмотки на зубьях одной фазы соединены последовательно.

Обмотки зубьев могут соединяться и параллельно.

Так же могут быть комбинированные включения

Параллельное и комбинированное включение позволяет уменьшить индуктивность обмотки, что приводит к увеличению тока статора (следовательно и мощности) и скорости вращения двигателя.

Обороты электрические и реальные

Если ротор двигателя имеет два полюса, то при одном полном обороте магнитного поля на статоре, ротор совершает один полный оборот. При 4 полюсах, чтобы повернуть вал двигателя на один полный оборот потребуется два оборота магнитного поля на статоре. Чем больше количество полюсов ротора, тем больше потребуется электрических оборотов для вращения вала двигателя на один оборот. Например, имеем 42 магнита на роторе. Для того чтобы провернуть ротор на один оборот, потребуется 42/2=21 электрический оборот. Это свойство можно использовать как своеобразный редуктор. Подобрав необходимое количество полюсов, можно получить двигатель с желаемыми скоростными характеристиками. Кроме того, понимание этого процесса будет нам необходимо в будущем, при выборе параметров регулятора.

Датчики положения

Устройство двигателей без датчиков отличается от двигателей с датчиками только отсутствием последних. Других принципиальных отличий нет. Наиболее распространены датчики положения, работающие на основе эффекта Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, их располагают, как правило, на статоре таким образом, чтобы на них воздействовали магниты ротора. Угол между датчиками должен быть 120 градусов.

Имеется в виду “электрических” градусов. Т.е. для многополюсного двигателя физическое расположение датчиков может быть таким:


Иногда датчики располагают снаружи двигателя. Вот один из примеров расположения датчиков. На самом деле это был двигатель без датчиков. Таким простым способом его оснастили датчиками холла.

На некоторых двигателях датчики устанавливают на специальном устройстве, которое позволяет перемещать датчики в определенных пределах. С помощью такого устройства устанавливается угол опережения (timing). Однако, если двигатель требует реверса (вращения в обратную сторону) потребуется второй комплект датчиков, настроенных на обратный ход. Поскольку timing не имеет решающего значения при старте и низких оборотах, можно установить датчики в нулевую точку, а угол опережения корректировать программно, когда двигатель начнет вращаться.

Основные характеристики двигателя

Каждый двигатель рассчитывается под определенные требования и имеет следующие основные характеристики:

  • Режим работы на который рассчитан двигатель: длительный или кратковременный. Длительный режим работы подразумевает, что двигатель может работать часами. Такие двигатели рассчитываются таким образом, чтобы теплоотдача в окружающую среду была выше тепловыделения самого двигателя. В этом случае он не будет разогреваться. Пример: вентиляция, привод эскалатора или конвейера. Кратковременный – подразумевает, что двигатель будет включаться на короткий период, за который не успеет разогреться до максимальной температуры, после чего следует длительный период, за время которого двигатель успевает остыть. Пример: привод лифта, электробритвы, фены.
  • Сопротивление обмотки двигателя . Сопротивление обмотки двигателя влияет на КПД двигателя. Чем меньше сопротивление, тем выше КПД. Измерив сопротивление, можно выяснить наличие межвиткового замыкания в обмотке. Сопротивление обмотки двигателя составляет тысячные доли Ома. Для его измерения требуется специальный прибор или специальная методика измерения.
  • Максимальное рабочее напряжение . Максимальное напряжение, которое способна выдержать обмотка статора. Максимальное напряжение взаимосвязано со следующим параметром.
  • Максимальные обороты . Иногда указывают не максимальные обороты, а Kv – количество оборотов двигателя на один вольт без нагрузки на валу. Умножив этот показатель на максимальное напряжение, получим максимальные обороты двигателя без нагрузки на валу.
  • Максимальный ток . Максимально допустимый ток обмотки. Как правило, указывается и время, в течение которого двигатель может выдержать указанный ток. Ограничение максимального тока связано с возможным перегревом обмотки. Поэтому при низких температурах окружающей среды реальное время работы с максимальным током будет больше, а в жару двигатель сгорит раньше.
  • Максимальная мощность двигателя. Напрямую связана с предыдущим параметром. Это пиковая мощность, которую двигатель может развить на небольшой период времени, обычно – несколько секунд. При длительной работе на максимальной мощности неизбежен перегрев двигателя и выход его из строя.
  • Номинальная мощность . Мощность, которую двигатель может развивать на протяжении всего времени включения.
  • Угол опережения фазы (timing) . Обмотка статора имеет некоторую индуктивность, которая затормаживает рост тока в обмотке. Ток достигнет максимума через некоторое время. Для того, чтобы компенсировать эту задержку переключение фаз выполняют с некоторым опережением. Аналогично зажиганию в двигателе внутреннего сгорания, где выставляется угол опережения зажигания с учетом времени воспламенения топлива.

Так же следует обратить внимание на то, что при номинальной нагрузке Вы не получите максимальных оборотов на валу двигателя. Kv указывается для не загруженного двигателя. При питании двигателя от батарей следует учесть “проседание” питающего напряжения под нагрузкой, что в свою очередь также снизит максимальные обороты двигателя.

Бесколлекторные двигатели на сегодняшний день являются довольно распространенными. Применяются данные устройства чаще всего с электроприводами. Также их можно встретить на различном холодильном оборудовании. В промышленной сфере они задействованы в системах нагрева.

Дополнительно бесколлекторные модификации устанавливаются в обычные вентиляторы для кондиционирования воздуха. В наше время на рынке представлено множество моделей с датчиками и без них. При этом по типу регуляторов модификации довольно сильно отличаются. Однако чтобы разобраться в данном вопросе более подробно, необходимо изучить устройство простого двигателя.

Устройство бесколлекторной модели

Если рассматривать обычный трехфазный бесколлекторный двигатель, то катушка индуктивности у него устанавливается медного типа. Статоры используются как широтные, так и импульсные. Зубцы у них применяются разного размера. Как говорилось ранее, существуют модели с датчиками, а также без них.

Для фиксации статора используются колодки. Непосредственно процесс индукции происходит за счет обмотки статора. Роторы чаше всего применяются двухполюсного типа. Сердечники у них устанавливаются стальные. Для закрепления магнитов на моделях имеются специальные пазы. Непосредственно управление бесколлекторным двигателем происходит при помощи регуляторов, которые располагаются у статора. Для подачи напряжения на внешнюю обмотку в устройствах устанавливаются изолирующие затворы.

Двухразрядные модели

Безколлекторные эл. двигатели данного типа часто используются в морозильном оборудовании. При этом компрессоры для них подходят самые разнообразные. В среднем мощность модели способна достигать 3 кВт. Схема бесколлекторного двигателя катушки чаще всего включает двойного типа с медной обмоткой. Статоры устанавливаются только импульсные. В зависимости от производителя длина зубцов может меняться. Датчики используются как электрического, так и индуктивного типа. Для систем нагрева указанные модификации походят плохо.

Также следует учитывать, что сердечники в бесколлекторных двигателях встречаются в основном стальные. При этом пазы для магнитов используются довольно широкие, а расположены они очень близко друг к другу. За счет этого частотность у устройств может быть высокой. Регуляторы для таких модификаций подбираются чаще всего одноканального типа.

Трехразрядные модификации

Трехразрядный бесколлекторный двигатель отлично подходит для систем вентилирования. Датчики у него используются, как правило, электрического типа. При этом катушки устанавливаются довольно широкие. За счет этого процесс индукции осуществляется быстро. В данном случае частотность устройства зависит от статора. Обмотка у него чаще всего встречается медного типа.

Предельное напряжение трехразрядные бесколлекторные двигатели способны выдерживать на уровне 20 В. Тиристорные модификации в наше время встречаются довольно редко. Также следует отметить, что магниты в таких конфигурациях могут устанавливаться как на внешней, так и на внутренней стороне роторной пластины.

Четырехразрядные модификации своими руками

Сделать четырехразрядный бесколлекторный двигатель своими руками можно абсолютно просто. Для этого необходимо в первую очередь заготовить пластину с пазами. Толщина металла в данном случае должна составлять примерно 2.3 мм. Пазы в этой ситуации обязаны находиться на расстоянии в 1.2 см. Если рассматривать простую модель, то катушку следует подбирать диаметром в 3.3 см. При этом пороговое напряжение она обязана выдерживать на уровне 20 В.

Колодки для устройства чаще всего подбираются стальные. В данном случае многое зависит от размеров роторной пластины. Непосредственно статор надо использовать с двойной обмоткой. При этом сердечник важно заготавливать стального типа. Если рассматривать модификации без регуляторов, то закончить сборку бесколлекторного двигателя можно установкой изолирующего затвора. При этом контакты устройства необходимо вывести на внешнюю сторону пластины. Для обычного вентилятора такие бесколлекторные модели подойдут идеально.

Устройства с регулятором АВР2

Бесколлекторный двигатель с регуляторами данного типа на сегодняшний день является весьма востребованным. Подходят указанные системы больше всего для приборов кондиционирования. Также они в промышленной сфере широко используются для холодильного оборудования. Они способны работать с электроприводами различной частотности. Катушки у них чаще всего устанавливаются двойного типа. При этом статоры можно встретить только импульсные. В свою очередь, широтные модификации являются не сильно распространенными.

Датчики в бесколлекторных двигателях с регуляторами данной серии используются только индуктивные. При этом частотность устройства можно отслеживать по системе индикации. Колодки, как правило, устанавливаются контактного типа, и крепиться они могут непосредственно на статорной пластине. Регулятор бесколлекторного двигателя в данном случае позволяет менять частотность довольно плавно. Происходит данный процесс за счет изменения параметра выходного напряжения. В целом эти модификации являются очень компактными.

Двигатели с регуляторами АВР5

Бесколлекторный двигатель с регулятором данной серии часто применяется в промышленной сфере для управления различными электроприборами. В бытовых устройствах он устанавливается довольно редко. Особенностью таких бесколлекторных модификаций можно назвать повышенную частотность. При этом параметр мощности у них менять просто. Катушки в данных модификациях встречаются самые разнообразные. Также следует отметить, что магниты чаще всего устанавливаются на внешней стороне роторной коробки.

Затворы в основном используются изолированного типа. Монтироваться они могут как у статорной коробки, так и сердечника. В целом регулировка устройства происходит довольно быстро. Однако следует учитывать также и недостатки таких систем. В первую очередь они связаны с перебоями питания при низких частотах. Также важно упомянуть, что у моделей данного типа потребление электроэнергии довольно большое. При этом для управления интегральными электроприводами устройства не подходят.

Использование регуляторов АВТ6

Данного типа регулятор скорости бесколлекторного двигателя на сегодняшний день пользуется большим спросом. Отличительной его особенностью можно смело назвать универсальность. Устанавливаются регуляторы, как правило, на бесколлекторные двигатели, мощность которых не превышает 2 кВт. При этом для управления системами вентилирования указанные устройства подходят идеально. Контроллеры в данном случае могут устанавливаться самые разнообразные.

Скорость передачи сигнала в данном случае зависит от типа системы управления. Если рассматривать тиристорные модификации, то они обладают довольно высокой проводимостью. При этом проблемы с магнитными помехами у них возникают редко. Самостоятельно собрать модель данного типа довольно сложно. В этой ситуации затворы чаще всего подбираются неизолированные.

Модели с датчиками Холла

Бесколлекторные двигатели с датчиками Холла широко используются в приборах нагрева. При этом подходят они для электроприводов различного класса. Непосредственно регуляторы используются только одноканальные. Катушки в устройстве устанавливаются медного типа. При этом величина зубцов модели зависит исключительно от производителя. Непосредственно колодки для устройств подбираются контактного типа. На сегодняшний день датчики чаще всего устанавливаются со стороны статора. Однако на рынке представлены также модели с нижним их расположением. В таком случае габариты бесколлекторного двигателя будут немного большими.

Низкочастотные модификации

Низкочастотный бесколлекторный двигатель на сегодняшний день активно используется в промышленной сфере. При этом для морозильных камер он подходит идеально. В среднем параметр полезного действия у него находится на уровне 70%. Затворы у моделей чаще всего используются с изоляторами. При этом тиристорные модификации в наше время встречаются довольно часто.

Системы управления используются серии АВР. При этом частотность модели зависит от типа сердечника и не только. Также следует учитывать, что существуют модели с двойными роторами. В данном случае магниты располагаются вдоль пластины. Статоры чаще всего используются с медной обмоткой. При этом низкочастотные бесколлекторные двигатели с датчиками встречаются очень редко.

Высокочастотные двигатели

Указанные модификации наиболее востребованными считаются для резонансных электроприводов. В промышленности такие модели встречаются довольно часто. Датчики у них устанавливаются как электронного, так индуктивного типа. При этом катушки чаще всего имеются на внешней стороне пластины. Роторы монтируют как в горизонтальном, так и вертикальном положении.

Непосредственно изменение частотности у таких устройств осуществляется через контроллеры. Устанавливаются они, как правило, со сложной контактной системой. Непосредственно стартеры используются только двойного типа. В свою очередь, системы управления зависят от мощности бесколлекторного устройства.

Немного из истории:

Главная проблема всех двигателей — это перегревание. Ротор вращался внутри какого-нибудь статора, и поэтому тепло от перегрева никуда не уходило. Людям пришла в голову гениальная идея: вращать не ротор, а статор, который при вращении охлаждался бы воздухом. Когда создали такой двигатель, он стал широко использоваться в авиации и судостроении, и поэтому его прозвали Вентильным двигателем.

Вскоре был создан электрический аналог вентильного двигателя. Назвали его бесколлекторным мотором, потому что у него не было коллекторов (щеток).

Бесколлекторный двигатель.

Бесколлекторные (brushless англ.) электродвигатели пришли к нам сравнительно недавно, в последние 10-15 лет . В отличие от коллекторных моторов они питаются трехфазным переменным током. Бесколлекторные двигатели эффективно работают в более широком диапазоне оборотов и имеют более высокий КПД . Конструкция двигателя при этом относительно проще, в ней нет щеточного узла, который постоянно трется с ротором и создает искры. Можно сказать, что бесколлекторные моторы практически не изнашиваются. Стоимость бесколлекторных двигателей несколько выше, чем коллекторных. Это вызвано тем, что все бесколлекторные моторы снабжены подшипникам и, как правило, изготовлены более качественно.

Испытания показали:
Тяга с винтом 8х6 = 754 грамма ,
Частота вращения = 11550 об/мин ,
Потребляемая мощность = 9 ватт (без винта), 101 ватт (с винтом),

Мощность и КПД

Мощность можно вычислить вот таким способом:
1) Мощность в механике вычисляется по такой формуле: N= F*v , где F — сила, а v — скорость. Но так как, винт находится в статическом состояние, то движения нет, кроме вращательного. Если этот мотор установить на авиамодель, то можно было бы замерить скорость (она равна 12 м/с) и посчитать полезную мощность:
N полез= 7.54*12= 90.48 ватт
2) КПД электрического двигателя находится по такой формуле: КПД= N полезной/N затраченной *100% , где N затрат= 101 ватт
КПД= 90.48/101 *100%= 90%
В среднем КПД бесколлекторных двигателей реально и колеблется около 90% (самый большой КПД достигнутый данным видом моторов равен 99.68% )

Характеристики двигателя:

Напряжение: 11.1 вольт
Обороты: 11550 об/мин
Максимальная сила тока: 15А
Мощность: 200 ватт
Тяга: 754 грамм (винт 8х6)

Заключение:

Цена любой вещи зависит от масштабов ее производства. Производители бесколлекторных моторов множатся, как грибы после дождя. Поэтому хочется верить, что в скором будущем цена на контроллеры и бесколлекторные двигатели упадет, как упала она на аппаратуру радиоуправления… Возможности микроэлектроники с каждым днем все расширяются, размеры и вес контроллеров постепенно уменьшаются. Можно предположить, что в скором будущем контроллеры начнут встраивать прямо в двигатели! Может, мы доживем до этого дня…

Коллекторный двигатель — устройство и использование

Чтобы ответить на вопрос о том, что такое коллекторный двигатель, необходимо понять, что называют двигателем вообще. А это электрическая машина, обратная генератору. Вместе генератор и двигатель называют машиной постоянного тока. Она предназначена для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую (то есть работать как генератор) или же наоборот — электрическую в механическую (работать как двигатель). Если снабдить синхронную машину постоянного тока коллектором, то мы получим коллекторный двигатель. В генераторном режиме коллектор будет играть роль выпрямителя, в двигательном режиме – преобразователя частот. Именно благодаря ему по обмотке якоря протекает переменный ток, а во внешней цепи – постоянный.

Из всего вышеизложенного следует, что коллекторный двигатель – это электрическая синхронная машина, в которой датчик положения ротора и переключатель тока в обмотках — это щеточно-коллектроный узел. Естественно, как уже говорилось, он может просто стать генератором.

Самый маленький коллекторный двигатель (на несколько ватт) состоит из таких обязательных частей, как трехполюсный ротор, подшипники скольжения, коллекторный узел (он же состоит из двух медных пластин-щеток), двухполюсный статор на постоянных магнитах. Самые маленькие устройства такого типа применяют в некоторых детских игрушках.

Коллекторный двигатель большей мощности имеет, как правило, многополюсный ротор, подшипники качения, коллекторный узел на четырех графитовых щетках, четырехполюсный статор на постоянных магнитах. Именно моторы такой конструкции стоят в автомобилях, в приводах вентиляторов, в системах охлаждения и вентиляции, в насосах, дворниках и прочем. Основным достоинством такого устройства, как коллекторный двигатель, можно назвать простоту эксплуатации, ремонта и изготовления.

Мощные устройства (на несколько сотен ватт) содержат статоры на электромагнитах. Есть несколько основных способов подключения таких обмоток: последовательно к ротору (последовательное возбуждение, приличный максимальный момент, однако быстрые обороты холостого хода), параллельно к ротору (так называемое параллельное возбуждение, преимуществом которого можно назвать стабильность оборотов, однако к недостаткам нужно отнести малый максимальный момент). Есть также варианты со смешанным и с независимым возбуждением, однако они применяются достаточно редко.

Существует и такая машина, как коллекторный двигатель переменного тока. Однако рассматривать ее отдельно нельзя. Под такой машиной обычно понимают универсальный коллекторный двигатель. Это такая разновидность машины, которая работает и на постоянном токе, и на переменном. Такое устройство получило распространение в ручных электроинструментах и в некоторой бытовой технике, благодаря небольшим размерам, весу, низкой цене, легкости в эксплуатации. Такой универсальный коллекторный двигатель можно напрямую подключать к сети, у него небольшой пусковой ток, простая схема управления.

Что такое двигатель постоянного тока. Коллекторный двигатель постоянного тока

Доброго времени суток уважаемые читатели! В предыдущих статьях электродвигатели считались переменным током. В этой же статье я расскажу о двигателях, работающих на постоянном токе. Будет рассмотрено их устройство и, немного, история и принцип работы. Давайте начнем.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока этих машин основан на отталкивающем эффекте подобного и притягивании противоположных полюсов магнита. Первое подобное устройство придумал русский инженер Якоби.В 38-м году 19 века появилась первая модель промышленного масштаба и с тех пор серьезных изменений в конструкции не происходило.

Коллекторные двигатели постоянного тока

Если брать моторы малой мощности, то в них обязательно присутствует один из магнитов (монтируется непосредственно на кузове автомобиля).

Вторая появляется после подачи питания на обмотку якоря. Для этого используется специальный тип устройства, именуемый узлом коллекторной щетки. Коллектор представляет собой токопроводящее кольцо, которое закреплено на валу двигателя.К нему подключаются выводы обмоток якоря.

Для возникновения крутящего момента необходима постоянная смена полюсов якорного магнита. Это нужно делать в тот момент, когда якорь проходит через «магнитную нейтраль». Конструктивно это осуществляется разделением коллекторного кольца на части (секторы) с помощью непроводящих пластин.

Выводы обмоток якоря цепляются за сектора по очереди. Для соединения коллектора и источника питания используются щетки — стержни из графита с высокой электропроводностью и малым коэффициентом трения о скольжении.

Двигатели большой мощности не поставляются с физическими магнитами из-за того, что это сильно утяжелит их конструкцию.

В этих машинах для создания постоянного магнитного поля используются металлические стержни с обмотками, подключенные к положительной или отрицательной силовой шине. Полюса одного типа подключаются поочередно (последовательно).

Двигатель может иметь одну или четыре пары полюсов. Количество щеток токосъемника должно соответствовать количеству пар полюсов.Для моторов с большой мощностью предусмотрены некоторые конструкторские хитрости. Один из них — переместить щеточный узел на определенный угол по отношению к вращению против пуска двигателя и изменения нагрузки на него.

Это сделано для того, чтобы компенсировать эффект «якорной реакции», который приводит к торможению вала, что приводит к снижению КПД двигателя.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Мы рассмотрели двигатели коллекторного типа. Однако, кроме них, есть еще устройства, не имеющие коллекторов.Двигатели этого типа имеют ротор, на котором установлены постоянные магниты, и статор с обмотками. Есть два типа таких двигателей: Inrunner (с магнитами внутри ротора) и Outrunner (у них есть магниты снаружи, вращающиеся вокруг статора с обмотками).

Автомобили первого типа, как правило, используются в двигателях с большим числом оборотов и малым числом полюсов. Второй тип используется, если вы хотите заполучить двигатель с большим крутящим моментом и низкой скоростью.По конструкции двигатели Inrunner являются наиболее простыми, поскольку их статор может одновременно служить кожухом, и, следовательно, на нем можно устанавливать крепежные устройства.

В двигателях Outrunner вращающаяся часть является внешней частью. Двигатель установлен на неподвижном валу или других частях статора. Если такой двигатель используется как мотор-колесо, то он фиксируется с помощью неподвижной оси и введения проводов статора через его полую ось.

Число полюсов ротора всегда четное.Магниты, используемые в этих двигателях, обычно имеют прямоугольную форму. Иногда, конечно, используются цилиндрические магниты, но это гораздо реже. Магниты устанавливают так, чтобы их полюса чередовались.

Не всегда бывает, что количество магнитов и количество полюсов совпадают (может случиться так, что несколько магнитов образуют один полюс).

Размеры магнитов, установленных в двигателях, разные и зависят от самого двигателя и его характеристик. Мощность используемых магнитов зависит от момента силы, развиваемой на валу.

Магниты крепятся к ротору с помощью специального клея (есть, конечно, варианты с магнитными держателями, но гораздо реже). Сам ротор может быть выполнен как из магнитопроводящего материала (сталь), так и из немагнитопроводящего (алюминиевые сплавы, пластмасса и т. Д.), А также из комбинированного.

Обмотки трехфазных двигателей без коллектора намотаны медным проводом. Проволока бывает одножильной и многожильной. Статоры этих двигателей изготовлены из гнутых листов стали, которая является токопроводящей.

У статора должно быть столько зубцов, чтобы их количество делилось на количество рабочих фаз. Статор может иметь такое количество зубцов, что оно больше и меньше полюсов ротора.

Самый простой двигатель с тремя полюсами статора. Однако такая конструкция используется очень редко (поскольку в любой момент времени работает всего пара фаз, в результате чего возникает вибрация и искажения). Чтобы избавиться от этих неприятных явлений, делается много полюсов, а обмотки между ними равномерно распределяются.В этом случае дисбаланса магнитных сил нет.

Кроме того, такие двигатели могут быть оснащены или не оснащены датчиками положения ротора. Датчики в большинстве своем работают по принципу эффекта Холла. Они реагируют на магнитные поля и расположены на статоре так, что магниты ротора действуют на них (то есть под углом 120 градусов между собой). Естественно, это 120 электрических градусов.

Датчики могут располагаться как внутри, так и снаружи двигателя. Второй способ можно укомплектовать двигателями, изначально не имеющими датчиков.

Иногда датчики надеваются на специальное устройство, допускающее небольшое перемещение датчиков. При этом, если требуется реверс такого двигателя, то устанавливается второй комплект датчиков Холла, настроенных на противоположное направление вращения.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что то упустил. Загляните, буду рад, если найдете на моем еще что-нибудь полезное. Всего наилучшего.

Характерной особенностью коллекторных машин является наличие в них коллектора — механического преобразователя переменного тока в постоянный и наоборот.Необходимость такого преобразователя объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, поскольку только в этом случае в машине происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии.

К коллекторным машинам постоянного тока относятся двигатель постоянного тока dpt и генератор постоянного тока , которые имеют одинаковую конструкцию и могут заменять друг друга, то есть DPT может работать как GPT и наоборот. Разберем устройство коллекторной машины на примере двигателя постоянного тока.

Коллекторная машина постоянного тока состоит из:

Конструктивно статор может быть двух типов:

  • сборные — состоит из одинарной вытянутой трубы и прикрепленной к ней внутри опор. Сердечник опоры изготавливается в виде стального прутка или из многослойных пластин 0,5-1 мм. Обмотка полюса наматывается на сердечник. Обмотки полюсов соединены последовательно и образуют обмотку возбуждения, которая при подключении к источнику постоянного тока создает магнитное поле в магнитной системе двигателя.
  • твердые смешанные — применяется в машинах мощностью от 600 Вт и более. Он состоит из пакета пластин электротехнической стали сложной конфигурации толщиной 0,35 — 0,5 мм.

Устройство щетки коллекторное переходное.

Самым сложным и ненадежным местом коллекторной машины является щетка коллекторного узла , который состоит из щеток (которые прикреплены к держателям щеток) и коллектора, который состоит из набора трапециевидных пластин коллектора, разделенных миканитовыми прокладками.Пластины из меди и миканита удерживаются в сжатом состоянии внизу, имеющим форму «ласточкин хвост», с помощью стальных конических колец 1 (рис. 13.2). Выступающая часть пластин коллектора 6, называемая «петушком», служит для крепления секций обмотки якоря к пластинам коллектора. Пластины коллектора изолированы от конических колец миканитовыми манжетами 3, а от втулки 5 — изолирующим цилиндром из миканита 4.

Поверхность медных пластин коллектора в процессе работы станка постепенно истирается щетками.Чтобы миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что могло привести к нарушению электрического контакта коллектора со щетками, необходимо периодически проводить «продороживание» коллектора. Эта операция заключается в фрезеровании канавок (дорожек) между рабочими поверхностями пластин коллектора на глубину 1,5 мм (рис. 13.4).

Достоинства и недостатки коллекторных машин постоянного тока.

Электрические машины постоянного тока используются как в качестве генераторов, так и в качестве двигателей.Наибольшее распространение получили электродвигатели постоянного тока, диапазон мощности которых достаточно широк: от долей ватта (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и других крупных механизмов).

Двигатели постоянного тока

широко используются для привода подъемных устройств, таких как двигатели и приводы кранов. автомобиль, а также тяговые двигатели.

Основные преимущества двигателей dC по сравнению с бесщеточными двигателями переменного тока — хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения более 3000 об / мин, и ограничения — относительно высокая стоимость, некоторая сложность изготовления, пониженная надежность.Эти недостатки машин постоянного тока связаны с щетками щетками разрывной узел , который также является источником радиопомех и пожароопасности. Но, несмотря на отмеченные недостатки, двигатели постоянного тока в некоторых случаях пока незаменимы, поскольку обладают большой перегрузочной способностью, хорошими пусковыми и регулировочными свойствами.

Исторически первый электродвигатель работал на постоянном токе, поскольку на момент его изобретения в 1834 году Борисом Якоби единственным источником тока были гальванические батареи.

Принцип работы двигателя постоянного тока прост: в простейшем случае он имеет одну пару полюсов на статоре и роторе, а направление тока в обмотке ротора дважды за оборот меняют с помощью специального устройства — коллектор, представляющий собой набор пластин, соответствующий количеству обмоток ротора.

При вращении ротора различные секции обмотки соединяются последовательно через щетки с внешним источником постоянного тока. Поскольку электродвигатель с биполярным ротором имеет две мертвые точки, в которых запуск без внешнего импульса невозможен (полюса ротора находятся точно напротив полюсов статора, и результирующая сила отталкивания равна нулю), на практике используются только многополюсные роторы. .Кроме того, увеличение числа полюсов увеличивает равномерность вращения ротора.

Подключение обмотки якоря может быть различным:

Независимое.

Обмотка ротора не имеет прямого соединения со статором, это соединение используется в схемах с регулированием скорости.

Серийный.

Обмотка якоря последовательно соединена со статором. При увеличении нагрузки на серийно-электродвигатель обороты его резко падают (но возрастает крутящий момент), при уменьшении нагрузки возможен междурядье.По этой причине последовательное возбуждение не используется там, где возможен холостой ход двигателя. Классический пример серийного двигателя — автомобильный электростартер.

Шунт

Якорь подключается параллельно статору. В случае перегрузки крутящий момент на роторе не меняется, при отсутствии нагрузки разъединение не происходит.

Смешанный.

Якорь имеет две обмотки, соединенные последовательно со статором и параллельно ему. По электромеханическим характеристикам составные электродвигатели находятся между последовательными и параллельными — они способны повышать крутящий момент при увеличении нагрузки и в то же время не склонны к холостому ходу.

Составное возбуждение часто используется в электроинструментах, где необходимо ограничить максимальную скорость и сопротивление росту нагрузки.

В зависимости от взаимного направления магнитных потоков обеих обмоток различают прямое и обратное смешение: при обратном включении и правильной конструкции ротора можно поддерживать стабильные обороты при изменении нагрузки, но эта схема склонна к периодическим колебания скорости вращения.

Магнитное поле статора постоянно, поэтому статор может быть выполнен из мощных магнитов без обмотки.Это снижает стоимость меди для производства электродвигателя и снижает его стоимость.

Сфера применения двигателей постоянного тока — это в первую очередь устройства и системы с батарейным питанием: от микромоторов карманных игроков до мощных автомобильных электростартеров, тяговых двигателей легких электромобилей и электромобилей, а также электроинструментов с батарейным питанием.

При всех своих достоинствах (простота устройства, высокий КПД, простота реверса) двигатели постоянного тока имеют ряд серьезных недостатков:

  1. При вращении ротора в цепи питания возникает импульсный шум в момент приращения ламели коллектора. проходит мимо щеток, к которым добавляются радиопомехи из-за искрения на коллекторе.
  2. Сам коллектор и токопроводящие щетки неизбежно изнашиваются. Неравномерный износ ламелей коллектора и изолятора между ними может привести к нарушению контакта между щетками и коллектором, снижению мощности и прогоранию ламелей.
  3. В некоторых случаях искрение щеток увеличивается настолько, что возникает так называемое «кольцевое пламя» — непрерывная область ионизированного воздуха, окружающая коллектор, с разрушительными последствиями. Чтобы противодействовать этому, чаще всего применяется принудительная вентиляция зоны коллектора, выводящая ионизированный воздух наружу.

УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Наиболее очевидный способ управления скоростью двигателя постоянного тока — это изменение тока в его обмотках и, следовательно, магнитного потока. Изначально в силовую цепь ротора был включен мощный реостат, но этот способ управления имел очевидные недостатки:

Сложность автоматического поддержания оборотов.

Реостатный двигатель приводился либо вручную, либо с центробежным регулятором.В любом случае резкое увеличение нагрузки не удалось быстро компенсировать.

Большие потери мощности.

На мощных электродвигателях значительно разогревался реостат, что снижало КПД двигательной установки и требовало введения дополнительного охлаждения.

Применение линейного стабилизатора для управления двигателем — это, по сути, замена механического реостата на электронный: путем изменения мощности, рассеиваемой линейным стабилизатором, изменяется ток в обмотках двигателя.

Основным преимуществом данной схемы является возможность создания устройств для поддержания скорости с высокой скоростью реакции. Как известно, при вращении коллектора возникают скачки тока в момент подключения следующей секции обмотки ротора.

Частота этих импульсов строго пропорциональна частоте вращения двигателя, что широко используется в устройствах управления коллекторными двигателями. Например, автомобильный стеклоподъемник автоматически отключает питание мотора, перестая фиксировать пульсации тока в цепи питания стеклоподъемника (обнаружение момента остановки мотора).

Совершенствование силовой электроники и, в частности, создание ключей с низким собственным падением напряжения в открытом состоянии (IGBT, MOSFET) позволило создать электронные системы управления широтно-импульсной модуляцией. Суть широтно-импульсной модуляции (сокращенно ШИМ) заключается в изменении длительности импульсов тока при сохранении их постоянной частоты.

Этот метод регулировки имеет гораздо большую эффективность, поскольку нет элемента, на котором рассеивается чрезмерная мощность, как в случае с реостатом или линейным регулятором напряжения.

Основной проблемой широтно-импульсных цепей является индуктивность обмоток двигателя. Это делает невозможным мгновенное увеличение и уменьшение тока, искажая форму прямоугольного сигнала, подаваемого на электродвигатель. В свою очередь, если каскад питания ШИМ-контроллера неправильно спроектирован, это может привести к перегреву переключателей питания и резкому падению КПД.

ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В момент включения двигателя постоянного тока в сеть питания происходит значительный скачок тока, так как пусковой ток электродвигателя в несколько раз (при мощностях, измеряемых в киловаттах — до 20) превышает номинальный.По этой причине прямой пуск электродвигателей используется только на малой мощности.

Распространенный способ снизить нагрузку на сеть при запуске электродвигателей большой мощности — это запуск с реостатом. В этом случае в момент включения двигателя цепь ротора запитывается через мощный резистор или набор резисторов, так как набор оборотов закорачивается специальными контакторами. При этом осциллограмма тока якоря становится близкой к пилообразной, а амплитуда пульсаций зависит от количества ступеней пускового реостата.

В случаях, когда нагрузка на двигатель находится в определенном заранее определенном диапазоне, запуск реостата выполняется в автоматическом режиме с использованием реле времени. Эта схема используется на ряде электропоездов, но также распространены ручные контроллеры, управляемые машинистами.

Отсутствие реостатного пуска — это большие тепловые потери для реостатов, из-за чего они должны иметь большую мощность и в некоторых случаях искусственное охлаждение.

Это лишено запуска за счет изменения напряжения питания, которое используется в тех случаях, когда источником тока можно управлять, например, в электрических передачах постоянного тока: в момент запуска двигатель, приводящий в действие генератор, работает на минимальная скорость, постепенно набирая их по мере разгона.

Управляемые выпрямители также могут использоваться, но этот метод больше применим к двигателям малой мощности.

© 2012-2017. Все права защищены.

Все материалы, представленные на сайте, носят исключительно ознакомительный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих или нормативных документов.

Бесщеточные двигатели постоянного тока в зарубежной литературе также называются клапанными двигателями BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) или PMSM (Синхронный двигатель с постоянными магнитами).
Конструктивно бесщеточный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками.Обращаю ваше внимание на то, что в коллекторном двигателе, наоборот, обмотки находятся на роторе.

коллекторный и бесщеточный


Давайте сначала узнаем, как работает коллекторный двигатель.

Чтобы понять, почему бесщеточные двигатели настолько эффективны и обладают большой мощностью, вам необходимо знать, как работает стандартный коллекторный двигатель.

Обычные коллекторные двигатели имеют только два провода (положительный и отрицательный), которые соединяют двигатель с регулятором скорости.Внутри корпуса двигателя можно увидеть два изогнутых постоянных магнита, а в центре — вал с якорем, на который намотаны обмотки из медной проволоки. С одной стороны вала якоря установлена ​​шестерня двигателя, с другой стороны вала — так называемый коллектор из медных пластин, через который с помощью угольных щеток подается ток на обмотки якоря.


Коллекторный двигатель


Две угольные щетки постоянно скользят по вращающемуся медному коллектору.Как вы можете видеть на рисунке выше, напряжение по проводам через щетки и коллектор поступает на обмотки якоря, возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с постоянными магнитами статора и заставляет якорь вращаться.

Как стандартный коллекторный двигатель начинает вращаться.
Когда обмотки якоря попеременно получают постоянное электричество, в них возникает электромагнитное поле, которое с одной стороны имеет «северный» полюс, а с другой — «южный» полюс.Поскольку «северный» полюс любого магнита автоматически отталкивается от «северного» полюса другого магнита, электромагнитное поле одной из обмоток якоря, взаимодействуя с полюсами постоянных магнитов статора, заставляет якорь вращаться. Ток протекает через коллектор и направляется к следующей обмотке якоря, в результате чего якорь вместе с валом двигателя продолжает вращаться, и так далее, пока на двигатель не будет подано напряжение. Как правило, якорь коллекторного двигателя имеет три обмотки (три полюса) — это не позволяет двигателю застрять в одном положении.
Недостатки коллекторных двигателей выявляются тогда, когда от них нужно получить огромное количество оборотов. Поскольку щетки всегда должны контактировать с коллектором, в точке контакта возникает трение, которое значительно увеличивается, особенно на высоких скоростях. Любой дефект коллектора приводит к значительному износу щеток и выходу из строя контактов, что, в свою очередь, снижает КПД двигателя. Вот почему серьезные гонщики шлифуют и полируют коллектор двигателя и меняют щетки почти после каждой гонки.Коллектор в сборе стандартного двигателя также является источником радиопомех и требует особого внимания и обслуживания.

Теперь посмотрим, как работает бесщеточный двигатель.
Основная особенность конструкции девоколлекторного двигателя в том, что он принципиально похож на коллекторный, но все устроено как бы «наизнанку», и в нем нет коллектора и щеток. Постоянные магниты, которые установлены на коллекторном двигателе на неподвижном статоре, расположены вокруг вала бесщеточного двигателя, и этот блок называется ротором.Проволочные обмотки бесщеточного двигателя расположены вокруг ротора и имеют несколько различных магнитных полюсов. Бессенсорные бесщеточные двигатели имеют датчик на роторе, который отправляет сигналы о положении ротора на процессор электронного регулятора скорости.


бесщеточный двигатель

Из-за отсутствия коллектора и щеток в бесщеточном двигателе отсутствуют изнашиваемые детали, кроме шарикоподшипников ротора, что автоматически делает его более эффективным и надежным.Наличие датчика контроля вращения ротора также значительно повышает эффективность. В коллекторных двигателях отсутствует искрение щеток, что резко снижает возникновение помех, а отсутствие узлов с повышенным трением благоприятно сказывается на температуре работающего двигателя, что также увеличивает его КПД.
Единственный возможный недостаток бесщеточной системы — это немного более высокая стоимость, но любой, кто испытал высокую мощность бесщеточной системы, почувствовал красоту отсутствия необходимости периодически заменять щетки, пружины, коллекторы и анкеры, он быстро оценит общую экономия и никогда не возвращаются к коллекторным моторам… никогда!

Помимо основных размеров и различных параметров, бесщеточные двигатели можно разделить по типам: с датчиком и без датчика. Двигатель с датчиком использует очень маленький датчик на роторе и, помимо трех толстых кабелей, по которым двигатель получает питание, имеет дополнительную петлю из тонких проводов, соединяющих двигатель с регулятором скорости. Дополнительные провода передают информацию от датчика о положении ротора сотни раз в секунду.Эта информация обрабатывается электронным регулятором скорости, что позволяет двигателю работать максимально плавно и эффективно. Такие моторы используют профессиональные гонщики, однако такие моторы намного дороже и сложнее в использовании.

Бессенсорная бесщеточная система, как нетрудно догадаться, не имеет датчиков и дополнительных проводов, а ротор таких двигателей вращается без точной регистрации своего положения и оборотов регулятором скорости. Это упрощает изготовление, установку и в целом удешевление двигателя и регулятора скорости.Бессенсорные системы способны обеспечивать такую ​​же мощность, что и сенсорные системы, только с немного меньшей точностью, и это идеальное решение для любителей и новичков.

Принцип работы коллекторного электродвигателя (рис.) Основан на следующем: если между полюсами постоянного магнита (или электромагнита) поместить проводник с током — прямоугольную рамку с осью вращения, то эта рамка начнет вращаться. Направление вращения будет зависеть от направления тока в кадре.Подача тока в рамку от источника постоянного тока может осуществляться через полукольцевые контакты, закрепленные на концах рамки, и через упругие скользящие контакты — щетки (рис. 1а). Обратите внимание, что вращающаяся часть двигателя называется якорем, а неподвижная часть — статором.
Полукольцевые контакты обеспечивают переключение тока в рамке через каждые пол-оборота, т.е. непрерывное вращение рамки в одном направлении. В реальных коллекторных двигателях таких рамок много, поэтому весь контактный круг делится уже не на два, а на большее количество контактов.

Рис. Коллекторный двигатель: а — принцип работы; б — учебный коллекторный двигатель; в — якоря тренировочных коллекторных двигателей; g — якорь настоящего электродвигателя
Эти контакты образуют коллектор — отсюда и название этого электродвигателя. Контакты коллектора изготовлены из меди, а щетки — из графита. Самый простой ремонт электродвигателя — замена щеток, запасной набор которых часто прилагается при продаже устройств с такими двигателями.
Коллекторные двигатели получили широкое распространение.

Коллекторные двигатели. Они названы в честь одного из узлов ротора — коллектора (цилиндра из изолированных медных пластин, к которым припаяны концы проводов обмотки). Щетки статора соприкасаются с коллектором. Коллектор подает ток на обмотку ротора, включенную последовательно с обмоткой статора.

Коллекторные электродвигатели

имеют высокую скорость вращения ротора, поэтому используются в таких изделиях и машинах, как пылесосы, кухонные машины и др. Имеют небольшую массу и габаритные размеры.Для бытовых машин в основном применяется универсальный встраиваемый коллекторный электродвигатель.

Коллекторные двигатели, работающие от источника переменного и постоянного тока, называют универсальными. Есть двигатели для работы на низком напряжении от источников тока. Коллекторные двигатели развивают высокие скорости вращения без нагрузки, поэтому их запуск в бытовых машинах чаще всего осуществляется под нагрузкой, для чего непосредственно на валу двигателя монтируются ведомые части машины, например вентилятор в пылесосе. .

При эксплуатации коллекторных двигателей их недостатки проявляются в повышенном уровне шума, помехах радиоприему, искрению и выходу из строя угольных щеток, сложности обслуживания. Такие двигатели менее надежны, сложны в производстве и дороги. Однако они обладают рядом существенных преимуществ перед асинхронными, благодаря чему используются в бытовых машинах. Это хорошие стартовые данные, возможность получения высоких скоростей вращения (до 25000 об / мин) и плавная регулировка скорости в широком диапазоне, универсальность.

КПД двигателя в бытовой технике зависит от соблюдения требований к режиму работы изделия, что обязательно указывается в эксплуатационном документе. Особенно важно соблюдение этих требований для изделий и машин с кратковременным и многократно кратковременным режимами работы (фены, миксеры и т. Д.), Чтобы не допустить перегрева двигателя и его выхода из строя.

По способу охлаждения двигатели делятся на двигатели с естественным и искусственным охлаждением.Кроме того, необходимо обслуживать и обслуживать вентиляционное устройство, особенно независимое.

Энциклопедия пылеуловителей — Baghouse.com

Эта статья предназначена для ознакомления клиентов с кратким обзором всех имеющихся на сегодняшний день систем сбора пыли. Подробное объяснение преимуществ и недостатков каждого типа системы можно найти в других статьях на сайте Baghouse.com

Что такое пылесборник?

После улавливания загрязненного воздуха системой улавливания сухой пыли, либо с помощью центральной системы улавливания, либо в единичном сборнике.Затем воздух, наполненный пылью, необходимо обработать и удалить загрязнения, прежде чем воздух можно будет рециркулировать обратно в помещение или рассеять в атмосфере. Пылеуловитель отделяет частицы от воздушного потока и отправляет его в конечный пункт назначения.

Зачем нужны пылесборники?

Существует множество причин, по которым на вашем предприятии необходима установка надлежащей системы сбора пыли. Вот несколько важных причин:

• Для защиты сотрудников и общества от воздействия загрязнения,
• Для извлечения ценных продуктов из запыленного воздуха
• Для облегчения соблюдения норм для здоровья и выбросов в атмосферу.

Типы пылеуловителей

В этой статье будут рассмотрены пять основных типов промышленных пылеуловителей:

• Циклонные коллекторы (инерционные сепараторы)
• Рукава (тканевые коллекторы)
• Мокрые скрубберы
• Электростатические пылеуловители
• Коллекторы агрегатов

Циклонные коллекторы (инерционные сепараторы)


Инерционные сепараторы
работают за счет использования одной или нескольких из следующих сил: центробежной, гравитационной и инерционной для отделения пыли от воздушного потока.После отделения пыль самотеком удаляется в бункер для временного хранения. В то время как этот тип сборщика может использоваться в приложениях, где размер частиц является большим и требуется только «грубая» фильтрация воздуха, в основном сборщик этого типа используется в качестве предварительного очистителя, чтобы удалить более крупные частицы и мусор и избежать перегрузки и повреждения. более эффективные пылеуловители.

Три типа инерционных сепараторов:

• Отстойные камеры
• Перегородки
• Центробежные коллекторы

A Развал оседания — это большая коробка, устанавливаемая в воздуховод.Внезапно большая площадь, через которую проходит воздушный поток, вызывает замедление воздушного потока, что, в свою очередь, заставляет более крупные частицы оседать на дно камеры. Этот тип коллекторов редко используется в качестве первичного пылеуловителя из-за большой занимаемой площади и низкой эффективности. Однако тот факт, что он может быть изготовлен практически из любого материала, а его простая конструкция, не требующая особого ухода, делает его разумным выбором в качестве предварительного очистителя для более эффективного пылеуловителя.

A Перегородочная камера имеет неподвижную перегородку, которая заставляет воздушный поток быстро менять свое направление, сначала поворачиваясь вниз, а затем снова поднимаясь на 180 градусов. При этом более крупные частицы падают на дно камеры и могут собираться оттуда. Как и отстойные камеры, этот тип коллектора лучше всего использовать в качестве предварительной очистки для другого более эффективного коллектора, находящегося дальше в системе сбора. Также, как и отстойная камера, ее относительно простая конструкция и низкие потребности в техническом обслуживании делают ее отличным выбором для начала любой крупномасштабной системы сбора.

Центробежные коллекторы создают в воздушном потоке внутри ограждения водоворот, похожий на воду, стекающую в канализацию. Обычно это достигается за счет того, что воздушный поток входит в коллектор под углом, что приводит к его вращению. Когда воздушный поток вращается вокруг коллектора, частицы ударяются о стену и попадают в бункер, расположенный ниже.

В этой категории используются два основных типа систем:

• Системы с одним циклоном
• Системы с несколькими циклонами

A Single Cyclone Collector создает двойной вихрь, основной нисходящий вихрь для рассеивания более крупного вещества и вторичный восходящий вихрь для удаления более мелких частиц на выходе из системы воздуховодов.

A Multiple Cyclone Collector Cyclone Collector работает так же, как и серия Single Cyclone, но с несколькими небольшими динамитирующими циклонами вместо одного. Несколько циклонов работают параллельно и имеют одинаковый вход и выход воздуха.

В совокупности коллектор многократных циклонов будет работать более эффективно из-за большей длины и меньшего размера динамитера. Чем меньше динамит, тем больше создается центробежная сила, а большая длина обеспечивает больший контакт частиц с поверхностью коллектора, что приводит к удалению большего количества частиц из воздушного потока.Однако в коллекторах с несколькими циклонами наблюдается большая потеря давления, чем в коллекторах с одним циклоном.

Опять же, как и в случае с другими видами инерционных сепараторов, основным преимуществом этой системы является отсутствие движущихся частей, что требует меньшего количества обслуживания и ремонта. Хотя он может быть разработан для удаления частиц определенного диапазона размеров, его по-прежнему лучше всего использовать в качестве предварительной очистки для удаления крупных частиц и облегчения нагрузки на более эффективные пылеуловители, расположенные дальше в системе.

Преимущества и недостатки — Центробежные коллекторы

Типы Преимущества Недостатки
Циклоны Без движущихся частей Имеют низкую эффективность улавливания вдыхаемых твердых частиц
Может использоваться в качестве предварительных очистителей для удаления более крупных частиц и снижения нагрузки на более эффективные пылеуловители Эффективность снижается при увеличении вязкости или плотности газа
Может быть разработан для удаления частиц определенного диапазона размеров Подвержены эрозии
Резко снизили эффективность из-за уменьшения скорости воздушного потока
Не обрабатывает липкую пыль
Несколько циклонов Без движущихся частей Имеют низкую эффективность улавливания вдыхаемых твердых частиц
Более эффективны, чем одноциклонные сепараторы Склонны к забиванию из-за трубок меньшего диаметра
Имеют низкий перепад давления при использовании в качестве фильтра предварительной очистки Неправильное распределение газа может привести к попаданию грязного газа в обход нескольких трубок
Не обрабатывает липкую пыль
Для заданного объема газа занимают больше места, чем одноциклонные сепараторы

Общие рабочие проблемы и решения — Циклонные коллекторы

Признак Причина Решение
Эрозия Высокая концентрация тяжелых твердых частиц с острыми краями Установите циклон для «черновой» обработки большого диаметра перед высокоэффективным циклоном малого диаметра.
Высокопроизводительный циклон Line с огнеупорным или эрозионно-стойким материалом.
Коррозия Влага и конденсация в циклоне Поддерживайте температуру потока газа выше точки росы.
Изолировать циклон.
Используйте коррозионно-стойкий материал, например нержавеющую сталь или никелевый сплав.
Накопление пыли Поток газа ниже точки росы Поддерживайте температуру газа выше точки росы.
Очень липкий материал Установите вибратор для вытеснения материала.
Пониженная эффективность или грязный выпуск
Утечка в воздуховодах циклона Регулярно очищайте циклон.
Проверить на закупорку и утечку, отсоединить или закрыть воздуховоды.
Закройте все смотровые окна и отверстия.
Пониженная скорость газа в циклоне Проверить направление вращения вентилятора; если вращение неправильное, поменяйте местами два вывода дерева на двигателе.

Общие рабочие проблемы и решения — Мультиклоны

Признак Причина Решение
Эрозия Высокая концентрация тяжелых твердых частиц с острыми краями Установить чугунные трубы.
Установите защитный кожух для защиты трубок
Перегруженные трубы Неравномерный поток газа и распределение пыли Установите поворотные лопатки в колено, если колено предшествует входной лопатке.
Потеря объема в трубках
Неравномерный перепад давления в трубках
Забивание впускных лопаток, выпускных трубок чистого газа и разгрузочной воронки Низкая скорость газа Установить поворотные лопатки во впускной патрубок
Неравномерное распределение потока Мультиклональный утеплитель
Конденсация влаги Установите индикатор уровня бункера в приемный бункер.
Переполнение разгрузочного бункера Чаще опорожняйте бункер.
Пониженная эффективность или грязная газовая труба Утечка в воздуховоде Герметизировать все секции воздуховодов и мультиклонов для предотвращения утечек
Утечка в мультиклоне

Процедуры запуска / останова — центробежные коллекторы

Тип Запуск Выключение
Циклоны 1.Проверить вращение вентилятора. 1. Дайте вытяжному вентилятору поработать несколько минут после остановки процесса, пока циклон не опустеет.
2. Закройте смотровые люки, соединения и слив циклона. 2. Если используется процесс сгорания, дайте горячему сухому воздуху пройти через циклон в течение нескольких минут после остановки процесса, чтобы избежать конденсации.
3. Включите вентилятор. 3. Выключите вытяжной вентилятор.
4.Проверить ток двигателя вентилятора. 4. Очистите разгрузочную воронку.
5. Проверьте падение давления в циклоне.
Мультиклоны 1. Выполните те же процедуры запуска, что и у циклонов. 1. Выполните те же процедуры отключения, что и для циклонов.
2. Не реже одного раза в месяц измеряйте воздушный поток, проводя пересечение пито через входное отверстие, чтобы определить количество и распределение воздушного потока.
3. Запишите падение давления в мультиклоне.
4. Если поток значительно меньше желаемого, заблокируйте ряды циклонов, чтобы поддерживать необходимый поток на каждый циклон.

Процедуры профилактического обслуживания — центробежные коллекторы

Тип Частота Процедура
Циклоны Ежедневно Запишите падение давления циклона.
Проверить трубу (если циклон является только коллектором).
Запись силы тока двигателя вентилятора.
Осмотрите бункер для удаления пыли, чтобы убедиться, что пыль удалена.
Еженедельно Проверить подшипники вентилятора.
Проверьте прокладки, клапаны и другие отверстия на предмет утечек.
Ежемесячно Проверьте внутреннюю часть циклона на предмет эрозии, износа, коррозии и других видимых признаков износа.
Мультиклоны Ежедневно То же, что и циклоны.
Еженедельно То же, что и циклоны.
Ежемесячно Проверьте внутреннюю часть многоклональной камеры на предмет эрозии, износа, коррозии и неправильного распределения газа и пыли.
Осмотрите отдельные циклоны и каналы на предмет трещин, вызванных тепловым расширением или нормальным износом.

Тканевые коллекторы (широко известные как пылеуловитель ) являются одними из наиболее широко используемых систем пылеулавливания.Их преимущества заключаются в том, что они потенциально могут быть одной из самых эффективных (до 99% очень мелких частиц) и экономичных систем пылеулавливания, которые вы можете выбрать.

Как они работают

Газовый поток поступает в рукавный фильтр через систему воздуховодов. Оказавшись внутри, наполненные пылью газы вступают в контакт с находящимися внутри фильтровальными рукавами. Когда газы проходят через фильтры, частицы пыли улавливаются фильтрующим материалом. Со временем на поверхности фильтровальных мешков образуется слой пыли.В этом секрет высокого потенциала эффективности этого фильтрующего материала. После того, как кековая пыль сформировалась, она дополнительно препятствует прохождению пыли через фильтры четырьмя различными способами:

Инерционный сборник : Поступающий поток газа ударяет по фильтрующему материалу, который расположен перпендикулярно потоку газа, прежде чем изменить направление, в результате чего частицы пыли останутся на фильтре.
Перехват : Частицы, которые не пересекают линии тока жидкости, вступают в контакт с волокнами из-за их размера.
Броуновское движение : Благодаря диффузии увеличивается вероятность контакта между фильтром и частицами пыли из-за их молекулярного движения.
Электростатические силы : Между частицами пыли и фильтрующим материалом может возникать повышенное притяжение, когда на частицах пыли обнаруживается электростатический заряд.

Соотношение воздуха и ткани

Понимание термина Соотношение воздуха и ткани жизненно важно для понимания механики любой системы рукавного фильтра, независимо от того, какой именно тип используется.Это соотношение определяется как количество воздуха или технологического газа, поступающего в рукавный фильтр, деленное на квадратный фут ткани в рукавном фильтре. Пример отношения воздуха к ткани предоставлен ниже с любезного разрешения http://www.usairfiltration.com

.

(диаметр мешка в дюймах x длина мешка в дюймах)
Общая площадь ткани = 144 x общее количество мешков
Стандартный мешок 6 дюймов имеет диаметр 5-7 / 8 дюймов
Этот мешок имеет длину 12 футов
Есть всего 132 мешка в рукавном фильтре
= (5-7 / 8 дюймов x 3,1416 x 144 дюйма) ÷ 144 x 132
= (5.875 дюймов x 3,1416 x 144 дюйма) ÷ 144 x 132
= (2657,79) ÷ 144 x 132
= 18,46 SF ткани на мешок x 132 мешка
Общая площадь ткани = 2436 кв. Футов
Предположим, рукавный фильтр обрабатывает 13000 ACFM воздуха
Соотношение воздуха и ткани = ACFM ÷ общая площадь ткани
= 13,000 ÷ 2,436
= 5,34: 1

Различные конструкции рукавных фильтров

В настоящее время используются три основных типа рукавных систем. Во всех них присутствует одна и та же базовая механика, главное отличие состоит в том, как очищаются фильтровальные мешки.

• Механический шейкер
• Обратный воздушный поток
• Обратный форсунок (или импульсный)

A Механический шейкер — это конструкция, в которой фильтровальные мешки подвешены к верхней части рукавного фильтра с помощью горизонтальных балок и прикреплены к пластине ячеек внизу. Когда поток газа входит в нижнюю часть рукавного фильтра, он затем выталкивается вверх через внутреннюю часть трубчатых фильтровальных мешков, после чего проходит к выпускному отверстию для воздушного потока наверху. Очистка рукавного фильтра этого типа осуществляется встряхиванием верхней горизонтальной балки, к которой прикреплены фильтровальные мешки.Это вызвано валом с приводом от двигателя и кулачковой системой, которая посылает волны по поверхности фильтровальных мешков, заставляя пыль падать изнутри в бункер ниже. Этот рукавный фильтр имеет относительно низкое соотношение воздуха к ткани, что требует большого пространства. Несмотря на этот недостаток, простая конструкция остается заметным преимуществом, что привело к тому, что эта система широко используется в промышленности по переработке полезных ископаемых.

В фильтрующем кожухе с обратным воздушным фильтром фильтровальные мешки соединены с пластиной ячеек в нижней части рукавного фильтра и подвешены к регулируемой подвесной раме сверху.Газовый поток, как и в конструкции механического шейкера, входит в рукавный фильтр и проходит через фильтровальные рукава снизу, приводя к тому, что пыль снова собирается внутри фильтровальных рукавов, после чего выходит через выпускное отверстие наверху. Опять же, основным отличием этого типа системы рукавного фильтра от других является механизм очистки. В этой системе цикл очистки начинается с подачи чистого воздуха в коллектор в направлении, обратном нормальному потоку. Это вызывает повышение давления в отсеке.Под давлением мешки слегка сжимаются, при этом пыль торта трескается и падает, собираясь в бункер, расположенный ниже. Поскольку необходимо отключить нормальный поток воздуха в рукавный фильтр во время цикла очистки, этот тип рукавного фильтра обычно разделен на отсеки, чтобы обеспечить только частичное отключение системы.

С реактивным фильтром Reverse Jet или Pulse Jet рукавный фильтр имеет такую ​​же базовую конструкцию, что и в других типах конструкции рукавного фильтра, однако с некоторыми очень важными отличиями.В рукавном фильтре с импульсной струей рукавные фильтровальные мешки по отдельности накладываются на металлическую клетку, которая затем прикрепляется к пластине для ячеек в верхней части отделения. Газовый поток входит в рукавный фильтр снизу и выталкивается наружу внутрь фильтровальных рукавов, после чего газовый поток выходит из отсека через выпускное отверстие наверху. Основным преимуществом этого рукавного фильтра является то, что он не требует какого-либо отключения для запуска цикла очистки. Цифровой последовательный таймер прикреплен к одному из фильтровальных мешков внутри рукавного фильтра.Этот таймер сигнализирует электромагнитному клапану о запуске цикла очистки, когда он обнаруживает определенное количество отложений на мешке. Он состоит из небольшого выброса сжатого воздуха, проходящего через фильтровальные мешки. Это приводит к тому, что излишки пыли от кека падают в бункер в нижней части рукавного фильтра, где ее можно собрать. Цикл очистки коллекторов Pulse Jet обеспечивает более полную очистку и восстановление фильтровальных мешков, чем в конструкциях Shaker и Reverse Air. Кроме того, короткий цикл очистки также приводит к уменьшению рециркуляции и повторного осаждения пыли.Наконец, благодаря функции непрерывной очистки конструкции этот тип системы сбора имеет более высокое соотношение воздуха и ткани, поэтому требования к пространству намного ниже, чем в других системах.

Коллекторы картриджей

В отличие от рукавных коллекторов, в которых используются тканые или войлочные фильтровальные мешки, в коллекторах картриджей используются перфорированные металлические картриджи цилиндрической формы, открытые на одном или обоих концах, облицованные гофрированным нетканым фильтрующим материалом. После установки один конец картриджа изолируется, а открытый конец используется для чистого выхлопа.Как и в рукавном фильтре, поток газа направляется через внешнюю сторону картриджа внутрь, где он затем выходит обратно в систему. Коллекторы картриджей также совместимы с очисткой с обратной или импульсной струей. Большое количество таких коллекторов можно установить и использовать для непрерывной фильтрации в системе сбора пыли.

Преимущества и недостатки — пылеуловители


Типы Преимущества Недостатки
Шейкер Багет Обладают высокой эффективностью улавливания вдыхаемой пыли Имеют низкое соотношение воздуха и ткани (1.От 5 до 2 футов / мин)
Можно использовать прочные тканые мешки, которые выдерживают интенсивный цикл очистки, чтобы уменьшить скопление остаточной пыли. Нельзя использовать при высоких температурах
Простота эксплуатации Требуется много места
Имеют низкий перепад давления для эквивалентной эффективности сбора Требуется большое количество фильтровальных мешков
Состоит из множества движущихся частей и требует частого обслуживания
Персонал должен войти в рукавный фильтр для замены мешков, что создает возможность воздействия токсичной пыли
Может привести к снижению эффективности очистки при наличии даже небольшого положительного давления внутри мешков
Обратные воздушные пылеуловители Обладают высокой эффективностью улавливания вдыхаемой пыли Имеют низкое соотношение воздуха и ткани (1-2 фута / мин)
Из-за щадящего очищающего действия предпочтительны для высоких температур Требуется частая очистка из-за щадящего действия очистки
Имеют низкий перепад давления для эквивалентной эффективности сбора Нет эффективного способа удаления остаточных скоплений пыли
Очищающий воздух должен быть отфильтрован
Требовать, чтобы персонал входил в рукавный фильтр для замены мешков, что создает возможность воздействия токсичной пыли
Импульсная струя (обратная струя) Багуны Обладают высокой эффективностью улавливания вдыхаемой пыли Требуется использование сухого сжатого воздуха
Может иметь высокое соотношение воздуха и ткани (от 6 до 10 футов / мин) Нельзя использовать сразу при высоких температурах, если не используются специальные ткани
Повышенная эффективность и минимальное накопление остаточной пыли благодаря агрессивному очищающему действию Нельзя использовать, если в выхлопных газах присутствует повышенная влажность или влажность
Может непрерывно очищать
Можно использовать прочные тканые мешки
Износ нижнего мешка
Имеют небольшой размер и меньшее количество пакетов из-за высокого соотношения воздуха и ткани
Некоторые конструкции позволяют менять мешки без входа в рукавный фильтр
Имеют низкий перепад давления для эквивалентной эффективности сбора

Общие рабочие проблемы и решения — пылеуловители *

Признак Причина Решение
Высокий перепад давления в рукавном фильтре Багажник низкорослый проконсультируйтесь с продавцом
Установить двойные пакеты
Добавить дополнительные отсеки или модули
Механизм очистки мешков отрегулирован неправильно Увеличьте частоту очистки
Длительная чистка
Очистите более энергично
Слабая встряска (S) Увеличьте скорость шейкера
Запорные заслонки отсека не работают должным образом (S, RA) Проверить тягу
Уплотнения обратного клапана
Проверить подачу воздуха пневмоприводов
Слишком низкое давление сжатого воздуха (PJ) Повышение давления
Продолжительность и частота уменьшения
Проверить осушитель сжатого воздуха, при необходимости очистить
Проверить трубопровод на наличие препятствий
Слишком низкое давление повторного нагнетания (RA) Увеличьте скорость нагнетательного вентилятора.
Проверить герметичность
Проверить уплотнения клапана заслонки
Пульсирующие клапаны вышли из строя (PJ) Контрольная диафрагма
Обратные пилотные клапаны
Слишком сильное натяжение мешка (RA) Ослабьте натяжение мешка
Слишком слабое натяжение мешка (S) Затяжные мешки
Неисправность таймера очистки Проверить, индексируется ли таймер для всех контактов
Проверить выход на всех клеммах
Не удаляет пыль из мешков Проверить наличие конденсата на мешках
Отправьте производителю образец пыли и мешки на анализ
Химчистка или замена пакетов
Уменьшить воздушный поток
Чрезмерное улавливание пыли Бункер пустой постоянно
Очистить ряды пакетов случайным образом, а не последовательно (PJ)
Неправильное показание падения давления Прочистить отводы давления
Проверить шланги на герметичность
Проверить надлежащий уровень жидкости в манометре
Проверить мембрану манометра
Грязный слив в трубе Мешки протекающие Заменить мешки
Изолировать отсек или модуль утечки
Закрепите протекающие мешки и замените их позже
Зажимы для пакетов без уплотнения Разгладить ткань под зажимом и повторно зажать
Проверить и затянуть хомуты
Отказ уплотнений в стыках на штуцере чистого / грязного воздуха Герметик или сварные швы
Недостаточная фильтрационная корка Позвольте большему скоплению пыли на мешках, если их чистите реже.
Используйте предварительное покрытие пакетов (S, RA).
Мешки слишком пористые Отправьте пакет для испытания на проницаемость и проверки у производителя
Высокое потребление сжатого воздуха (ПДж) Слишком частый цикл очистки По возможности сократить цикл очистки
Слишком длинный импульс Уменьшить продолжительность импульса
Давление слишком высокое По возможности уменьшить давление питания
Неисправность мембранного клапана Проверить диафрагму и пружины
Обратный пилотный клапан
Пониженное давление сжатого воздуха (PJ) Слишком высокий расход сжатого воздуха Посмотреть предыдущие решения
Ограничения в трубопроводе сжатого воздуха Проверить трубопровод сжатого воздуха
Осушитель сжатого воздуха с заглушкой Заменить осушитель в сушилке
Обходной осушитель временно, если возможно
Заменить осушитель
Линия подачи сжатого воздуха слишком мала Обратитесь к проектированию
Износ компрессора Заменить кольца
Проверить на изношенные детали
Отремонтируйте компрессор или обратитесь к производителю
Пульсирующие клапаны не работают Обратные пилотные клапаны, пружины и диафрагмы
Сбой таймера Проверить выходы клемм
Влага в рукавном фильтре Недостаточный предварительный нагрев Запустите систему только с горячим воздухом до подачи технологического газа
Система не продувается после выключения Оставить вентилятор работать от 5 до 10 минут после остановки процесса
Температура стенки ниже точки росы Повышение температуры газа
Изолирующий элемент
Более низкая точка росы за счет предотвращения попадания влаги в систему
Холодные точки через изоляцию Исключить прямую металлическую проводку через изоляцию
Вода / влага в сжатом воздухе (PJ) Проверить автоматические сливы
Установить доохладитель
Установить осушитель
Повторное сжатие воздуха, вызывающее конденсацию (PJ) Предварительный нагрев воздуха для повторного давления
Использовать технологический газ в качестве источника сжатого воздуха
Перемычка материала в бункере Влага в пылеуловителе Посмотреть предыдущие решения
Пыль в бункерах Непрерывное удаление пыли
Недостаточный уклон бункера Ремонт или замена бункеров
Слишком маленькое отверстие винтового конвейера Используйте широкий раструб
Высокий уровень выхода мешков из строя, износ мешков Износ перегородки Заменить перегородку
Слишком много пыли Установить первичный коллектор
Слишком частый цикл очистки Медленная очистка
Входящий воздух неправильно оторван от мешков Проконсультируйтесь с продавцом
Слишком сильная тряска (S) Механизм замедленного встряхивания
Слишком высокое давление повторного нагнетания (RA) Сбросить давление
Слишком высокое пульсирующее давление (PJ) Сбросить давление

* S = шейкер
RA = обратный поток воздуха
PJ = импульсная форсунка

Процедуры запуска / выключения — пылеуловители

Запуск Выключение
1.Для процессов, генерирующих горячие влажные газы, предварительно нагрейте рукавный фильтр, чтобы предотвратить конденсацию влаги, даже если рукавный фильтр изолирован. (Убедитесь, что все отсеки шейкера или пылеуловителя с обратным воздушным потоком открыты.) 1. Продолжайте работу конвейера для удаления пыли и очистки мешков в течение 10–20 минут, чтобы обеспечить хорошее удаление собранной пыли.
2. Включите вентилятор пылеуловителя и конвейер для удаления пыли.
3. Измерьте температуру в рукавном фильтре и убедитесь, что она достаточно высока для предотвращения конденсации влаги.
Процедуры профилактического обслуживания — пылеуловители

Частота Процедура

Ежедневно

• Проверить падение давления.
• Наблюдать за стеком (визуально или измерителем непрозрачности).
• Пройдитесь по системе, прислушиваясь к правильной работе.
• Проверьте, нет ли в процессе необычных событий.
• Следите за индикаторами панели управления.
• Проверьте давление сжатого воздуха.
• Убедитесь, что пыль удаляется из системы.

Еженедельно

• Проверить подшипники винтового конвейера на наличие смазки.
• Проверить сальники.
• Включите заслонки заслонки.
• Проверьте линии сжатого воздуха, включая сетевые фильтры и осушители.
• Убедитесь, что клапаны правильно открываются и закрываются при очистке мешка.
• Выборочная проверка натяжения мешка.
• Проверить точность показывающего оборудования температуры.
• Проверьте оборудование для индикации падения давления на предмет засорения линий.

Ежемесячно

• Проверьте все движущиеся части в механизме встряхивания.
• Осмотрите вентиляторы на предмет коррозии и отложений материала.
• Проверить приводные ремни на износ и натяжение.
• Осмотрите и смажьте соответствующие детали.
• Выборочная проверка пакетов на предмет утечек.
• Проверьте шланги и хомуты.
• Проверить точность показывающего оборудования.
• Осмотрите корпус на предмет коррозии.

Ежеквартально

• Проверить перегородку на износ.
• Тщательно осмотрите пакеты.
• Проверить воздуховод на предмет скопления пыли.
• Следите за правильной посадкой демпферных клапанов.
• Проверить прокладки на дверях.
• Проверьте краску, изоляцию и т. Д.
• Проверьте винтовой конвейер на предмет износа или истирания.

Ежегодно

• Проверьте ремни вентилятора.
• Проверьте сварные швы.
• Проверить бункер на износ

Еще одним эффективным методом сбора пыли является использование скрубберов Wet Scrubbers (воздухоочистителей). В этих системах используется чистящая жидкость (обычно вода) для отфильтровывания более мелких частиц пыли. После фильтрации газовый поток затем направляется через туманоуловитель (туманоуловители) для удаления избыточной влаги из газового потока.После этого поток газа выходит из коллектора через выпускное отверстие и возвращается обратно в систему. Мокрые скрубберы идеальны:

• Для сбора взрывчатого материала
• Там, где образовавшаяся «суспензия» может быть повторно использована (либо в других частях процесса, либо для продажи)
• Где могут возникнуть химические реакции с помощью других методов сбора
• Для поглощения избыточного воздуха

Преимущество мокрых скрубберов

— низкие затраты на запуск и небольшая занимаемая площадь. Они хорошо подходят для обработки газовых потоков с высокой температурой и высокой влажностью.Они также способны перерабатывать как воздух, так и «липкие» частицы. Основными недостатками являются то, что они дороги в эксплуатации, требуют предварительной очистки для любых тяжелых запыленных нагрузок, вызывают загрязнение воды, которое затем необходимо устранить, и могут подвергаться эрозии при высоких скоростях потока воздуха.

Существует огромное количество различных конструкций и применений этого типа системы фильтрации, но все они имеют три основные операции, которые они выполняют:

Увлажнение газа : Процесс увлажнения газа приводит к увеличению размера мелких частиц и их более легкому улавливанию.
Газожидкостный контактор т: Это вся основа для работы этого типа системы. Метод контакта между жидкостью осуществляется четырьмя основными способами:

Инерционное воздействие имеет место, когда поток газа вынужден обтекать капли на своем пути. Поток отделяется и обтекает каплю. Однако более крупные частицы продолжают переноситься силой инерции по прямому пути, вступая в прямой контакт с жидкостью.
Interception : Более мелкие частицы, хотя и не контактируют напрямую с каплями, тем не менее, задевают их боковые стороны, вызывая их впитывание в жидкость.
Распространение происходит, когда из используемой жидкости образуется мелкий туман. Когда частицы проходят сквозь туман, они контактируют с поверхностями капель посредством броуновского эффекта или диффузии.
Образование зародышей конденсации — это эффект охлаждения газа ниже точки росы в богатой влагой среде, в результате чего пар конденсируется на поверхности частиц, тем самым инкапсулируя их.

Отделение жидкости : После прохождения фазы очистки необходимо удалить оставшуюся жидкость и загрязнения, прежде чем поток газа можно будет отправить обратно в систему.Это достигается с помощью туманоуловителя (демистора). Которые удаляют жидко-пылевую смесь из газового потока и отправляют в коллектор. Попадая в коллектор, твердые отходы оседают на дно, откуда удаляются с помощью цепной системы для хранения в мусорном контейнере или другом месте сбора. Мокрые скрубберы
подразделяются на следующие категории по перепаду давления (в дюймах водяного столба):

• Скрубберы с низким энергопотреблением (от 0,5 до 2,5)
• Скрубберы с низким и средним энергопотреблением (2.5–6)
• Скрубберы средней и высокой энергии (6–15)
• Скрубберы высокой энергии (более 15)
Большое количество различных используемых мокрых скрубберов делает невозможным комментирование каждой отдельной конструкции в этом документе. статья. Однако краткий обзор наиболее распространенных типов позволит вам понять основные рабочие процедуры, присутствующие во всех из них.

Скрубберы с низким энергопотреблением:

• Самая простая конструкция — это скруббер с гравитационной распылительной башней .В этой системе загрязненный воздух входит в нижнюю часть скруббера цилиндрической формы и поднимается вверх через водяной туман, разбрызгиваемый из форсунок вверху. Грязная вода собирается на дне резервуара, а чистый воздух (туман) выходит из верхней части коллектора. Этот коллектор имеет относительно низкую эффективность по сравнению с другими типами мокрых скрубберов. Однако его главным преимуществом является то, что он может справляться с очень тяжелыми пыльными грузами без дублирования.

• Динамические мокрые пылеуловители, также называемые скрубберами с мокрым вентилятором — это популярная конструкция, используемая для среднеэнергетической очистки.В этой системе поток газа проходит через вентилятор большего размера, который постоянно увлажняется очищающей жидкостью. Частицы захватываются жидкостью, а затем под действием центробежной силы отбрасываются от вращающихся лопастей вентилятора к сторонам коллектора, где они в конечном итоге оседают на дне, позволяя им собираться.

Скрубберы с отверстиями работают аналогично инерционным сепараторам, но с одним важным отличием: в скрубберах с отверстиями используется поверхность воды для улавливания частиц пыли.Когда поток газа попадает в коллектор, он быстро перенаправляется при контакте с поверхностью воды. Удаление частиц пыли из потока газа. Более высокая эффективность может быть достигнута за счет добавления форсунок для распыления жидкости для дальнейшего отделения загрязнений от потока газа. Хотя это эффективная система фильтрации, следует отметить, что они, как правило, неэффективны против мелких частиц, поскольку они имеют тенденцию перенаправляться с поверхности воды из-за высокого поверхностного натяжения.

Скрубберы низкой и средней энергии:

Мокрые циклонные скрубберы почти идентичны своим обычным циклонным аналогам-сборщикам. В мокром циклонном скруббере газовый поток попадает в коллектор, а затем принудительно приводится в движение циклона за счет стратегического размещения стационарных лопастей скруббера. Жидкость вводится в верхнюю часть коллектора, позволяя частицам пыли прилипать к влажным стенкам коллектора, когда они отбрасываются вихрем. Как и в случае с сухими циклонными коллекторами, этот тип системы имеет преимущество в том, что движущиеся части практически отсутствуют, и она эффективна для частиц размером до 5 мкм и выше.

Скрубберы средней и высокой энергии:

Скрубберы с набивным слоем состоят из слоя уплотнительной среды, который затем опрыскивается водой. Упаковочная среда обеспечивает очень широкое распределение воды, что, в свою очередь, позволяет потоку газа иметь максимальный контакт с водой во время его прохождения через коллектор. Воздух поступает в нижнюю часть коллектора, где он сначала контактирует с водой в рециркуляционном баке. Затем он проходит через различные слои фильтрующего материала и после отправки через туманоуловитель отправляется обратно в систему через выходной порт наверху.

В категории скрубберов с набивным слоем существует три различных варианта реализации этого механизма фильтрации:

Скрубберы с поперечным потоком спроектированы так, чтобы минимизировать высоту для низкопрофильных применений. В этой конструкции упакованная среда укладывается в виде листов перпендикулярно потоку газа. Газовый поток входит с одной стороны скруббера и проходит через него горизонтально, проходя через насадочную среду, а затем выходит с противоположной стороны
• Прямоточные скрубберы
• Противоточные скрубберы

Скрубберы высокой энергии:

Скрубберы Вентури используют эффект Вентури для ускорения газового потока до скорости от 12 000 до 36 000 футов / мин.Газовый поток поступает в скруббер через входное отверстие в форме Вентури, где он орошается водой. Вода, попадающая в чрезвычайно быстро движущийся воздух, мгновенно распыляется. Очень мелкие капли воды прикрепляются к частицам пыли и образуют суспензию, которая затем падает на дно коллектора. После прохождения через туманоуловитель поток газа направляется обратно в систему.

Преимущества и недостатки — мокрые скрубберы

Преимущества Недостатки
Низкие капитальные затраты и небольшая занимаемая площадь Имеют высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
Низкие капитальные затраты и небольшая занимаемая площадь Требуются коррозионно-стойкие материалы при использовании с кислыми газами
Улавливают как газы, так и твердые частицы (особенно «липкие» частицы) Требуется предварительная очистка при сильной запыленности
Отсутствуют вторичные источники пыли Вызывает загрязнение воды; требуют дополнительной обработки воды
Подвержены эрозии при высоких скоростях
Сбор влажных продуктов
Требуется защита от замерзания

Общие рабочие проблемы и решения — мокрые скрубберы
Проблема Решение
Влажные / сухие наросты Следите за тем, чтобы все участки были сухими или все участки были затоплены.
Используйте наклонные воздуховоды для емкости для слива жидкости.
Убедитесь, что скруббер установлен вертикально.
Поддерживайте жидкое уплотнение.
Скопление пыли в вентиляторе Установить распылитель чистой воды на вход вентилятора.
Чрезмерная вибрация вентилятора Регулярно очищайте корпус вентилятора и лопасти.
Неисправность жидкостного насоса Отведите часть рециркулируемого шлама в сгуститель, отстойный пруд или в зону удаления отходов и подайте чистую воду в качестве подпитки.
Увеличьте скорость выпуска воды.
Износ клапанов Используйте износостойкие диафрагмы для уменьшения эрозии компонентов клапана.
Заклинившие клапаны Обеспечьте непрерывную продувку между клапанами и рабочим коллектором для предотвращения скопления материала.
Эрозия пульпопровода Поддерживайте скорость откачки от 4 до 6 футов / с, чтобы свести к минимуму истирание и предотвратить осаждение и осаждение.
Форсунки засорены Замените форсунки или отремонтируйте головки.
Заменить источник чистящей жидкости.
Подача фильтрованной очищающей жидкости.
Накопление на туманоуловителях Для лопастных туманоуловителей периодически опрыскивайте центр и периферию для очистки компонентов.
Для туманоуловителей шевронного типа распыляйте воду сверху, чтобы очистить от налета.

Процедуры запуска / останова — мокрые скрубберы

Контрольный список перед запуском Выключение
1. Запустите вентиляторы и насосы, чтобы проверить их вращение. 1. Выключите вентилятор и распылитель. Изолируйте скруббер от эксплуатации.
2. Отсоедините всасывающий трубопровод насоса и промойте его водой из внешнего источника. 2. Дайте жидкостной системе поработать как можно дольше для охлаждения и снижения концентрации жидкого шлама.
3. Установите временные фильтры на всасывающей линии насоса и начните рециркуляцию жидкости. 3. Перекройте подпиточную воду и дайте ей нормально стечь.
4. При включенном потоке рециркуляции настройте клапаны, чтобы определить рабочие условия для требуемых расходов. Запишите положения клапана как будущую базовую линию. 4. Когда слышен кавитационный шум насоса, выключите насос и перекачайте воду сальника.
5. Запишите все падения давления в системе в чистых условиях. 5. Открытые люки системы, спускные и другие стоки.
6. Выполните все рекомендованные смазки.
7. Выключите вентилятор, слейте воду из системы и снимите временные фильтры.
Запуск
1. Позвольте сосудам заполниться жидкостью с помощью обычных регуляторов уровня. Заполнение бассейнов большого объема из внешних источников.
2. Запустите подачу жидкости ко всем сальникам насоса и распылителям вентилятора.
3. Запустите рециркуляционные насосы при закрытом выпуске жидкости.
4. Проверьте изоляционные заслонки и включите скруббер последовательно с первичным режимом работы.
5. Запустите вентилятор и впускную струю вентилятора. Оставьте регулирующую заслонку на входе закрытой на 2 мин, чтобы вентилятор набрал скорость.
6. Проверьте газонасыщенность, потоки жидкости, уровни жидкости, падение давления вентилятора, падение давления в воздуховоде и падение давления в скруббере.
7. Откройте слив в пруд, сгуститель или другие дренажные системы, чтобы концентрация жидкого навоза могла расти медленно. Проверьте конечную концентрацию в качестве перекрестной проверки скорости кровотечения.

Процедуры профилактического обслуживания — мокрые скрубберы

Частота Порядок действий

Ежедневно

• Проверить поток рециркуляции.
• Проверьте сливной поток.
• Измерьте превышение температуры двигателя.
• Проверяйте подшипники вентилятора и насоса каждые 8 ​​часов на предмет уровня масла, цвета масла, температуры масла и вибрации.
• Проверьте падение давления в скруббере.
• Проверьте давление нагнетания насоса.
• Проверьте давление на входе и выходе вентилятора.
• Проверьте концентрацию пульпы на выходе.
• Проверьте вибрацию вентилятора на наличие отложений или утечек.
• Запишите температуру на входе и температуру насыщения газового потока.
• Используйте показания тока двигателя для определения уменьшения расхода. Используйте ток вентилятора, чтобы указать расход газа.
• Проверьте падение давления на сетке и дефлекторных туманоуловителях. При необходимости очистить распылением под высоким давлением.
Еженедельно

• Проверьте влажные / сухие участки линии на предмет скопления материала. При необходимости очистите.
• Проверьте количество распыляемой жидкости и давление в коллекторе при автоматической промывке туманоуловителя.
• Проверяйте вентиляторы на загрязненных участках на предмет коррозии, истирания и скопления твердых частиц.
• Проверьте подшипники, механизмы привода, превышение температуры, выравнивание звездочки, износ звездочки, натяжение цепи, уровень масла и грабли осветлителя.
• Проверьте воздуховоды на предмет утечек и чрезмерного изгиба, выровняйте или замените при необходимости.
• Чистые и сухие пневматические линии, связанные с контрольно-измерительными приборами.
За полгода

• Проверьте точность инструментов и откалибруйте.
• Осмотрите диафрагмы.
• Очистите электрическое оборудование, включая контакты, изоляцию трансформатора и охлаждающие вентиляторы.
• Проверьте и отремонтируйте зоны износа в скрубберах, клапанах, трубопроводах и воздуховодах.
• Смажьте приводные механизмы и подшипники заслонок. Проверьте правильность работы заслонок и убедитесь в отсутствии утечек.

Электростатические осадители используют электростатические силы для сбора пыли из газового потока. Внутри коллектора находится несколько высокомощных разрядных электродов постоянного тока. Поступающие газы проходят мимо первого набора разрядных электродов (ионизирующая секция), которые придают частицам отрицательный заряд (ионизация). Теперь ионизированные частицы проходят мимо следующего набора электродов (секции сбора), которые несут положительный заряд. Положительно заряженные пластины притягивают отрицательно заряженные частицы, заставляя их собираться на пластинах.Очистка осуществляется путем вибрации электродов либо непрерывно, либо с заданным интервалом времени, в результате чего уловленная пыль падает в бункер, расположенный ниже. Все это можно сделать при нормальной работе системы.

Электростатические осадители

лучше всего использовать в системах улавливания окружающей среды с небольшими количествами частиц. Без функции автоматической самоочистки этот тип коллектора может очень легко достичь максимального предела удержания частиц, что приведет к отказу системы.Кроме того, для системы с высокой запылённостью требуется накопление большого количества пыли. Фильтрующий материал (рукавный фильтр) или гофрированный фильтрующий материал (картриджный коллектор) обеспечивает гораздо большую площадь поверхности для хранения пыли, чем системы электростатического осаждения. Однако преимущества этой системы велики для предполагаемого применения. Они обладают способностью быть чрезвычайно эффективными (в некоторых случаях превышающими 99,9%), могут работать в широком диапазоне температур (от 700 ° F до -1300 ° F) и могут иметь большой расход при минимальных изменениях давления и температуры. .Они также очень хорошо подходят для сбора мелких частиц пыли, а также таких материалов, как кислоты и смолы, с которыми другие системы могут испытывать трудности.

Все электростатические осадители состоят из четырех основных компонентов:

• Источник питания для обеспечения системы электричеством
• Секция ионизации для отрицательного заряда поступающих частиц
• Система очистки, предназначенная для удаления собранных частиц с пластин для сбора электродов
• Корпус для ограждения секции осаждающего элемента

В категории коллекторов электростатических осадителей есть два основных типа систем:

• Высоковольтные осадители с одним состоянием (тип Cottrell)
• Низковольтные осадители с двумя состояниями (тип Penny)
Высоковольтные осадители с одним состоянием , кроме того, делятся на две основные конструкции:

Пластинчатые осадители состоят из нескольких плоских параллельных пластинчатых коллекторов, которые обычно находятся на расстоянии 8–12 дюймов друг от друга.Непосредственно посередине каждого набора соседних пластин размещен ряд высоковольтных (40 000–70 000 вольт) разрядных электродов постоянного тока. По мере того, как поток газа проходит через пластины, он ионизируется разрядными электродами, а затем немедленно осаждается на собирающих пластинах. Затем пластины очищаются путем вибрации пластин, в результате чего мусор падает в бункер или сборный бункер ниже. Большинство используемых в настоящее время одиночных осадителей — пластинчатого типа.

Трубчатые осадители работают так же, как пластинчатые осадители, но в другой конфигурации.В этой конструкции используется собирающее устройство трубчатой ​​формы с разрядными электродами, размещенными в середине трубки. Когда поток газа проходит через трубку, он сначала ионизируется разрядным электродом в центре, а затем заряженные частицы притягиваются внутрь положительно заряженной трубки. Механизм очистки может быть почти идентичным механизму пластинчатых осадителей, или он может использоваться как часть системы мокрого статического осадителя, в которой стороны осадителя промываются водой, тем самым очищая их.Трубчатые осадители
широко используются в горнодобывающей промышленности. Они очень ценны для использования в высокотемпературных газовых потоках (выхлопные газы котлов на электростанциях) из-за их способности адаптироваться к расширению и сжатию металлических частей в системе. Кроме того, этот тип коллектора также может справляться с улавливанием паров, содержащих клейкие, «липкие», радиоактивные и чрезвычайно токсичные соединения.

Двухступенчатые осадители низкого напряжения содержат несколько заземленных пластин на расстоянии примерно одного дюйма друг от друга с другой промежуточной пластиной, которая также содержит заряд.В этой системе используется гораздо более низкое напряжение, чем в системе высокого напряжения (источник постоянного тока 13 000–15 000 вольт с промежуточным напряжением 7 500 в сравнении с 40 000 — 70 000). Этот тип системы широко используется для сбора дыма и частиц, образующихся при сварке, шлифовании или обжиге. Они также используются в сварочных аппаратах с капюшоном и каналом, а также в сварочных кабинах.
Двухступенчатые низковольтные осадители обладают такими преимуществами, как высокая эффективность, возможность использования автономной системы промывки и более длительный срок службы, поскольку чистка требуется только на ежемесячной основе.Однако, поскольку обслуживание требует снятия рамок осадителя и ручной очистки узлов очистки, которые являются довольно деликатными, этот тип осадителя требует гораздо большей осторожности и осторожности при выполнении технического обслуживания.

Преимущества и недостатки — электростатические осадители

Преимущества Недостатки
Эффективность улавливания всех твердых частиц, включая частицы субмикронного размера, превышает 99% Имеют высокие начальные инвестиционные затраты
Обычно собирают пыль сухим способом Не реагирует должным образом на изменения процесса, такие как изменения температуры газа, давления газа, расхода газа, газообразного или химического состава, содержания пыли, гранулометрического состава или электропроводности пыли
Имеют меньший перепад давления и, следовательно, меньшие эксплуатационные расходы Существует риск взрыва, если поток газа содержит горючие вещества
Может работать при высоких температурах (до 1200 ° F) и в более холодном климате Продукт озон при ионизации газа
Удаляет кислоты и смолы (липкую пыль), а также коррозионные материалы Требуется большое пространство для высокой эффективности и еще большее пространство для пыли с низкими или высокими характеристиками удельного сопротивления
Позволяет повысить эффективность улавливания за счет увеличения размера фильтра Требуются особые меры предосторожности для защиты персонала от воздействия высокого напряжения
Требуется небольшая мощность Требуется высококвалифицированный обслуживающий персонал

Для определенных приложений коллекторы являются лучшим выбором для нужд оборудования, чем обычная система централизованного сбора.Эти коллекторы контролируют загрязнение в их источнике. Их преимущества заключаются в низкой начальной стоимости, прямом возврате захваченного материала в основной поток материала и очень малой занимаемой площади. Эти коллекторы лучше всего использовать, когда источник пыли изолирован, переносится или часто меняет положение. Некоторыми примерами случаев, когда этот тип сборщика может быть полезен, являются операции по производству пыли, такие как бункеры и силосы или удаленные точки передачи ленточного конвейера.

В зависимости от конкретного желаемого применения существует ряд различных конструкций, доступных на выбор, с производительностью от 200 до 2000 фут3 / мин.Два основных типа:

• Тканевые коллекторы
• Циклонные коллекторы

Единичные сборщики ткани очень похожи на своих более крупных родственников, используемых в центральной системе сбора. Обычно они используют для очистки либо механический шейкер, либо систему импульсной струи. Этот тип хорошо подходит для сбора мелких частиц, например, при переработке полезных ископаемых.
Циклонные коллекторы блока также работают на тех же принципах, что и в центральных системах сбора.Пыль собирается и помещается в бункер, который затем можно удалить для очистки. Этот тип коллекторов лучше всего подходит для сбора крупных и крупных частиц.

Каждая система пылеулавливания должна иметь центральную систему сбора , чтобы направлять загрязненный воздух в систему фильтрации. Центральная система сбора состоит из ряда входных патрубков и необходимого воздуховода для транспортировки запыленного газового потока в коллектор, а затем для рециркуляции обратно в объект или рассеивания в атмосфере.Давление в этой системе воздуховодов обеспечивается системой вентилятора и двигателя.

Вентилятор и двигатель

Выбор правильной системы вентилятора и двигателя требует учета ряда различных факторов, включая, помимо прочего:

• Требуемый объем
• Статическое давление вентилятора
• Тип материала, с которым будет работать вентилятор (например, вентилятор с радиальными лопастями должен использоваться с волокнистым материалом или тяжелыми пылевыми грузами, а неискрящая конструкция должна использоваться с взрывоопасными или легковоспламеняющимися веществами. материалы.)
• Ограничения в пространстве
• Допустимые уровни шума, создаваемого вентилятором
• Требуемая рабочая температура (например, подшипники скольжения подходят до 250 ° F, шарикоподшипники — до 550 ° F)
• Соответствующий размер, чтобы выдерживать требования по давлению и объему с минимальным использованием мощности
• Будет ли обрабатываться коррозионно-агрессивные материалы и какие защитные покрытия могут потребоваться
• Способность вентилятора приспосабливаться к небольшим изменениям общего давления при сохранении необходимого объема воздуха
• Необходимость в выпускной заслонке для управления потоком воздуха во время холодного пуска (при необходимости заслонка может быть заблокирована с вентилятором для постепенного пуска до достижения установившегося состояния.)

Также необходимо учитывать, какой тип системы привода вентилятора вы планируете использовать. Вентилятор Direct Drive приводится в движение непосредственно от приводного вала двигателя, это обеспечивает меньшую потребность в пространстве, но обеспечивает постоянную неизменную скорость вращения вентилятора. Хотя для вентилятора с ременным приводом , в котором используется ремень для маховика, требуется больше места, он позволяет легко изменять скорость вращения вентилятора, что имеет жизненно важное значение для некоторых приложений.

Существует два основных типа вентиляторов, которые используются в промышленности:

• Центробежные вентиляторы
• Осевые вентиляторы

Центробежный вентилятор (также называемый вентилятором с беличьей клеткой из-за его сходства с устройствами для упражнений на грызунах) представляет собой конструкцию вентилятора с лопастями (или ребрами), окружающими центральную ступицу.Воздух попадает в вентилятор сбоку, затем поворачивается на 90 °, ускоряется и выбрасывается из вентилятора за счет центробежной силы. Расширяющаяся форма спирали также преобразует часть скоростного давления в статическое давление. Вентилятор приводится в движение приводным валом, который выходит из центральной ступицы вентилятора.

Можно использовать три основных типа лопастей центробежных вентиляторов:

• Лезвия с загнутыми вперед лопатками
• Лезвия с загнутыми назад лопатками
• Прямые радиальные лезвия

Загнутые вперед лопасти Лопасти вентиляторов изогнуты в направлении вращения вентилятора.Эти вентиляторы очень чувствительны к скоплению твердых частиц и используются в системах с высоким потоком воздуха и низким давлением.

с загнутыми назад лопатками Лопастные вентиляторы содержат лопасти, расположенные в стороне от направления вращения вентиляторов. Эти вентиляторы обеспечивают эффективную работу и могут использоваться в потоках газа с легкой или средней концентрацией частиц. Несмотря на то, что они могут быть оснащены защитой от износа, этот тип лезвия все же может стать резервным, если нагрузка частиц станет слишком большой.Вентиляторы этого типа чаще всего используются в системах со средней скоростью, высоким давлением и средним потоком воздуха.

Прямые радиальные вентиляторы с лопастями — лучший выбор для работы с тяжелыми частицами. Эта конструкция имеет ряд лопастей, которые выходят прямо из центральной ступицы. Эта конструкция используется для приложений с высоким давлением, высокой скоростью и малым объемом.

Вентилятор глушителя

Демпферы вентилятора представляют собой металлические пластины, которые можно регулировать для снижения потребления энергии вентилятором.Размещенные на выпускном отверстии вентилятора, они используются для создания сопротивления потоку для управления потоком газа. Их также можно разместить на впускном отверстии, которое может выполнять ту же функцию, а также перенаправлять поток газа, попадающий в вентилятор.

Осевые вентиляторы

Осевые вентиляторы имеют лопасти, которые установлены на центральном приводном валу. Они заставляют воздух двигаться параллельно валу, на котором установлены лопасти, за счет винтового действия пропеллеров.Воздух подается поперек оси вентилятора, отсюда и название вентиляторы осевого потока. Этот тип вентилятора обычно используется в системах с низким уровнем сопротивления.

Три основных типа вентиляторов с осевым потоком:

• Винт
• Осевая трубка
• Осевая лопасть

Propeller Fans вентилятор самой простой конструкции. Он используется для перемещения большого количества воздуха против очень низкого статического давления от остальной части системы. Общая вентиляция и вентиляция с разбавлением — два распространенных применения осевого вентилятора этого типа.

Конструкция Tube Axial очень похожа на обычный пропеллерный вентилятор, за исключением того, что пропеллер заключен в цилиндр с открытым концом. Эта конструкция более эффективна, чем простые типы гребных винтов, и часто используется в движущихся газовых потоках, заполненных конденсируемыми парами или пигментами.

Лопастные осевые вентиляторы почти идентичны трубчатым осевым вентиляторам. Но они содержат специально прикрепленные лопатки, которые предназначены для выпрямления потока газа, проходящего через вентилятор.Они могут создавать высокое статическое давление по сравнению с вентиляторами этого типа. Однако эти вентиляторы в большинстве случаев используются только для чистого воздуха.

Таблица номинальных характеристик вентиляторов

После того, как весь предыдущий материал был изучен, последний шаг в выборе подходящего вентилятора для вашей системы — это свериться с таблицей номинальных характеристик вентиляторов . Он используется для перечисления всех спецификаций для различных вентиляторов, выпускаемых определенным производителем. При просмотре Таблицы рейтингов болельщиков необходимо иметь в виду следующие несколько моментов:

• Таблицы номинальных значений показывают все возможные значения давления и скорости, которые могут быть достигнуты в пределах нормального рабочего диапазона вентилятора.
• Вентилятор, который работает на одной или фиксированной скорости и имеет фиксированную настройку лопастей, будет иметь только один возможный номинал. Единственный способ получить несколько оценок — это изменить скорость и настройку лезвия.

Установка вентилятора

После установки системы в полевых условиях неизбежно определенные различия между конструкцией и установкой в ​​полевых условиях потребуют проведения полевых испытаний, чтобы найти точные измерения статического давления и объема.Этот шаг имеет решающее значение для выбора правильной системы вентиляторов. В процессе установки следует иметь в виду несколько кратких моментов, которые могут привести к изменению ваших реальных значений по сравнению с исходными проектными спецификациями:

• Колена и изгибы около выпускного отверстия вентилятора увеличивают сопротивление системы, тем самым снижая производительность вашего вентилятора.
• Убедитесь, что крыльчатка установлена ​​в желаемом правильном направлении.
• Некоторые типы фитингов, такие как колена, колена и квадратные воздуховоды, могут вызывать неравномерный воздушный поток, который, в свою очередь, снова снижает производительность.
• Необходимо проверить и устранить скопление мусора во входных отверстиях, лопастях, проходах, а также препятствия
• В системе с ременным приводом необходимо проверить правильность совмещения шкивов двигателя и вентилятора и наличие надлежащего натяжения ремня

Электродвигатели

Электродвигатель — это то, что обеспечивает питание, необходимое для работы вентилятора (нагнетателя) в системе сбора пыли.Электродвигатели обычно делятся на индукционные или синхронные. Индукционные конструкции — единственные, которые сегодня используются в системах пылеулавливания. Асинхронные двигатели
обычно работают от трехфазного переменного тока. В системах сбора пыли используются два наиболее распространенных типа:

Двигатели с короткозамкнутым ротором обычно используются там, где требуется постоянная скорость.
Двигатели с контактным кольцом , напротив, являются двигателями общего назначения или двигателями с постоянным номиналом, которые используются в приложениях, где требуется регулируемая скорость двигателя.

Еще одно важное соображение при проектировании заключается в том, относится ли двигатель к одной из этих двух конструкций корпуса:

Защита от капель и брызг Двигатели относятся к типу двигателей с открытым закрытым корпусом , в которых используется своего рода кожух электродвигателя, в котором есть вентиляционные отверстия, обеспечивающие поток воздуха, но предотвращающие попадание жидкостей и твердых частиц в двигатель. Эта конструкция не подходит для приложений, где частицы, которые могут повредить внутреннюю часть двигателя, находятся в окружающей атмосфере вокруг двигателя.
Полностью закрытые двигатели имеют внешний вентилятор, установленный на задней стороне приводного конца двигателя. Вентилятор обдувает корпус двигателя воздухом, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение двигателя. Поскольку сам двигатель полностью закрыт, такая конструкция обеспечивает наилучшую защиту от пыли и других загрязнений, которые могут повредить двигатель, если они попадут внутрь.
Оба типа также могут быть изготовлены во взрывобезопасных и пылевозгораемых моделях для защиты от случайного воспламенения частиц пыли.
При выборе двигателя, отвечающего вашим требованиям, необходимо учитывать следующие факторы:

• Мощность и частота вращения
• Потребности в источнике питания, например, напряжение, одно- или трехфазный переменный ток и частота
• Среда, в которой двигатель должен будет работать (влажность, температура, открытое пламя или коррозионные элементы
• Тип нагрузки будет размещаться на двигателе (вентилятор и другие приводные механизмы) и ограничения энергетической компании на холодный запуск.
• Достаточное электропитание для холодного запуска
• Защита от перегрузки, необходимая для конкретного двигателя

Таблица поиска и устранения неисправностей вентилятора и двигателя

Симтом Вероятная причина Решение
Недостаточный воздушный поток, низкий фут3 / мин Вентилятор
Крыльчатка с загнутыми вперед лопатками установлена ​​назад Установить крыльчатку на место
Вентилятор обратный Измените скорость вращения вентилятора, поменяв местами два из трех проводов двигателя
Рабочее колесо не отцентрировано с впускным кольцом (-ами) Сделайте рабочее колесо и входное кольцо (и) концентрическими
Слишком низкая скорость вентилятора Увеличьте скорость вращения вентилятора, установив шкив меньшего диаметра
Колена или другие препятствия, ограничивающие воздушный поток Реконструкция воздуховодов
Установить поворотные лопатки в колено
Удалить препятствие в воздуховоде
Нет прямого канала на входе вентилятора Установите прямую длину воздуховода, по возможности, длиной не менее 4-6 диаметров воздуховода
Увеличьте скорость вентилятора, чтобы преодолеть эту потерю давления
Препятствие возле выхода вентилятора Устранение препятствий или изменение конструкции воздуховодов рядом с выпускным отверстием вентилятора
Острые колена возле выхода вентилятора Установите колено с длинным радиусом, если возможно
Установить поворотные лопатки в колено
Поворотные лопатки неправильной конструкции Редизайн поворотных лопаток
Выступы, заслонки или другие препятствия возле выхода вентилятора Удалить все препятствия
Система воздуховодов
Фактическая система более ограничивающая (более устойчивая к потоку), чем ожидалось Уменьшить сопротивление системы за счет изменения конструкции воздуховодов
Заслонки закрытые Открыть или отрегулировать все заслонки в соответствии с конструкцией
Утечки в приточных каналах Устранить все утечки в приточном воздуховоде
Слишком большой воздушный поток, большой фут3 / мин Вентилятор
Крыльчатка с обратным наклоном, установленная назад (высокая мощность) Установите рабочее колесо в соответствии с рекомендациями производителя
Слишком высокая скорость вентилятора Уменьшить скорость вентилятора
Установить шкив большего диаметра на вентилятор
Система воздуховодов
Негабаритные воздуховоды; меньшее сопротивление Изменить дизайн воздуховодов или добавить ограничения для увеличения сопротивления
Открыта дверца доступа Закройте все входные и инспекционные двери
Низкое статическое давление, высокое фут3 / мин Вентилятор
Крыльчатка с обратным наклоном, установленная назад (высокая мощность) Установите рабочее колесо в соответствии с рекомендациями производителя
Слишком высокая скорость вентилятора Уменьшить скорость вентилятора
Установить шкив большего диаметра на вентилятор
Система воздуховодов
Система имеет меньшее сопротивление потоку, чем ожидалось Уменьшите скорость вентилятора для получения желаемой скорости потока
Плотность газа
Плотность газа ниже ожидаемой (из-за высокотемпературных газов или большой высоты над уровнем моря) Рассчитайте расход газа при желаемых условиях эксплуатации, применив соответствующие поправочные коэффициенты для условий высокой температуры или высоты над уровнем моря
Низкое статическое давление, низкое фут3 / мин Система воздуховодов
Условия на входе и / или выходе вентилятора не такие, как при испытании Увеличить скорость вентилятора
Установить шкив меньшего диаметра на вентилятор
Реконструкция воздуховодов
Высокое статическое давление, низкое фут3 / мин Система воздуховодов
Препятствия в системе Удалить препятствия
Система воздуховодов слишком ограничена Реконструкция воздуховодов
Установить воздуховоды большего диаметра
Высокая мощность Вентилятор
Крыльчатка с обратным наклоном, установленная назад Установите рабочее колесо в соответствии с рекомендациями производителя
Слишком высокая скорость вентилятора Уменьшить скорость вентилятора
Установить шкив большего диаметра на вентилятор
Система воздуховодов
Воздуховоды увеличенного диаметра Реконструкция воздуховодов
Открыта дверца доступа Закройте все дверцы доступа / инспекции
Плотность газа
Расчетная требуемая мощность для легкого газа (например.g., высокая температура или большая высота), но на самом деле газ тяжелый (например, холодный запуск) Заменить мотор
Установите выпускную заслонку, которая будет постепенно открываться, пока вентилятор не наберет свою рабочую скорость
Выбор вентилятора
Вентилятор не работает при номинальном КПД Система редизайна
Заменить вентилятор
Заменить мотор
Вентилятор не работает Электрооборудование
Перегоревшие предохранители Заменить предохранители
Электричество отключено Включите электричество
Неправильное напряжение Проверить правильность напряжения на вентиляторе
Двигатель слишком мал, и устройство защиты от перегрузки оборвано Заменить двигатель на больший
Механический
Обрыв ремня Заменить ремни
Свободные шкивы Затяните или переустановите шкивы
Крыльчатка с касанием спирали Установите рабочее колесо правильно

Удаление пыли

После очистки Airstream собранная пыль должна быть утилизирована надлежащим образом, чтобы избежать повторного загрязнения.Во многих случаях, когда собранный материал представляет ценность, его можно вернуть в поток продуктов и использовать повторно. Однако это практично не для всех приложений. Сведение к минимуму вторичной пыли также является ключевым компонентом эффективной системы удаления пыли. Такие операции, как загрузка и разгрузка собранного материала или транспортировка влажной суспензии, могут представлять дополнительные проблемы загрязнения, которые необходимо решать.
Все системы удаления пыли должны выполнять эти четыре задачи без дальнейшего загрязнения окружающей среды, чтобы эффективно выполнять свою роль в системе сбора пыли:

• Собранный материал из бункера должен быть удален
• Транспортировка на склад
• Хранение собранного материала
• Необходима обработка перед окончательной утилизацией

Удаление пыли из бункера

Бункер необходимо регулярно опорожнять от собранной пыли, чтобы предотвратить переполнение.Часто этот процесс выполняется, пока коллектор еще работает. В этом случае необходимо использовать поворотные воздушные затворы или опрокидывающиеся клапаны, чтобы поддерживать положительное воздушное уплотнение и, таким образом, избегать значительных потерь давления, которые могут отрицательно повлиять на нормальную работу системы. Некоторые материалы демонстрируют так называемую тенденцию к образованию перемычек, то есть тенденцию слипаться и образовывать длинные пряди, которые со временем могут образовывать мостовидные образования, которые могут препятствовать нормальной работе бункера.Если в системе присутствует материал такого типа, следует использовать специальное оборудование, такое как вибраторы бункера, рэпперы или воздушные форсунки, чтобы гарантировать, что материал, который имеет тенденцию к закупориванию, не мешает нормальной работе бункера.

Транспортировка пыли

После того, как пыль была удалена из коллектора, ее необходимо перевезти в складское помещение, где перед ее утилизацией можно провести окончательную обработку. Существует четыре основных системы, которые можно использовать для транспортировки собранного материала в хранилище:

• Винтовые конвейеры
• Воздушные конвейеры
• Воздушные направляющие
• Система трубопроводов под давлением для влажного материала (суспензии)

Винтовые конвейеры используют вращающийся вал для перемещения материала в желаемое место.Эти системы представляют собой очень эффективные методы транспортировки пыли. Однако некоторые области, вызывающие озабоченность в этом типе системы, заключаются в том, что они, как правило, имеют отмеченный недостаток легкого доступа для целей обслуживания, отливки и подшипники могут легко изнашиваться при использовании с абразивными материалами, конечным результатом которых является утечка воздуха.

Воздушные конвейеры используются в основном для сухой пыли. Эти коллекторы, использующие принцип высокой скорости с низким объемом воздуха, являются отличным выбором из-за небольшого количества движущихся частей и их способности перемещать пыль как по вертикали, так и по горизонтали.Основная проблема, связанная с этой системой, заключается в том, что со временем трубопровод может подвергаться чрезмерному износу от абразивных составов. Они также требуют больших первоначальных вложений капитала и имеют более высокие эксплуатационные расходы.

Воздушные направляющие широко используются для легких пылевых нагрузок с неабразивными материалами. Основным принципом работы этой системы является псевдоожижение пыли воздухом. Эта система, способная транспортировать большие объемы материала, имеет недостаток в том, что она может перемещаться только в горизонтальном направлении.Вызывает озабоченность необходимость поддерживать постоянный угол наклона воздуховода и более высокие затраты на техническое обслуживание.

Трубопроводы под давлением Системы необходимы при транспортировке суспензии, полученной с использованием конструкции мокрого скруббера. Эта система используется для отправки суспензии в отстойник для дальнейшей обработки. Операторы этой системы должны проявлять особую осторожность, чтобы избежать утечки, которая могла бы привести к опасности для окружающей среды, вызванной загрязнением воды.

Хранилище пыли

Резервуары для хранения и силосы являются наиболее распространенными местами хранения сухих пылевых соединений после их сбора.Затем эти площадки устанавливаются для загрузки материала в закрытые грузовые автомобили или железнодорожные вагоны, расположенные ниже.
При использовании системы влажного сбора часто требуется отстойник . В отстойнике уловленные частицы отделяются путем декантации. Суспензия из мокрых скрубберов остается в большом пруду или бассейне, позволяя захваченным частицам со временем медленно оседать на дно пруда; после этого сливается чистая вода. Опять же, некоторые факторы, которые следует учитывать при использовании отстойника, заключаются в том, что площадь удержания воды может быть декантирована только в более теплую и сухую часть года, и в большинстве случаев для эффективной работы требуются два отстойника.

Окончательная утилизация

При выборе метода окончательной утилизации необходимо помнить о том, что необходимо проявлять большую осторожность, чтобы избежать рециркуляции пыли ветром. Иногда из-за этой проблемы и для облегчения транспортировки захваченный материал перед окончательной утилизацией перерабатывается в гранулы. Обычно доступны четыре различных варианта окончательной утилизации собранного материала:
• Размещение на свалке
• Переработка
• Утилизация побочных продуктов
• Собранный материал может быть пригоден для обратной засыпки свалок и карьеров

Различия в конструкции, работе, эффективности, занимаемой площади, конструкции и потребностях в обслуживании, а также начальных затратах на запуск, эксплуатацию и техническое обслуживание сильно различаются между различными продуктами и системами.Однако при выборе системы, которая лучше всего соответствует вашим потребностям, следует учитывать следующее:

Концентрация пыли и размер частиц — В любом приложении конкретные размеры и концентрация пыли могут сильно различаться. Поэтому знание точного диапазона размеров частиц и уровней концентрации, которые будут присутствовать, будет иметь жизненно важное значение при выборе правильной системы сбора.

Требуемая степень сбора — Необходимая интенсивность фильтрующего действия определяется несколькими факторами.Точные опасности и опасности загрязняющих веществ, которые необходимо улавливать, их потенциал в качестве риска или неудобства для здоровья населения, местонахождение площадки, допустимая скорость выбросов регулирующим органом для данного вещества, характеристики пыли и любая пригодная для вторичной переработки ценность.

Характеристики газового потока — Различия в температуре газового потока и уровнях влажности могут сильно повлиять на определенные типы коллекторов. Например, температура газа выше 180 ° F (82 ° C) разрушит многие типы фильтрующих материалов (фильтровальных мешков), используемых в тканевых коллекторах (рукавных фильтрах).Водяной пар или пар могут ослеплять определенные типы фильтрующих материалов. Коррозионные и другие химические вещества могут вызывать эрозию некоторых металлов и других материалов, используемых при строительстве многих коллекторов.

Типы пыли — Определенные типы Коллекционеров имеют большой физический контакт между частицами и самим Собирателем. Ряд различных материалов, таких как кремнезем или металлическая руда, довольно абразивны и могут вызвать эрозию из-за длительного контакта с коллектором. Другие «липкие» соединения могут прикрепляться к внутренним поверхностям коллектора и вызывать засоры.Размер и отчетливая форма некоторых типов пыли делают некоторые методы сбора бесполезными. Когда определенные типы материалов псевдоожижены в воздухе, они становятся легко воспламеняемыми. В этих условиях мгновенно исключаются электростатические осадители, как и большинство инерционных сепараторов.

Методы утилизации — Различия в методах утилизации в разных местах. Коллекторы могут быть приспособлены для выгрузки собранного материала либо в непрерывном режиме, либо через заранее определенный интервал времени.Удаление собранного материала из сухих систем также может привести к вторичным причинам загрязнения и загрязнения пылью. Хотя использование влажной скрубберной системы устранит эту проблему, правильное обращение с жидким навозом, образовавшимся во время цикла очистки, будет связано с совершенно другим набором проблем, таких как меры предосторожности против загрязнения воды, а также надлежащий уход и техническое обслуживание отстойных бассейнов.

Об авторе

| Доминик ДалСанто (Dominick DalSanto) — автор и эксперт по экологическим технологиям, специализирующийся на системах сбора пыли.Имея почти десятилетний практический опыт работы в отрасли, Доминик знает отрасль, выходя за рамки обычного обучения в классе. В настоящее время он работает директором по интернет-маркетингу и менеджером по контенту в Baghouse.com. Его статьи публиковались не только на Baghouse.com, но и на других отраслевых блогах и сайтах. В свободное время Доминик пишет о путешествиях и жизни за границей для различных туристических сайтов и блогов.

Follow Meon

Как работают промышленные пылесборники?

Этот простой вопрос ежедневно задают многие клиенты PCS.Большинство компаний знакомы с концепцией воздуходувок и воздуховодов, но интеграция системы пылеулавливания и понимание всех ее компонентов может сбивать с толку. Надеюсь, эта статья дает четкое и краткое представление о внутренней работе системы пылеулавливания и о том, почему вам следует выбирать один тип вместо другого.

Промышленный пылеуловитель

В простейшем виде система пылеулавливания предназначена для очистки воздуха или газа путем удаления загрязняющих веществ или частиц пыли из собранного воздуха.Пылеуловители можно разделить на 4 основных типа: инерционные сепараторы, фильтрованные коллекторы, мокрые скрубберы и электростатические осадители.

Большинство типов пылеуловителей имеют воздуховоды, которые соединяются с входом сборщика, средства для фильтрации грязного воздуха внутри устройства, систему нагнетания для создания воздушного потока через систему воздуховодов и внутренний корпус пылеуловителя, систему очистки. для фильтров и разгрузочного механизма для улавливания твердых частиц пыли в целях утилизации или утилизации.Все эти компоненты будут незначительно отличаться в зависимости от области применения, что упрощает использование этих основных ключевых элементов в системах пылеулавливания.

Какой пылеуловитель самый лучший?

В связи с тем, что на рынке представлен широкий выбор марок и типов пылеуловителей, важно сузить область поиска, основываясь на нескольких ключевых вопросах, на которые необходимо ответить: какова ваша область применения? Ваш пылесборник собирается внутри или снаружи? Каковы характеристики загрязняющих частиц или частиц пыли? Будет ли этот коллектор использоваться постоянно или периодически?

Чрезвычайно важно получить ответы на эти основные вопросы, чтобы PCS могла определить и спроектировать надлежащую систему пылеулавливания для вашего предприятия.Если вы хотите иметь низкие затраты на техническое обслуживание, низкую стоимость владения, эффективное всасывание, соответствовать любым местным или национальным нормам OSHA / NFPA и создать максимально чистую рабочую среду, необходимо надлежащее время и внимание к каждому применению, чтобы пылеуловитель работал. для ваших индивидуальных потребностей процесса.

Лучший пылеуловитель — это тот, который имеет соответствующий размер, имеет хорошую гарантию, имеет механизм очистки, который достаточно эффективен, чтобы справиться с той пылью, с которой сталкивается система, имеет правильно спроектированную систему воздуховодов и сопряженный промышленный вентилятор, а также имеет метод фильтрации в установке, который достаточно эффективен, чтобы справиться с типом и размером частиц, транспортируемых через установку.

Какой промышленный пылеуловитель мне нужен?

Как указывалось выше, промышленные системы пылеулавливания могут широко варьироваться, но приведенный ниже список должен помочь сузить его, и продавец или инженер PCS будут рады обсудить ваше приложение, чтобы выбрать правильное устройство, а также то, как пыль коллекторские работы. У нас есть много типов пылеуловителей Donaldson Torit для оптимальной работы в вашем приложении.

Применение взрывных работ:

Картриджные пылеуловители
Рабочие станции с нисходящим потоком
Шкафные устройства

Пластмассы:

Картриджный пылеуловитель
RF Baghouse
DalamaticBaghouse

Литейные:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр

Пищевая промышленность:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр
RF Пылесборник

Зерновые / сельское хозяйство:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр
RF Пылесборник

Лазерная / плазменная резка:

Пылеуловитель TD
Пылесборники с картриджем

Сварка:

Пылеуловитель TD
Пылесборники с картриджем

Мокрая обработка:

Сборщик тумана WSO
Сборщик тумана MDV
Dryflo

Металлообработка:

Пылеуловитель TD
Картриджные пылеуловители
Рабочие станции с нисходящим потоком
Вибростенды
Стенды с нисходящим потоком
Шкафные блоки

Деревообработка:

Картриджные пылеуловители
Модульный рукавный фильтр
RF Пылесборник
Cyclone

Использование частотно-регулируемого привода для снижения потребления энергии пылесборником

Пылесборники потребляют электроэнергию все время своей работы, но большая часть электрической нагрузки приходится на двигатель вентилятора, который перемещает воздух через систему.Частотно-регулируемый привод (VFD) может минимизировать энергию, потребляемую двигателем вентилятора.

Потребление энергии прямо пропорционально объему воздуха (или куб. Фут / мин), который двигатель перемещает через систему. Пылесборники — это изменяемые системы. Их сопротивление потоку воздуха (падение давления) изменяется со временем в зависимости от того, насколько заполнены фильтрующие картриджи пылью.

Без какого-либо вмешательства на ранних этапах срока службы фильтров, когда статическое давление на них низкое, вентилятор будет перемещать больше воздуха, чем необходимо.Это потребляет ненужную энергию, а также приводит к попаданию воздуха в фильтры с высокой скоростью, что сокращает срок службы фильтра.

На поздних стадиях срока службы фильтров, когда они загружены частицами пыли, воздушный поток становится ограниченным, и вентилятор должен работать более интенсивно, чтобы поддерживать достаточно высокий воздушный поток, чтобы улавливать частицы пыли. Это увеличивает статическое давление, также называемое падением давления, которое измеряется в дюймах водяного столба. На этом этапе необходимо отрегулировать воздушный поток, чтобы избежать чрезмерного потребления энергии.Это можно сделать вручную или путем установки частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Ручная регулировка воздушного потока

В пылеуловителях обычно используется демпфер на выходе из двигателя вентилятора для механического изменения статического давления системы. Один из вариантов изменения воздушного потока — вручную отрегулировать эти заслонки. Когда фильтры новые, заслонку можно закрыть еще больше, чтобы добиться желаемого потока воздуха. По мере загрязнения фильтров заслонку можно открыть больше, чтобы увеличить поток воздуха.

Этот рисунок иллюстрирует типичную взаимосвязь между вентилятором с постоянной скоростью вращения и потреблением энергии при использовании выпускной заслонки для механического регулирования статического давления в системе.

Устройство контроля энергии

Лучшим вариантом является использование частотно-регулируемого привода для электрического управления скоростью вентилятора. ЧРП — это электрическое устройство, которое автоматически регулирует частоту и потребляемую мощность двигателя вентилятора. Обычное человеческое взаимодействие больше не требуется.ЧРП, оснащенный датчиком воздушного потока или статического давления, автоматически определяет изменения в воздушном потоке и падении давления и регулирует скорость вращения вентилятора, чтобы вернуть в систему оптимальный воздушный поток. Операторы достигают значительной экономии электроэнергии в долгосрочной перспективе, поскольку количество энергии, необходимое для работы двигателя вентилятора, зависит от скорости.

Когда фильтры новые, привод снижает скорость вентилятора, чтобы получить желаемый воздушный поток. Когда фильтры заполняются пылью, привод ускоряет вентилятор, чтобы поддерживать постоянный поток воздуха.Электрическое управление намного более эффективно, чем вмешательство человека, в поддержании желаемого воздушного потока и минимизации потребляемой электроэнергии.

Регулировка частоты входящей мощности — эффективный способ изменить скорость двигателя вентилятора, поскольку их соотношение прямо пропорционально. Например, частотно-регулируемый привод может заменить двигатель, который работает со скоростью 3600 об / мин при 60 Гц, на работу со скоростью 1800 об / мин при 30 Гц. Вентилятор потребляет только количество энергии, необходимое для конкретной скорости вентилятора. Например, вентилятор, который работает на 25% медленнее, будет использовать 42% мощности, необходимой для полной скорости.Тот же вентилятор, работающий на 50% медленнее, будет использовать 12% мощности на полной скорости.

Суть в том, что частотно-регулируемые приводы позволяют пользователям сэкономить в среднем 30% затрат на электроэнергию для эксплуатации пылесборника. Кроме того, снижаются затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию, так как регулировка скорости вращения вентилятора не требует вмешательства человека.

Рисунок справа иллюстрирует множественные отношения, которые определяют количество энергии, используемой на разных скоростях. Эти графики были взяты из 26-го издания Руководства по промышленной вентиляции, рекомендованного для проектирования, рис. 7-9b).Было доказано, что преобразователи частоты экономят в среднем 4 дюйма вод. Ст. статического давления в течение срока службы фильтров. Дополнительная экономия капитальных затрат, возможная за счет установки частотно-регулируемого привода в системе пылеулавливания, будет зависеть от различных приложений. Однако окупаемость инвестиций обычно составляет менее года.

Рассмотрим этот пример

У вас есть пылеуловитель с двигателем мощностью 50 л.с., работающим с КПД 85%, 460 В, частотой 60 Гц, током 57 ампер при полной нагрузке и 1500 об / мин.Если частотно-регулируемый привод работает круглосуточно, без выходных, коллектор будет использовать мощность 38,6 кВт при полной нагрузке. Если тариф на электроэнергию составляет 0,10 доллара за кВт · ч, то эксплуатация коллектора будет стоить 33 776 долларов в год. При установке частотно-регулируемого привода (ориентировочная стоимость 11 000 долларов США) тот же пылеуловитель будет стоить 17 012 долларов в год, что приведет к экономии 16 763 долларов в год. VFD окупится менее чем за 8 месяцев.

Как работает циклонный пылеуловитель

Если вы используете фрезерный станок с ЧПУ или фрезерный станок с ЧПУ в мастерской, вот полное объяснение того, как циклонный пылеуловитель работает на фрезерном станке с ЧПУ.

Циклонный пылеуловитель для фрезерного станка с ЧПУ

В нашей мастерской мы разрабатываем и производим различные виды продукции и материалов для наших нужд или клиентов. Много раз у нас были проблемы с пылью, мусором. Поэтому мы решили модернизировать — добавить его на станок с ЧПУ и получить идеальное извлечение для нашей работы. Пылеуловитель циклонного сепаратора управляем с ЧПУ. Циклонный пылеуловитель подключается к контроллеру ЧПУ, и мы включаем / выключаем его с помощью кода G. Включите / выключите, мы настраиваем G-код M08 (ВКЛ) и M09 (ВЫКЛ).PoKeys57CNC имеет релейный выход, и мы включаем / выключаем пылесборник, а также двигатель шпинделя.

Что такое циклонный пылеуловитель?

Циклонный пылеуловитель

представляет собой полезное устройство, которое соединяется с пылесборным шлангом с устройством (станком, ЧПУ…), производящим пыль, и с промышленным пылесосом или другим устройством, создающим вакуум. Принцип работы устройства описан и представлен в главе ниже.

Как работает циклонный пылеуловитель?

Принцип работы циклонного пылеуловителя

прост.Пыль попадает через шланг от машины (ЧПУ …) или другого устройства в циклон, там пыль начинает циркулировать. Материал / пыль, попавшие в циклонный коллектор, раскручиваются на стенке вихревым движением. Центробежная сила толкает пыль вниз, потому что в форме пылесборника материал быстрее раскручивает пыль и падает в контейнер. Механическое разделение очень эффективно, эффективность обработки данных составляет около 99%, а после испытаний с различными типами материалов и различной толщиной система работает правильно, а эффективность действительно высока.

Когда система работает и материал-пыль через шланг попадает в пылесборник, мы производим статическое электричество в зависимости от типа материала. Когда мы работаем с пластиком или деревом, это происходит из-за движения через шланг, генерирующего статическое электричество. Важно использовать качественные детали (антистатический шланг), а система должна быть заземлена. Обратите внимание на заземление , места, где мы собираем шланги, хомуты, контейнер должны быть правильно заземлены (на фото ниже) и подключены к розетке (заземлению) или независимо.Важно хорошо заземлить, иначе могут возникнуть проблемы с электроникой.

Принцип работы циклонного пылеуловителя

преимущества:

  • легко чистить,
  • вся пыль остается в пылеуловителе,
  • лучше чистится,
  • проста в эксплуатации и очищает барелл,
  • адаптирует вашу систему к вашим потребностям,
  • просто для использования,
  • используется для много материалов: дерево, металл, пластмасса, горное дело…

Перед тем, как начать проект, мы увидели множество версий / реализаций циклонной пылеулавливающей системы.Поэтому мы решили использовать / изготовить большинство деталей для нашей системы. Для системы мы печатаем на 3d принтере много полезных деталей, которые мы используем при реализации для нашего проекта. Принцип работы системы прост, и система работает исправно и нормально.

Как сделать-собрать циклонный коллектор?

Мы решаем сделать это самостоятельно. Раньше у нас был пылесос, поэтому нам нужно выяснить, как лучше всего установить всасывающие трубы и какой тип пылесборника мы будем использовать. Основные детали: пылесос и пылесборник, которые есть в мастерской, поэтому нам нужно проверить, какие еще детали нам нужно купить или изготовить.

Для сборки очень важно иметь качественные детали, потому что легче сделать хороший продукт или решение, а качественное решение в нашем случае модернизировать машину с автоматической системой всасывания.

  • Антистатический шланг ( важный ) ,
  • хомуты для шлангов,
  • прокладки (между крышкой контейнера и циклонным коллектором),
  • контейнер (мы используем металлический контейнер объемом 60 л),
  • болты,
  • крышка бочки (с прокладкой).

Как установить, подключить и настроить в MACh5

Наконец мы подошли к подключению, настройке и настройке пылесоса (пылеуловителя) в Mach5. После механической установки элементов / деталей в мастерской и модификации системы в соответствии с нашими потребностями мы должны решить, как включить / выключить пылесос. Мы решаем, для включения / выключения мы используем наш контроллер ЧПУ, потому что у нас есть 2 розетки в блоке управления, к которым мы присоединяем циклонный коллектор (пылесос) и двигатель шпинделя. Если у вас нет розетки на вашем контроллере, это несколько шагов, чтобы установить, настроить его на Pokeys57CNC и использовать функции устройства.

  • Во-первых: подключите релейный модуль к периферийному устройству (пылесос, двигатель шпинделя, частотно-регулируемый привод…),
  • Во-вторых: сконфигурируйте выходные сигналы в программе Mach5, и вы можете включить / выключить его с помощью M-кода.

В нашем случае мы используем выходной сигнал для включения охлаждающей жидкости (фото ниже), потому что у нас нет системы охлаждающей жидкости на наших машинах, и легко запомнить, какой M-код используется для включения / выключения (M8 / M9) система.

Циклонный пылеуловитель и система работают нормально, мы рекомендуем циклонный пылеуловитель.

Подробнее о

Веб-страница PoLabs,

Дополнительная информация об устройствах ввода-вывода Pokeys.

Похожие сообщения

Как выбрать USB-осциллограф

Основные рабочие характеристики USB-осциллографа В предыдущем посте мы раскрыли ключевые характеристики производительности …

В последней версии PoScope4 представлены новые функции и улучшения производительности. Axes …

Регистратор данных Raspberry Pi с PoKeys as …

Универсальность устройства PoKeys делает его подходящим для использования в качестве…

Mitsubishi Power | Электростатические осадители (ESP)

Основные принципы ESP


На разрядный электрод подается высокое напряжение, вызывающее коронный разряд, который производит отрицательные ионы. Электрически заряженная пыль накапливается на собирающем электроде под действием электрического поля.
Скопившаяся пыль удаляется ударным молотком (сухой ESP), скребковой щеткой (сухой ESP) или промывкой водой (влажный ESP).

Характеристики пылеулавливания и характеристики пыли


Накопленные нами ноу-хау в области оценки характеристик различных свойств пыли и состояния дымовых газов, а также обширный практический опыт отражены в конструкции ЭЦН.

Улучшения производительности ESP для борьбы с пылью с высоким удельным сопротивлением


Наиболее важным аспектом ЭЦН для угольных котлов является сохранение и повышение пылеулавливающей способности пыли с высоким удельным сопротивлением. На основании исследования механизма явления обратной короны было разработано несколько усовершенствований для противодействия пыли с высоким сопротивлением.
Наши технологии показаны в следующей таблице. Мы можем предложить подходящие технологии для заводских приложений и операций и можем реализовать как компактную конструкцию, так и высокую эффективность.

Контрмера Метод Наши технологии
(1) Удаление слоя пыли Полное удаление пыли с электрода Подвижный электрод типа ESP
Влажный ESP
(2) Уменьшение удельного сопротивления Понижение температуры газа Высокоэффективный AQCS (низкотемпературный ESP)
(3) Текущий контроль слоя пыли Контроль подачи электроэнергии Прерывистое включение
Импульсное включение

% PDF-1.4 % 956 0 объект > эндобдж xref 956 126 0000000016 00000 н. 0000002891 00000 н. 0000003123 00000 н. 0000003275 00000 н. 0000003314 00000 н. 0000003372 00000 н. 0000003437 00000 н. 0000004263 00000 н. 0000004600 00000 н. 0000004667 00000 н. 0000004767 00000 н. 0000004873 00000 н. 0000005037 00000 н. 0000005097 00000 н. 0000005290 00000 н. 0000005383 00000 п. 0000005475 00000 н. 0000005594 00000 н. 0000005712 00000 н. 0000005819 00000 н. 0000005930 00000 н. 0000006036 00000 н. 0000006148 00000 п. 0000006255 00000 н. 0000006366 00000 н. 0000006472 00000 н. 0000006577 00000 н. 0000006696 00000 н. 0000006813 00000 н. 0000006922 00000 н. 0000007055 00000 н. 0000007230 00000 н. 0000007428 00000 н. 0000007547 00000 н. 0000007657 00000 н. 0000007790 00000 н. 0000007953 00000 н. 0000008112 00000 н. 0000008254 00000 н. 0000008427 00000 н. 0000008533 00000 н. 0000008616 00000 н. 0000008713 00000 н. 0000008810 00000 н. 0000008977 00000 н. 0000009076 00000 н. 0000009241 00000 н. 0000009360 00000 п. 0000009553 00000 н. 0000009689 00000 н. 0000009853 00000 п. 0000010046 00000 п. 0000010252 00000 п. 0000010388 00000 п. 0000010564 00000 п. 0000010741 00000 п. 0000010883 00000 п. 0000011025 00000 п. 0000011208 00000 п. 0000011320 00000 п. 0000011460 00000 п. 0000011568 00000 п. 0000011729 00000 п. 0000011884 00000 п. 0000011999 00000 н. 0000012111 00000 п. 0000012231 00000 п. 0000012352 00000 п. 0000012486 00000 п. 0000012607 00000 п. 0000012727 00000 п. 0000012848 00000 п. 0000012969 00000 п. 0000013091 00000 п. 0000013212 00000 п. 0000013333 00000 п. 0000013431 00000 п. 0000013528 00000 п. 0000013624 00000 п. 0000013720 00000 п. 0000013816 00000 п. 0000013913 00000 п. 0000014010 00000 п. 0000014107 00000 п. 0000014204 00000 п. 0000014301 00000 п. 0000014398 00000 п. 0000014495 00000 п. 0000014592 00000 п. 0000014689 00000 п. 0000014787 00000 п. 0000014885 00000 п. 0000014983 00000 п. 0000015080 00000 п. 0000015242 00000 п. 0000015399 00000 п. 0000015704 00000 п. 0000015916 00000 п. 0000016683 00000 п. 0000016707 00000 п. 0000017874 00000 п. 0000017897 00000 п.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *