Động cơ cổ góp là máy điện đồng bộ, trong đó công tắc dòng điện trong cuộn dây và cảm biến vị trí rôto được chế tạo dưới dạng cùng một thiết bị - cụm góp chổi than. Thiết bị này có nhiều dạng.
Giống
Một động cơ cổ góp DC thường bao gồm các hạng mục như:
- rôto ba cực trên vòng bi tay áo;
- stator nam châm vĩnh cửu hai cực;
- tấm đồng làm bàn chải của cụm cổ góp.
Bộ này là điển hình cho các giải pháp công suất thấp nhất thường được sử dụng trong đồ chơi trẻ em, nơi không yêu cầu công suất cao. Các động cơ mạnh mẽ hơn bao gồm một số yếu tố cấu trúc khác:
- bốn bàn chải graphite ở dạng một bộ sưu tập;
- rôto nhiều cực trên ổ lăn;
- stator nam châm vĩnh cửu có bốn cực.
Thường xuyên nhất là loại thiết bị động cơ nàyđược sử dụng trong ô tô hiện đại để điều khiển quạt của hệ thống làm mát và thông gió, máy bơm giặt, cần gạt nước và các bộ phận khác. Ngoài ra còn có các tổng hợp phức tạp hơn.
Công suất của động cơ điện vài trăm watt liên quan đến việc sử dụng stato bốn cực làm bằng nam châm điện. Để kết nối các cuộn dây của nó, một trong số các phương pháp có thể được sử dụng:
- Nối tiếp với rôto. Trong trường hợp này, mô-men xoắn cực đại lớn sẽ thu được, tuy nhiên, do tốc độ không tải cao nên nguy cơ hỏng động cơ cao.
- Song song với rôto. Trong trường hợp này, tốc độ vẫn ổn định trong điều kiện tải thay đổi, nhưng mô-men xoắn cực đại ít hơn đáng kể.
- Kích từ hỗn hợp, khi một phần của cuộn dây được mắc nối tiếp và một phần mắc song song. Trong trường hợp này, các ưu điểm của các tùy chọn trước đó được kết hợp với nhau. Loại này dùng cho người khởi động ô tô.
- Kích từ độc lập, sử dụng nguồn điện riêng biệt. Trong trường hợp này, các đặc tính tương ứng với kết nối song song thu được. Tùy chọn này hiếm khi được sử dụng.
Động cơ cổ góp có những ưu điểm nhất định: dễ chế tạo, sửa chữa, vận hành và tuổi thọ khá lớn. Như những nhược điểm, điều sau đây thường được nhấn mạnh: thiết kế hiệu quả của các thiết bị này thường có tốc độ cao và mô-men xoắn thấp, vì vậy hầu hết các ổ đĩa đều yêu cầu lắp hộp số. Khẳng định này là có cơ sởvì một máy điện được định hướng ở tốc độ thấp được đặc trưng bởi hiệu suất bị đánh giá thấp, cũng như các vấn đề làm mát liên quan đến điều này. Những vấn đề thứ hai đến nỗi rất khó để tìm ra một giải pháp phù hợp cho chúng.
Động cơ cổ góp đa năng
Biến thể này là một loại máy cổ góp DC có khả năng hoạt động trên cả DC và AC. Thiết bị này đã trở nên phổ biến trong một số loại thiết bị gia dụng và dụng cụ cầm tay do kích thước nhỏ, trọng lượng thấp, giá thành rẻ và dễ điều khiển tốc độ. Khá thường thấy như một phương tiện kéo trên các tuyến đường sắt của Hoa Kỳ và Châu Âu. Bạn có thể coi thiết bị của động cơ điện.
Tính năng thiết kế
Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, bạn nên xem xét chi tiết hơn điều gì đã hình thành cơ sở của thiết bị được trình bày. Loại động cơ cổ góp đa năng là thiết bị dòng điện một chiều với các cuộn dây kích từ mắc nối tiếp, được tối ưu hóa cho hoạt động trên dòng điện xoay chiều của mạng cung cấp điện gia đình. Động cơ quay theo một hướng, không phụ thuộc vào cực tính. Điều này là do thực tế là kết nối nối tiếp của cuộn dây stato và rôto dẫn đến sự thay đổi đồng thời trong các cực từ của chúng và do đó, mô-men xoắn tạo ra được hướng theo một hướng.
Nó được làm bằng gì?
Động cơ cổ góp AC liên quan đến việc sử dụng từ tínhvật liệu mềm với độ trễ thấp. Để giảm tổn thất dòng điện xoáy, phần tử này được làm bằng các tấm xếp chồng lên nhau có lớp cách nhiệt. Là một tập hợp con của các máy thu điện xoay chiều, thường là các đơn vị dòng điện tạo xung đơn lẻ, có được bằng cách chỉnh lưu dòng điện của mạch một pha mà không sử dụng làm mịn gợn sóng.
Động cơ cổ góp xoay chiều thường được đặc trưng bởi đặc điểm sau: ở chế độ tốc độ thấp, điện trở cảm ứng của các cuộn dây stato không cho phép dòng điện tiêu thụ quá giới hạn nhất định, trong khi mô-men xoắn cực đại của động cơ là cũng được giới hạn ở 3-5 của danh nghĩa. Tính gần đúng của các đặc tính cơ học đạt được thông qua việc sử dụng phân cắt các cuộn dây stato - các đầu ra riêng biệt được sử dụng để kết nối dòng điện xoay chiều.
Một nhiệm vụ khá khó khăn liên quan đến việc chuyển đổi một máy thu dòng điện xoay chiều mạnh mẽ. Tại thời điểm khi mặt cắt đi qua trung tính, từ trường tham gia vào rôto, thay đổi hướng của nó sang hướng ngược lại, và điều này gây ra sự tạo ra EMF phản kháng trong mặt cắt. Điều này xảy ra khi chạy bằng nguồn AC. Trong máy thu dòng xoay chiều cũng diễn ra EMF phản kháng. Máy biến áp EMF cũng được lưu ý ở đây, vì rôto nằm trong từ trường stato, xung nhịp theo thời gian. Không thể khởi động trơn tru động cơ thu nhiệt, vì tại thời điểm này biên độ của máy sẽ là cực đại, và khi nó tiến gần đến tốc độ đồng bộ, nó sẽ giảm theo tỷ lệ. Càng thêmtăng tốc, một mức tăng mới sẽ được ghi nhận. Để giải quyết vấn đề chuyển mạch trong trường hợp này, một số bước tuần tự được đề xuất:
- Phần quay vòng một nên được ưu tiên trong thiết kế để giảm dòng chảy ly hợp.
- Điện trở hoạt động của phần này cần được tăng lên, trong đó các phần tử hứa hẹn nhất là điện trở trong các tấm thu nhiệt, nơi có thể quan sát được khả năng làm mát tốt.
- Cổ góp phải được mài bằng chổi có độ cứng tối đa với sức cản lớn nhất.
- EMF phản kháng có thể được bù bằng cách sử dụng các cực bổ sung với cuộn dây nối tiếp và cuộn dây song song có thể áp dụng cho bù EMF máy biến áp. Vì giá trị của tham số thứ hai là hàm của vận tốc góc của rôto và dòng điện từ hóa, các cuộn dây như vậy yêu cầu sử dụng hệ thống điều khiển phụ, chưa tồn tại.
- Tần số của các mạch cung cấp phải càng thấp càng tốt. Các tùy chọn phổ biến nhất là 16 và 25 Hz.
- Đảo chiều của UKD được thực hiện bằng cách chuyển đổi cực của cuộn dây stato hoặc rôto.
Ưu nhược điểm
Các điều kiện sau được sử dụng để so sánh: các thiết bị được kết nối với mạng điện gia dụng có hiệu điện thế 220 vôn và tần số 50 Hz, trong khi công suất động cơ là như nhau. Sự khác biệt trong các đặc tính cơ học của các thiết bị có thể là một bất lợi hoặc một lợi thế trongtùy thuộc vào yêu cầu của ổ đĩa.
Vì vậy, động cơ cổ góp AC: ưu điểm so với động cơ DC:
- Kết nối với mạng được thực hiện trực tiếp và không cần sử dụng các thành phần bổ sung. Trong trường hợp đơn vị DC, cần phải chỉnh lưu.
- Dòng điện khởi động nhỏ hơn nhiều, điều này rất quan trọng đối với các thiết bị được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.
- Nếu có một mạch điều khiển, thiết bị của nó đơn giản hơn nhiều - một bộ biến trở và một thyristor. Nếu bộ phận điện tử bị lỗi, thì động cơ thu nhiệt, giá tùy thuộc vào công suất và dao động từ 1.400 rúp trở lên, sẽ vẫn hoạt động, nhưng sẽ ngay lập tức bật hết công suất.
Cũng có những nhược điểm nhất định:
- Do tổn thất do đảo chiều stato và điện cảm, hiệu suất tổng thể bị giảm đáng kể.
- Mô-men xoắn cực đại cũng đã được giảm xuống.
Động cơ điện một pha góp phần có những ưu điểm nhất định so với động cơ không đồng bộ:
- sự nhỏ gọn;
- thiếu ràng buộc với tần số và tốc độ mạng;
- mô-men xoắn khởi động đáng kể;
- tỷ lệ giảm và tăng tốc độ ở chế độ tự động, cũng như tăng mô-men xoắn khi tăng tải, trong khi điện áp nguồn không thay đổi;
- điều khiển tốc độ có thể trơn tru trên một phạm vi khá rộng bằng cách thay đổi điện áp cung cấp.
Nhược điểm so với động cơ cảm ứng
- khi tải thay đổi, tốc độ sẽ không ổn định;
- cụm đầu thu chổi làm cho thiết bị không đáng tin cậy lắm (nhu cầu sử dụng chổi cứng nhất làm giảm đáng kể tài nguyên);
- Việc chuyển mạch AC gây ra tia lửa mạnh trên bộ thu và hình thành nhiễu sóng vô tuyến;
- độ ồn cao trong quá trình hoạt động;
- ống góp có đặc điểm là có một số lượng lớn các bộ phận, làm cho động cơ khá lớn.
Động cơ cổ góp hiện đại được đặc trưng bởi một nguồn tài nguyên có thể so sánh với khả năng của các bánh răng cơ khí và cơ quan làm việc.
So sánh khác
Khi so sánh động cơ góp và động cơ không đồng bộ có cùng công suất, không phụ thuộc vào tần số danh định của động cơ sau, ta thu được một đặc tính khác. Điều này sẽ được mô tả chi tiết hơn bên dưới. Động cơ điện cực thu đa năng thực hiện đặc tính "mềm". Trong trường hợp này, mômen tỷ lệ thuận với tải trọng lên trục, trong khi số vòng quay tỷ lệ nghịch với nó. Mômen định mức thường nhỏ hơn cực đại 3 - 5 lần. Giới hạn tốc độ không tải được đặc trưng bởi tổn thất trong động cơ, trong khi bật một thiết bị mạnh mẽ mà không có tải, nó có thể bị sập.
Đặc tính của động cơ không đồng bộ là "quạt", tức là bộ phận duy trì tốc độ gần với danh định, tăng mômen càng mạnh càng tốt khi tốc độ giảm một chút. Nếu chúng ta đang nói về một sự thay đổi đáng kể của chỉ số này, thì mô-men xoắn của động cơ không những không tăng mà còn giảmvề 0, dẫn đến dừng hoàn toàn. Tốc độ không tải cao hơn một chút so với danh nghĩa, trong khi không đổi. Một đặc điểm của động cơ cảm ứng một pha là một tập hợp bổ sung các vấn đề liên quan đến khởi động, vì nó không phát triển mômen khởi động trong điều kiện bình thường. Từ trường của stato một pha, đập theo thời gian, chia thành hai trường có pha ngược chiều nhau, khiến nó không thể khởi động nếu không có đủ mọi thủ thuật:
- điện dung tạo ra pha nhân tạo;
- rãnh xẻ;
- kháng tích cực tạo thành pha nhân tạo.
Về mặt lý thuyết, trường quay chống pha làm giảm hiệu suất tối đa của tổ máy không đồng bộ một pha xuống 50-60% do tổn thất trong hệ thống từ siêu bão hòa và cuộn dây có dòng ngược trường. Nó chỉ ra rằng có hai máy điện trên cùng một trục, trong khi một máy hoạt động ở chế độ động cơ và thứ hai ở chế độ đối lập. Nó chỉ ra rằng động cơ điện thu góp một pha không biết đối thủ cạnh tranh trong các mạng tương ứng. Đây là điều xứng đáng được phổ biến cao như vậy.
Các đặc tính cơ học của động cơ điện cung cấp cho nó một phạm vi sử dụng nhất định. Tốc độ thấp, bị giới hạn bởi tần số của nguồn điện xoay chiều, làm cho các khối không đồng bộ có công suất tương tự có trọng lượng và kích thước lớn hơn so với các bộ thu phổ thông. Tuy nhiên, khi đưa vào mạch nguồn của biến tần với tần số cao, có thể đạt được kích thước và trọng lượng tương đương. Độ cứng của đặc tính cơ vẫnđộng cơ, được bổ sung thêm tổn thất chuyển đổi hiện tại, cũng như tăng tần số, tổn thất từ tính và cảm ứng tăng lên.
Tương tự mà không cần lắp ráp đa tạp
Một động cơ cổ góp xoay chiều có một tương tự gần nhất với nó về đặc tính cơ học - một van, trong đó cụm góp chổi than được thay thế bằng một biến tần được trang bị cảm biến vị trí rôto. Hệ thống sau được sử dụng làm hệ thống tương tự điện tử của thiết bị này: bộ chỉnh lưu, động cơ đồng bộ với cảm biến vị trí góc rôto, kết hợp với bộ biến tần. Tuy nhiên, sự hiện diện của nam châm vĩnh cửu trong rôto làm giảm mô-men xoắn cực đại trong khi vẫn duy trì kích thước.
Nguyên lý hoạt động
Thiết bị động cơ điện cực thu thể hiện cách thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng và ngược lại. Điều này cho thấy khả năng của nó được sử dụng như một máy phát điện. Cần xem xét chi tiết hơn về động cơ điện bộ thu, sơ đồ sẽ thể hiện khả năng của nó.
Các định luật vật lý nói rõ rằng khi cho dòng điện chạy qua vật dẫn trong từ trường thì sẽ tác dụng một lực nhất định lên vật dẫn. Trong trường hợp này, quy tắc bàn tay phải hoạt động, có tác động trực tiếp đến công suất của động cơ điện. Động cơ cổ góp hoạt động chính xác trên nguyên tắc cơ bản này.
Vật lý dạy chúng ta rằng cơ sởtạo ra những điều đúng đắn là những quy tắc nhỏ. Điều này là cơ sở để tạo ra một khung quay trong từ trường, từ đó có thể tạo ra một động cơ điện cực thu. Biểu đồ cho thấy rằng một cặp dây dẫn được đặt trong một từ trường, dòng điện của chúng chuyển động ngược chiều và do đó các lực cũng vậy. Tổng của chúng cho ra mô-men xoắn cần thiết. Thiết bị của động cơ điện phức tạp hơn nhiều, vì toàn bộ phức hợp các yếu tố cần thiết đã được thêm vào nó, đặc biệt là một bộ góp cung cấp cùng chiều dòng điện qua các cực. Việc di chuyển không đều đã được loại bỏ bằng cách đặt nhiều cuộn dây hơn trên phần ứng, trong khi nam châm vĩnh cửu được thay thế bằng cuộn dây, điều này loại bỏ nhu cầu về dòng điện một chiều. Điều này làm cho nó có thể cung cấp cho mô-men xoắn theo một hướng duy nhất.
Tự sửa chữa động cơ điện
Giống như bất kỳ thiết bị nào khác, thiết bị này có thể bị lỗi vì bất kỳ lý do gì. Nếu động cơ điện, ảnh mà bạn có thể thấy trong bài đánh giá của chúng tôi, không thể đạt được số vòng quay cần thiết hoặc trục không quay khi khởi động, bạn cần kiểm tra xem các cầu chì của nó có bị nổ không, có bị đứt không. mạch điện phần ứng, nếu bản thân thiết bị bị quá tải. Rất thường xuyên, quá tải dẫn đến tiêu thụ dòng điện bất thường. Để loại bỏ sự cố này, cần phải kiểm tra cẩn thận bộ truyền động cơ khí và phanh, sau đó loại bỏ các nguyên nhân gây quá tải.
Thiết kế của động cơ điện sao cho khi nó khởi động, nó sẽ tiêu thụmột lượng dòng điện nhất định. Nếu giá trị này lớn hơn giá trị danh định, thì phải kiểm tra tính nhất quán của kết nối của cuộn dây song song và cuộn dây nối tiếp với nhau, cũng như liên quan đến bộ điều chỉnh. Khi tiến hành sửa chữa động cơ điện, những lỗi khá cụ thể thường mắc phải nhất. Đặc biệt, cuộn dây shunt có thể được mắc nối tiếp với điện trở của bộ biến trở hoặc được nối với một cực của mạng điện.
Kiểm tra tính nhất quán của kết nối của cuộn dây kích từ làm việc được thực hiện bằng cách kết nối một trong các đầu của cuộn dây shunt với đầu neo và đầu thứ hai - với dây dẫn điện đến từ hồ quang biến trở. Thông thường tiết diện của dây dẫn điện này nhỏ hơn một chút so với các dây dẫn điện khác, vì vậy nó có thể được phát hiện mà không cần megger. Sau khi bật công tắc nguồn và chuyển thanh trượt bộ điều chỉnh khí áp sang vị trí chính giữa, nguồn điện sẽ được cung cấp cho các đầu tự do. Bằng đèn điều khiển, việc kiểm tra tuần tự của tất cả các đầu dẫn điện được thực hiện. Khi bạn chạm vào một trong số chúng, đèn sẽ sáng, nhưng không sáng với đèn còn lại. Đây là cách toàn bộ động cơ được kiểm tra. Giá của công việc được thực hiện sẽ phụ thuộc vào loại sự cố của đơn vị.
Nếu trong quá trình hoạt động của thiết bị có số vòng quay nhỏ hơn danh định thì những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này thường là: điện áp nguồn thấp, thiết bị quá tải, dòng điện kích thích lớn. Nếu ghi nhận sự không hoạt động có tính chất ngược lại, thì phải kiểm tra mạch kích từ, loại bỏ tất cả các khuyết tật đã xác định, sau đóbạn có thể đặt giá trị bình thường của dòng kích từ. Trong một số trường hợp, có thể cần phải quấn lại động cơ.
Khi lý do cho sự không hoạt động của thiết bị là do ghép nối sai các cuộn dây trường song song và nối tiếp, cần phải khôi phục lại thứ tự kết nối chính xác. Nếu không thể loại bỏ sự cố như vậy một cách đơn giản, có thể cần phải quấn lại các động cơ điện. Cũng cần kiểm tra độ lớn của điện áp trong mạng điện, vì khi giá trị danh định tăng lên, số vòng quay của thiết bị có thể tăng lên.
