Коммуникации в домашней обстановке

Коллекторный электродвигатель.

Коллекторный электродвигатель — электрическая машина в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточноколлекторный узел.

Имеет разновидности:

§ коллекторный электродвигатель постоянного тока

§ универсальный коллекторный двигатель (УКД)

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.