СОДЕРЖАНИЕ: 1. Введение. 2. Из истории электромеханики. 3. Устройство якоря электродвигателя постоянного тока. 4. Остальные части конструкции ДПТ. Типы электродвигателей. 5. Принцип работы двигателя постоянного тока. 6. Электродвижущая сила. 7. Регулировка скорости вращения. 8. Шунтирование якоря. 9. Реакция якоря. 10. Коммутация. 11. Электродвигатель с полым и дисковым якорем. 12. Ротор бесколлекторного двигателя. 13. Якорь двигателя переменного тока. 14. Потери электрические и механические. 15. Плановая очистка якоря. 16. Определение поломок. 17. Перемотка якоря. Этапы и особенности. 18. Балансировка якоря. 19. Заключение.ВВЕДЕНИЕ.
Важный структурный компонент электрического привода дал существования невероятному количеству техники. Именно она приносит нашей жизни комфорт, облегчает труд, помогает путешествовать и отдыхать. Без электрооборудования вообразить современный мир невозможно. Редуктора ставят на транспорт: поезда, трамваи, троллейбусы. Мощные станки занимают огромные заводские помещения. Бытовая техника, инструмент для сильной половины человечества - все работает, благодаря двигателю. При необходимости обеспечить постоянную скорость движения применяют электродвигатели постоянного тока, обладающего высокой мощностью, плавным пуском, отсутствием реактивного сопротивления. Что за важная часть? Она называется "ротор" или "якорь". Некоторые особенности устройства присущи различным машинам, но об этом чуть ниже.ИЗ ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ.
Немного предистории. Первым электрическим движком считают незатейливую конструкцию британского физика Майкла Фарадея. Позже, он открыл магнитную индукцию замкнутого контура. 1822 - год открытия магнитного эффекта соленоида. Для усиления потока французский ученый Андре Мари Ампер предложил поместить железный фрагмент внутрь катушки. Лондон, 1833 год. Уильям Стерджен показал публике устройство на непрерывном токе. Это приспособление стало первым эксплуатационно задействованным. Спустя год, физик академии наук Санкт-Петербурга Б. Якоби изобрел привод с непосредственным вращением рабочего вала. Это событие стало сенсационным прорывом, произведшим фурор! Более ранние устройства содержали якорь качения или возвратно-поступательного движения. Якоби установил на катер с лопастными колесами мотор, подсоединенный к гальваническим батареям. На борт поднялись шестнадцать пассажиров. Лодка развила скорость даже против ветра. Важной страницей истории механики стало появление кольцевого якоря итальянца Пичинотти. Следующим этапом стало открытие эффекта самовозбуждения. Американский выдумщик, экспериментатор Томас Девенпорт, благодаря своим опытам создал первый электромотор. Конец восьмидесятых годов 19 века отметился появлением ротора по типу “беличьей клетки”.1886 год ознаменовался появлением двигателя, давшим характерные особенности современным аппаратам. Начало 20 века стремительно развивает и совершенствует электротехнику.. Спустя десятилетия появляется якорь различных конструкций.УСТРОЙСТВО ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Сперва быстренько уясним суть устройства. Общее строение ДПТ неизменно. Основные части механизма - якорь, статор, коллектор и щетки. Якорь - движимая деталь, представлен медной обмоткой, преобразует электрическую энергию в механическую. Подает электричество из сетевого источника - в двигателе, и снимает разницу потенциалов в генераторе. Статор - исходник образования статичного Ф. Большинство приводов работает, основываясь сменой полярности: притяжения-отталкивания. Этот принцип используется поныне. Направление поля определяют по правилам "буравчика", "правой руки" для генераторов, "левой руки" для двигателей. Якорь отвечает за несколько функций. Продуцируют магнитное поле, которое, взаимодействуя с Ф конденсатора, задает движение. Передает крутящий момент на вал. Конструктивно объединяет четыре компонента: вал, сердечник, обмотка, коллекторно-щеточный узел. Коллектор питается из сети через щетки. Они дают скользящий контакт, со временем изнашиваются, вследствие требуют замены. Одна из щеток всегда присоединена к плюсовому проводнику, вторая - минусовому. Коллектор, собранный из полуколец ферромагнетика, разделенных воздушными зазорами. Является преобразователем. Имеет специальные выступы, куда припаивается намотка. Это дорогостоящий, склонный поломке элемент. На нем образуется искрение при выходе из строя контактного графитового узла, сильно засоряется, что доставляет более серьезные разрушения вплоть до обрывного замыкания медного каркаса, снижая срок службы устройства. Чтобы не было стопорения необходим беспрерывный реверс электронов. Коллектор укомплектованный медными изолированными полукольцами, требует к себе внимания. Основной полюс собран стальными пластинками. В моторах небольших габаритов полностью сделан из константных магнитов. Подробное описание устройства. Вал - несущий стержень из электротехнической стали высокой прочности. Держит все остальные детали. По обоим концам располагает канавками под подшипники. Более длинный конец передает крутящий момент механизму. Сердечник - сборный барабан штампованных стальных дисков, лакированных или обособленных диэлектриком против воздействия вредных вихрей Фуко. Пластины насажены непосредственно на вал, имеют выемки для скрепления сердечника и вала шпильками. Комплект балансирует на опорных роликах. Листовой пакет прессуют, стягивая спицами, обеспечивают целостность, а еще механическую жесткость конструкции, предотвращает блок от проворачивания. Штампованные боковые пазы заполняют проводники. Торцовые отверстия выполняют различной формы: овальные, прямоугольные, открытые, закрытые. Обмотка является медной проволокой круглого, можно прямоугольного сечения, покрытой лаком или эпоксидной смолой для изоляции и предупреждения межвитковых замыканий. Штабелевка выполняется двуслойно, равноценно распределяясь по всей поверхности барабана. Ее части, выходящие на коллектор, фиксируются бандажами (кольцами изоляции). Пакет продуцирует ЭДС, проводит электричество. Сейчас практикуют несколько видов слоения спиралей: петлевая намотка - простая, сложная, двухволновая: простая, сложная; комбинированная (“лягушачья”). Объединенный чертеж соединения - плоская развернутая схема всех узлов. Все пазы, отдельные секции нумеруются по порядку. Размещение точек плюс-минус считают непосредственно за блоками. Всегда указывается позиция щеток на коллекторных кольцах: их располагают строго под серединой полюсов. Активные проводники рисуются сплошной линией, пассивные, где низ паза - пунктиром. Прежде, чем выполнять чертеж, целесообразно предварительно составить сводную таблицу соединений.
Активные стороны пакета образуют секции, равные количеству пазов, они помещаются под соседними полюсами, их смежные концы пересекаются. Каждой секции соответствует одно коллекторное кольцо. Создается компактный набор замкнутокольцевого контура. Шаг сегмента соответствует N-S делению. Процесс переключения одной спирали на другой обусловливает обратный ход тока, создавая дополнительную ЭДС цепи.ОСТАЛЬНЫЕ ЧАСТИ КОНСТРУКЦИИ ДПТ. ТИПЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.
Обмотка возбуждения (конденсатор) Индукторные полюса устанавливаются непосредственно в корпус аппарата. В крупногабаритных конструкциях ставят цельный добавочный полюс с лакированной катушкой Для мелкоразмерных он не применяется. Эти компоненты призваны улучшать движение заряженных частиц, расположены между основными N-S. Корпус чаще всего отливают из чугуна. Этот металл износостойкий. Коррозийно-устойчивый, обладает высокой сопротивляемостью опасным условиям. Для лучшего охлаждения системы корпус дополнен вентиляционными отверстиями. Каркас дополняется цельнолитыми ушками для удобной транспортировки, погрузки, установки. Концы полюсных витков выводят в распределительный блок.. Сюда же подключают концы обмоток статора, зажимы подключения щеток. Через одно или пару отверстий прокладываются провода питания. В крупногабаритных машинах, где сила тока большая, коробка не ставится, а провода крепят к нижней части стойки. Якорь устанавливается в статор. Передняя и задняя покрышки закрывают тулово мотора. Изнутри к ним прикрепляются заглушки подшипников. Задний колпак удерживает щеточный контакт, состоящий из подпорки, фиксатора, фрагментов графита или металло-графита. Контакт подводит электроэнергию к роторным катушкам. Вал удерживает крыльчатку охлаждения. Упакованная конструкция ставится на опоры. Станина снижает уровень вибрации. Фюзеляж дополнительно оснащается металлическими обшивками: защитной вентиляционной и выходной воздушной. Корпус оснащается шильдиком - табличкой с основными характеристиками мотора. ДПТ бывают параллельного, последовательного, независимого видов активации. От этого зависит маркировка контактов внутри распределительной монтажной коробки.ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Специфика работы ДПТ. Во время подачи напряжение ток сети идет по намотке индуктора. Соседние полюса образуют обратную полярность и, как следствие, стабильное магнитное поле. На ротор через ламели идет регулярный электрический ток, который подвергается действию электромагнитной индукции статора. Появляется момент вращения. Далее, щеточно-коллекторный контакт координирует электроны роторного мотка. Движение продолжается. Чтобы реверсировать кручения ДПТ независимого возбуждения, следует сменить направления тока намоток ротора или возбуждения. Результат достигается сменой полярности проводов питания в монтажном ящике. Просто поменять + , - между собой. Единовременная смена N-S цепей статора и ротора поворотный вектор не изменит. Обратная смена движения машины последовательной инициации требует реверса тока любой из обмоток. Обратный ход мотора параллельного генерирования предпочтительно осуществлять сменой направления электропотока в намотке ротора. Подобная схема обусловлена тем, что при межвитковых обрывах резко возрастает показатель ЭДС. Достигая критических отметок, может вызвать разнос аппарата.ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА.
Согласно закону Фарадея, отдельный сегмент продуцирует собственную электродвижущую силу, зависящую от намагничивания и частоты вращения якоря. “Ф” ДПТ создается витками активации главных концов +, -. Общая ЭДС катушки соответствует алгебраической сумме сил отдельных витков. Полное сопротивление выражено суммарным оммажем одиночных проводников намотки. Вращение вызывает появление ЭДС якоря двигателя. Ее физическое значение - перемещение электрических зарядов от одного края к другому. Направление тока определяется по правилу “правой руки” ( для генератора применяется правило "левой руки). Располагаем ладонь правой руки перпендикулярно силовым линиям, большой палец задает направление проводника, результат - остальные пальцы укажут маршрут электронов. Используется для выявления вектора также “правило буравчика”: при вкручивании буравчика по направлению тока, рукоятка будет вращаться вдоль вектора индукции. Движущая сила обратна Ф. Поэтому ее нередко именуют противо-ЭДС. Мгновенное значение ЭДС является суммой мгновенных значений всех сил проводников. Пропорционально зависима от основной МДС, частоты вращения. Выбор курса меняет знак мощности (положительный, отрицательный). При плюсовом значении агрегат выполняет функцию редуктора или тормозной системы, расходуя энергию источника питания. Во время минусового - генератором, возвращая ее сети обратно (режим рекуперации).РЕГУЛИРОВКА СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ.
Управление скоростью вращения возможно тремя способами: -введением добавочного сопротивления на цепь ротора за счет реостата; -сменой магнитного потока обмотки возбуждения; -коррекцией напряжения сетевого источника; -шунтированием (гибридный метод). Схема с резистором довольно проста и устойчива, но плавный пуск не обеспечивает. Используется для машин кратковременного режима работы. При введении добавочного сопротивления в цепь якоря темп снижается. Зависимость момента гиперболическая. Мощность остается константой. Ступенчатое изменение Ф придает плавный пуск. Этот способ вспомогательный, дает рост скорости при работе машины вхолостую. Управление U не дает дополнительных потерь ваттности цепи якоря. Так как характеристики регулировки всегда жесткие, работа остается стабильна на всех оборотах. Это дает возможность ее варьирования в широких диапазонах в обе стороны. За счет применения специальных схем размах может быть расширен еще больше. Скоростная координация оценивается плавностью изменения числового значения, широтой охвата регулировки от максимальных. От номинальной скорости зависит действующая быстрота электромотора. Широтно-импульсный корректор автоматически управляет ротором. Легко получается достичь плавного варьирования оборотов в широком диапазоне, что является неоспоримым достоинством. Крутящий период редукторов параллельного активирования меняет реостат.ШУНТИРОВАНИЕ ЯКОРЯ.
Шунтирование якоря - метод комбинированный: совместно регулируется напряжение и проводится реостатный контроль. Модель запускают при малых скоростях. Максимальное вольтаж на якоре соответствует предельно допустимой частоте вращения вала. Прием переводит машину в режим рекуперации. Для ускорения некоторого места выполняют шунтирование обмоток статора.
РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ.
Воздействие собственного магнитного поля ротора на главное импульсное обозначена как реакция якоря. Выступает негативным аспектом. Кроме смещения нейтральной линии, реакция смещает общий Ф из-за его искривления под основными полюсами. На одной стороне оно уменьшается, другая сторона отличается ростом. Эффективнейшим методом снижения реакции является добавление компенсационной обмотки в цепь якоря двигателя. Ее укладывают в специальные зазоры, включают последовательно. Дуга компенсационных витков направлена встречно полю каркаса, тем самым создавая равновесие. Их амперажи равны, поэтому уравновешивание отслеживает все режимы работы: от холостого хода до максимальной мощности. Добавочное покрытие стоит дорого, отчего снабжает редуктора средней, высокой ваттностей. Компенсирование достигается другим образом: увеличением зазора между краями основных точек N, S с ротором. Прием материалозатратен, но значительно увеличивает массо-габариты конструкции. В микроприводах реакцию компенсируют люксацией каждой щетки относительно физической нейтрали.КОММУТАЦИЯ.
Коммутация - совокупность поочередных процессов включения, переключения, выключения сегментов катушки. Процедура сопровождается изменением направления тока на противоположное. Иногда отмечается искрение, обуславливая быстрый износ графитовых щеток и повреждение коллекторного узла. Введение добавочных полюсов улучшает коммутацию якоря, увеличивает тяговую нагрузку электромашины, уменьшает негативное влияние якорной реакции.ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ С ПОЛЫМ И ДИСКОВЫМ ЯКОРЯМИ.
В автоматике широко распространены 2 типа малоинерционных ДПТ с полым якорем, печатной обмоткой Такой ставят в радиоуправляемые модели, они экономичны, за счет материала исполнения не имеют потерь стали. Полый якорь представлен пустым проволочным медным барабаном, окруженным пластмассой. Кабель укладывается по методу немецкого изобретателя Фрица Фаульхабера. Именно он в 1959 году запатентовал подобную намотку без установки металлического сердечника. Подобная конструкция дала возможность получить высокие тяговые показатели при малых размерах прибора. Разработка привела к сокращению электромеханической постоянной. В физическом смысле это время, требуемое для разгонки машины от неподвижного положения до скоростного набора при стойком моменте на штуцере. Подобно устройству привычных бесколлекторных машин полый якорь предусматривает статичный магнит. Концы секций крепят к ламелями. Коллектор составляет часть дна полого стакана. Малый момент инерции, быстрый плавный пуск являются заметным преимуществом.. Недостатком выступает большой воздушный зазор, что требует значительного повышения МДС. Важное отличительное качество подобных редукторов - отсутствие искрения, как итог, стирания графитовых узлов, длительный срок службы машины. Дисковый сделан из диэлектрического материала. Стороны электрохимически или методом травления фольги оснащаются плоскими (печатными) обмотками. Щетки непосредственно с ней контактируют. Период эксплуатации подобных элементов мал. Нагрузка деформирует диск. Концы секций, выведенные на коллектор, удваивают срок службы. Метод комплектации печатного покрытия аналогичен дисковому. Вставленный внутрь каркаса ферромагнит снижает сопротивление. Двигатель постоянного тока с полым якорем не диковинка. При необходимости, легко подвергается замене.РОТОР БЕСКОЛЛЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ.
У бесколлекторного ДПТ ротор - массивное кольцо тонких проводников электротехнической стали, плотно прилегающих друг к другу по всей внешней поверхности. Шплинт ставят на подшипники. Взаимодействие обоих магнитов дает поворот. Трения за счет материала изготовления нет. ЭДС односторонняя. Положение катушки мониторит установленный датчик. Технологичная конструкция определяет высокую стоимость. Огромный КПД плюс надежность - достойная компенсация вложенных средств.ЯКОРЬ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Тип механизма - синхронного и асинхронного - меняет конструкцию обмоток ротора. Источник возбуждения тому причина. В синхронной машине, обусловленной наличием, якорь без коллектора. Выполнен из цельного куска металла. В асинхронном двигателе, где собственного блока вихревого поля нет, строение отличается: составлен из дисковых листов электротехнической стали. Металлические слои не изолированы. Крепление сердечника аналогично посадке роторных пластин на вал якоря ДПТ. Витки возбуждения периферийно расположены на статоре и подключены к трехфазной сети. Структурные виды.- изолированные секции, катушки;-неизолированные стержни, замкнутые кольцами накоротко.ПОТЕРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ.
Процесс преобразования энергии сопровождают потери. Физические обоснованы изменением напряжения. Магнитные появляются из-за вихревых столбов Фуко. Электропотери встречаются в цепях конденсатора и медной клетени. Потери определяются произведением квадратного значения ампеража на суммарное сопротивление проволочного клубка. Механические зависят от сил трения между элементами. Потери технические неподвластны передаче вольтовой нагрузки. Расчет технологических потерь проводится соответственно установленному регламенту.ПЛАНОВАЯ ОЧИСТКА ЯКОРЯ.
По истечении определенного периода промышленной эксплуатации производится плановая разборка техники и периодическая обработка деталей от пыли и загрязнений. Демонтаж делают последовательно, аккуратно. После разбора агрегата якорь передается на очистительные линии. Крепится специальным подъемником и через сопла под давлением обдается сухим сжатым воздухом. Дальше пыль убирается пылесосами. Ротор снимают, после передают на смотровой стеллаж. Визуально тщательно проверяют систему на факт повреждений. Сердечник протирается ветошью, смоченной бензином, остальные элементы очищают сухой салфеткой, просушивают. Затем, мегомметром измеряют сопротивление изоляции. Выясняют исправность, далее производят установку.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОМОК.
Причинами перебоя работы выступают скачки напряжения в сети, долгое применение техники при условиях сверхнагрузки и высокой влажности среды. Искрение, горелый запах должны насторожить: возможна поломка. Проверка неисправностей стартует с внешнего визуального осмотра. Механизм отключают от питания. Рассматривают корпус и кабель на наличие механических повреждений. Поиск пробоя осуществляют тестером. Технику разбирают дальше, смотрят внутри. Если поверхность лишена дефектов, используют спецаппаратуру для обнаружения межвитковых разрывов - трансформатор с разомкнутым магнитопроводом. Мультиметром прозванивают вывод статора на коллекторные кольца. Мегомметром измеряют сопротивление между телом сердечника и ламелями. Проверяют состояние цепи на выходе катушки. Одинаковые показатели на всех областях отрицают внутренние неполадки. Обнаружение разрывов требует капитальный ремонт.ПЕРЕМОТКА ЯКОРЯ, ЭТАПЫ И ОСОБЕННОСТИ.
Перемотка якоря предусматривает полную замену ферромагнитной проволоки, состоит из нескольких этапов. Эту процедуру принято считать довольно сложной, она требует определенного умения, усидчивости и траты времени. Если вы совсем новичок, вдруг не располагаете достаточным количеством времени, перемотку лучше доверить специалисту. Еще один вариант - купить новый, предварительно воспользовавшись помощью консультанта, подходящую модель.
Подготовительный этап: 1. Разборка аппарата. Первым делом устройство отключают от сети. Изымают двигатель, снимают защитный каркас и приступают к непосредственному демонтажу. Убирают крыльчатку вентилятора, боковые крышки, снимают подшипники и непосредственно достают якорь. Чтобы облегчить и ускорить процесс разборки следует применить специальный съемник. Аккуратно очищают коллектор. Его оставляют на месте. 2. Далее режущим инструментом стягивают изоляционное покрытие. 3.Обращают внимание на последнюю свивку, она не перекрывается другими. Если шаг левосторонний, первый паз расположен левее последнего мотка, если правосторонний - справа. Отмечают его. Кусачками отделяют концы припаянной проволоки. Возможно применить зубило, но отбивать следует очень аккуратно, чтобы избежать повреждений. Снимая штабелевку четко запоминают этапы разбора, чтобы впоследствии избежать ошибок. Можно фотографировать или производить записи. При укладке стадии демонтажа следует повторить в обратном порядке. 4. Производят подсчет витков, прорезей, ламелей. 5. Составляющие тщательным образом очищают от нагара, пыли, загрязнений и лакового покрытия. Щеткой очищают зазоры. Неровности зачищают наждачной бумагой. Вырезают из диэлектрического материала гильзы по размеру и количеству пазов. Непосредственный монтаж. Подготавливают медный кабель без лакового покрытия. Выбор сечения обязан соответствовать техпаспорту изделия. Если такового не оказалось, существуют справочные таблицы подбора соответственно марке механизма. Выбирается направление укладки секций и вручную строго по заводской технологии скручивается намотка якоря. Конец сборки заключается тугой обвязкой хлопчатобумажным шнуром. Веревку выбирают именно из натурального материала, т. к. синтетическая нить при нагреве расплавится. Далее, якорь греется до 50 градусов и опускается в достаточную для полного погружения емкость с лаком или эпоксидной смолой. Обычная заливка нецелесообразна, так как оставляет достаточно большое количество пустот. Достаем, даем возможность эмали стечь. Кладем сушить. Для ускорения сушки можно применить обычную духовку при 80 градусах на 20 часов. Перемотка считается законченной. Следом, тестируют обрыв цепи, присутствие зон замыкания. Если есть сомнения, можно провести повторную контрольную проверку. Заключительный этап - установка детали на законное место. Своевременная плановая проверка, очистка деталей предотвращает непредвиденные поломки, сможет продлить срок эксплуатации аппарата.БАЛАНСИРОВКА ЯКОРЯ.
Балансировка применяется для плавной и исправной работы после ремонта. На производстве ее выполняют на специальных динамических станках. В домашних условиях сооружают простую конструкцию. Берут два чисто обработанных стальных лезвия. Ставят параллельно на жестком основании. Концы направлены вверх. Расстояние между клинками соответствует длине якоря. Деталь помещают на лезвие и наблюдают ее перемещение. По законам физики более тяжелая сторона опускается вниз. Задача центровки состоит в перемещении центра тяжести ближе с оси. Если вал проворачивается, на более легкую сторону добавляется вес. Груз кладется до тех пор, пока ось не достигнет равновесия и остановится. Поклажа снимается, взвешивается. Берут кусок металла, равный по весу и припаивают на более легкую сторону. Равномерная механическая нагрузка сделает работу бесперебойной. Центровка снизит вибрацию и перегрев.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Без якоря любой мотор, будь то переменного или стабильного ампеража, работать не может. Электротехника, автомобили, бытовые устройства, инструмент, подъемные установки, канатные дороги - все работает на его основе. Контролируя период эксплуатации, мы контролируем и потенциальный износ деталей. Плановый осмотр, своевременная замена трущихся звеньев, соблюдение технических условий дадут долгосрочную, надежную, безопасную технику. https://youtu.be/YGpUi6JoOp0?t=6