Неисправности щеток являются частой причиной проблем в работе электродвигателей. В данной статье мы подробно расскажем о назначении щеток в электродвигателе, их конструкции и процессе замены.
Щеточные и бесщеточные двигатели: принцип работы, устройство, сравнение
Электродвигатели играют ключевую роль в разнообразных областях использования, начиная от промышленных производств и заканчивая домашними бытовыми приборами. Они выполняют функции вращения или перемещения различных объектов.
Электродвигатели можно встретить в автоматизированных производственных линиях, подъемных кранах, роботах, а также в электромобилях.
Виды
Электродвигатели классифицируются на основе источника энергии, и их можно разделить на два вида: двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.
Двигатели переменного тока подразделяются на однофазные и трехфазные.
Однофазные двигатели применяются в тех случаях, когда высокая мощность не требуется — их используют в основном в бытовом оборудовании и в специальных промышленных устройствах. Трехфазные же двигатели находят применение в ситуациях, где необходима высокая мощность для работы крупных приводов, промышленных вентиляторов или конвейеров.
Двигатели постоянного тока часто используют в таких областях, как автомобилестроение, производство кранового оборудования и в общественном транспорте, а также в ручном электроинструменте, где требуется точная регулировка скорости вращения.
Каждая из этих категорий дальше подразделяется на два типа по конструкции: щеточные и бесщеточные. Щеточные двигатели также называют коллекторными, а бесщеточные — бесколлекторными, что отражает их отличие в устройстве.
В щеточных двигателях электрический ток к ротору подводится через специальные щетки.
В бесщеточных двигателях работа осуществляется за счет изменяющегося магнитного поля, которое контролируется специальным контроллером. Они не имеют щеток.
В следующей части статьи мы подробнее рассмотрим конструкции этих двигателей, их особенности, преимущества и недостатки, исходя из двигателей постоянного тока.
Конструкция и работа щеточных электродвигателей
В каждом электродвигателе выделяют несколько основных компонентов: ротор, статор, индуктор, арматура, коммутатор и щетки. Ниже подробнее остановимся на каждой из этих частей в двигателях постоянного тока.
Ротор — это вращающаяся часть электрической машины.
Статор — неподвижная часть электрической машины.
Индуктор — важнейшая часть коллекторного двигателя постоянного тока, создающая магнитный поток, который формирует крутящий момент. Индикатор включает в себя постоянные магниты или медные обмотки для возбуждения. В данном типе двигателя система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и является частью статора.
Якорь — это часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, где индуцируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки. Якорем может быть как ротор, так и статор.
Коллектор — часть двигателя, соединенная с щетками, с помощью которых электрический ток распределяется по обмоткам якоря.
Щетки — это элементы электрической цепи, по которым электрический ток передается от источника питания к якорю. Щетки изготавливаются обычно из графита или других специальных материалов. Большинство двигателей постоянного тока используют одну или несколько пар щеток. Одна из щеток подключается к положительной, а другая — к отрицательной клемме источника энергии.
Щеточный двигатель может быть спроектирован как с постоянными магнитами, так и с обмотанным статором.
Виды щеточных двигателей
Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Одним из наиболее распространенных типов щеточных электрических двигателей является двигатель постоянного тока с постоянными магнитами. Индуктор такого двигателя состоит из постоянных магнитов, которые создают магнитное поле статора.
Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами используются в различных технических инструментах, не требующих высоких мощностей. Их производство обходится дешевле по сравнению с двигателями постоянного тока с обмотками, но ограничены крутящим моментом, который может обеспечить только постоянное магнитное поле статора.
Преимущества такого двигателя заключаются в его быстром реагировании на изменения напряжения. Постоянное магнитное поле статора упрощает управление скоростью вращения двигателя. Однако с течением времени магниты могут терять свои свойства, что приводит к уменьшению магнитного поля статора и снижению производительности двигателя.
Ниже мы приведем преимущества и недостатки таких двигателей:
✔️ Преимущества:
? Быстрая реакция на изменения напряжения.
? Низкая стоимость в сравнении с качеством.
? Высокий крутящий момент при низких оборотах.
❌ Недостатки:
? Один из основных недостатков — постоянные магниты, которые со временем теряют свои магнитные свойства под воздействием высоких температур.
Плюсы и минусы щеточного двигателя
Теперь, когда мы разобрались с конструкцией щеточного двигателя, давайте рассмотрим его основные плюсы и минусы.
Плюсы
- Первое, что стоит отметить — это более низкая стоимость по сравнению с бесщеточными моделями. Это объясняется менее сложными технологиями производства и использованием более доступных материалов.
- Второе преимущество заключается в упрощенной конструкции таких двигателей, что замечается в низкой стоимости ремонта. Менять щетки гораздо проще и менее затратно, чем заменять весь двигатель.
- К тому же щеточные двигатели имеют относительно небольшой вес и размер, что делает их более удобными в использовании.
Минусы
- На высоких оборотах увеличивается трение щеток, что приводит к быстрому износу. Кроме того, в процессе работы они стираются, и стертый графит может засорять коллектор, что приводит к выходу инструмента из строя.
- Другой недостаток заключается в низкой мощности щеточных инструментов по сравнению с бесщеточными. Это связано с тем, что щеточные двигатели физически не могут развивать обороты выше 3000 об./мин, хотя иноде такой мощности вполне хватает для бытовых нужд.
- Еще одним отрицательным моментом является наличие искрения во время эксплуатации. При запуске такие щетки трутся о коллектор, создавая видимые искры. Это требует осторожности в обращении — необходимо держать подальше легковоспламеняющиеся материалы и периодически давать двигателю отдых, чтобы избежать перегрева.
- Наконец, не очень высокий КПД таких двигателей составляет всего 60%. Это означает, что при работе с прочными материалами, такими как металл, они могут работать менее эффективно и выполнять меньше объема работы по сравнению с бесщеточными инструментами за одинаковый промежуток времени.
Устройство и принцип действия бесщеточного двигателя
Теперь давайте перейдем к принципу работы бесщеточного двигателя. Как следует из его названия, его основное отличие заключается в отсутствующем элементе — щетках. Вопрос в том, каким образом энергия поступает в двигатель?
В устройстве бесщеточного двигателя также имеются ротор и статор, которые являются основными элементами любого двигателя. Однако в нем нет коллектора, и поэтому его чаще называют бесколлекторным. Если в щеточном двигателе работа происходит на основе электро-механической смены полярности, то бесщеточные двигатели используют принцип электромагнитной индукции. Также по-другому размещаются обмотки — они находятся на статоре, а не на роторе, как в щеточных двигателях.
Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, отвечающие за управление подачей энергии на катушки для создания индуктивности, а также за отслеживание положения ротора и его скорости вращения.
Когда контроллер подает электрический ток на обмотки, он создает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитами на роторе, вызывая его вращение.
Следует отметить, что бесщеточные двигатели бывают двух типов — синхронные и асинхронные. В синхронном двигателе скорость вращения ротора точно соответствует скорости вращения магнитного поля, что означает, что один полный круг ротора осуществляется после полного прохождения тока через катушку. В асинхронном двигателе скорость вращения ротора будет меньше, чем скорость вращения магнитного поля, то есть ток проходит через катушку быстрее, чем ротор успевает за ним.
Активэнерго.РУ (ИП Чуланов Н.В.)
Адрес: 426063, г. Ижевск, проезд Дзержинского, 5а
Графитовые и меднографитовые щетки для двигателей и генераторов, пускатели и контакторы, диоды, тиристоры, логические элементы, трансформаторы, электродвигатели, электромагниты, кнопки, гидрораспределители и другие запчасти для ремонта промышленной электроники.
Я подтверждаю, что я ознакомлен и даю свое согласие на обработку моих персональных данных в соответствии с условиями, предусмотренными Положением об обработке персональных данных.
Положение об обработке персональных данных
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящим документом устанавливаются правила обработки персональных данных пользователей сайта https://aktivenergo.ru, принадлежащего ИП Чуланову Н. В. (далее — оператор), а также соответствие требованиям защиты прав граждан в процессе обработки персональных данных.
1.2. Данная политика разработана в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 (далее — ФЗ «О персональных данных»).
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В НАСТОЯЩЕМ ПОЛОЖЕНИИ
2.1. В целях данного положения используются следующие ключевые термины:
- Сайт — совокупность программных и аппаратных средств, позволяющих публиковать данные в интернете для общего доступа. Сайт доступен по уникальному электронному адресу или его буквенной интерпретации. Он может включать графическую, текстовую, аудио-, видео- и другую информацию, воспроизводимую с компьютера;
- Оператор — юридическое или физическое лицо, организующее и осуществляющее обработку персональных данных, а также определяющее цели и содержание обработки персональных данных;
- Персональные данные — любая информация, касающаяся прямо или косвенно определенного или подлежащего определению физического лица (субъекта персональных данных);
- Субъект персональных данных — физическое лицо, определяемое прямо или косвенно с помощью персональных данных. В рамках данного положения субъектом являются клиенты-соискатели сайта https://aktivenergo.ru;
- Обработка персональных данных — действия (операции) с персональными данными, включая сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, распространение (включая передачу), обезличивание, блокировку и уничтожение персональных данных;
- Общедоступные персональные данные — персональные данные, доступные неограниченному кругу лиц с согласия субъекта данных или в случаях, когда в соответствии с федеральными законами отсутствует требование о соблюдении конфиденциальности.
3. СОСТАВ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
3.1. Состав персональных данных, обрабатываемых оператором:
Данные, самостоятельно предоставляемые пользователем при заполнении форм обратной связи и анкет:
- Имя;
- Контактная информация (телефон, e-mail).
Данные, автоматически собираемые при взаимодействии с сайтом:
- IP-адрес, данные файлов cookie;
- Информация о браузере пользователя, технические характеристики оборудования и программного обеспечения, используемого пользователем;
- Дата и время доступа к сайту, адреса запрашиваемых страниц и иная сопутствующая информация.
3.2. Персональные данные, указанные в пункте 3.1, обрабатываются с целью идентификации пользователей, обеспечения исполнения пользовательского соглашения, предоставления персонализированных сервисов и контента, повышения качества работы сайта и обслуживания, таргетирования рекламных материалов, а также проведения статистических и прочих исследований на основе обезличенных персональных данных.
3.3. Обработка персональных данных пользователей происходит с их согласия. Пользователь, заполняющий формы обратной связи и анкеты на сайте https://aktivenergo.ru с целью получения нужной информации, тем самым дает полное согласие на обработку своих персональных данных, как автоматизированным способом, так и без их использования, в соответствии со статьей 9 Федерального закона от 27 июля 2006 года № 152-ФЗ «О персональных данных».
Причины неисправностей и замены
Необходимость проверки щеток в электродвигателе очевидна. Поэтому важно минимизировать воздействия факторов, ведающих к их поломке.
- Накопление нагар или грязи на коллекторе. В этом случае нужна очистка, для чего подойдет наждачная бумага.
- Скопление графитовой пыли или медного порошка, вызывающее замыкание контактов. Эффективно удалить такие загрязнения можно с помощью ножа или другого острого предмета.
- Если контакты имеют разные уровни сопротивления и неправильно подобраны щетки по своим характеристикам, это может вызвать искрение. В этом случае необходимо либо самостоятельно заменить щетки, либо обратиться в сервисный центр.
- Полная выработка ресурса щеток также требует их замены.
- Случай замыкания на межвитковом участке обмоток якоря требует проверки его работоспособности и, при необходимости, замены якоря.
Даже если щетки подобраны корректно, рекомендуется выделить время для их «притирки». Это можно сделать, запуская мотор без нагрузки. Регулярная очистка коллектора и использование специальных смазочных материалов помогут продлить срок службы всего устройства.
Фото щеток для электродвигателей
