Принцип действия и устройство электродвигателя постоянного тока

Современную жизнь невозможно представить без электродвигателей. Они обеспечивают работу станков, бытовой техники, инструментов, транспорта и многих других устройств. Двигатели постоянного тока - являются одним из наиболее востребованных агрегатов. Поэтому в нашей статье речь пойдет об устройстве и принципе действия ДПТ.

Принцип действия двигатели постоянного тока

Принцип действия двигателей постоянного тока основан на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Когда проволочная рамка с током помещается в магнитное поле, она начинает вращаться, создавая механическую энергию. Взаимодействие магнитных полей рамки и магнита приводит к движению двигателя.

В двигателях ДПТ используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг якоря возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и процесс продолжается.

Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах). Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников.

Устройство электродвигателя постоянного тока

ДПТ состоят из нескольких основных компонентов:

• Ротор (якорь) — подвижная часть двигателя, которая вращается. Он состоит из сердечника с обмоткой из медного провода.
• Статор — неподвижная часть двигателя, которая создает магнитное поле. Он состоит из сердечника с обмоткой из медной проволоки.
• Коллектор — устройство, которое переключает направление тока в обмотках ротора. Он состоит из набора медных пластин, разделенных диэлектрическими прокладками.
• Щетки — скользящие контакты, которые передают электрический ток от внешней цепи к обмоткам ротора.

При подаче постоянного тока на обмотки статора возникает магнитное поле, которое воздействует на обмотку ротора и вызывает его вращение. Направление вращения зависит от полярности магнитного поля статора.

Область применения электродвигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока используются весьма широко, поскольку все промышленные приводы, где требуется точная регулировка частоты вращения, реализованы именно на базе ДПТ. Так, двигатели постоянного тока применяются в автомобильной индустрии. Грузовой транспорт и спецтехника используют питание 24 вольта, в то время как легковые автомобили работают от 12 вольт. Эти электродвигатели, получая энергию от аккумулятора или генератора, отвечают за регулирование положения сидений, управление зеркалами, подъем и опускание стекол, а также поддержание комфортной температуры в салоне.

Помимо автомобилестроения электродвигатели ДПТ используются при производстве:

• вентиляционного и насосного оборудования;
• промышленных станков;
• электролизных и гальванических установок;
• подъемно-транспортных устройств;
• бытовой техники;
• медицинского оборудования;
• военной техники и др.

Характеристики ДПТ

Основные характеристики двигателя постоянного тока (ДПТ) включают:

1. Мощность: определяется силой тока и напряжением, измеряется в ваттах (Вт).
2. КПД (коэффициент полезного действия): соотношение выходной механической мощности к входной электрической мощности, выражается в процентах.
3. Крутящий момент: зависит от скорости вращения вала якоря и нагрузки на двигатель.
4. Частота вращения: скорость вращения вала якоря, измеряется в оборотах в минуту (об/мин).
5. Напряжение: величина электрического напряжения, приложенного к двигателю.

При выборе ДПТ учитываются задачи, которые должен выполнять механизм, и требуемые рабочие параметры.

Схемы возбуждения электродвигателя постоянного тока

Наличие обмотки возбуждения (ОВ) у двигателя постоянного тока позволяет осуществлять различные схемы подключения. В зависимости от того как включена ОВ, различают независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение. Чем они отличаются рассмотрим ниже.

• Последовательное возбуждение: обмотка возбуждения на статоре и на якоре питаются от одного источника постоянного тока.
• Параллельное возбуждение: поток частиц идет от одного источника одновременно на обмотки статора и ротора ДПТ.
• Независимое возбуждение: на якорь и статор подается напряжение от разных источников питания.
• Смешанное (комбинированное) возбуждение: у таких машин несколько катушек возбуждения с разным соединением.

Степень защиты ДПТ

Степень защиты электродвигателя ДПТ определяется по ГОСТ 14254-80 и обозначается латинскими буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра указывает на степень защиты от попадания твердых предметов, а вторая — на степень защиты от попадания воды.

Режимы работы двигателя постоянного тока

ДПТ может функционировать в одном из двух режимов — двигательном или режиме торможения. В двигательном режиме электрическая энергия преобразуется в механическую, и двигатель создает крутящий момент, необходимый для вращения.

В режиме торможения, напротив, двигатель работает как генератор, преобразуя механическую энергию в электрическую. В этом случае нагрузочный момент противодействует вращению двигателя.

Способы охлаждения

Охлаждение электродвигателя постоянного тока необходимо для поддержания нормальной рабочей температуры и предотвращения перегрева. Перегрев может привести к повреждению изоляции обмоток, высыханию пропиток, растрескиванию изоляционных материалов и потере диэлектрических свойств. Для того чтобы избежать этих проблем, двигатели в обязательном порядке охлаждаются одним из способов, приведенных ниже.

Естественное охлаждение — используется в маломощных моделях, когда тепло отводится через отверстия в корпусе двигателя.

Самовентиляция — осуществляется с помощью крыльчатки, установленной на валу двигателя. Крыльчатка создает воздушный поток, который проходит через ребра на корпусе двигателя, обеспечивая охлаждение.

Принудительное охлаждение — используется в двигателях средней и высокой мощности, когда крыльчатка вентилятора приводится в движение отдельным мотором. Это обеспечивает эффективный отвод тепла при любых режимах работы двигателя.

Классы нагревостойкости электродвигателей

Класс нагревостойкости электротехнического изделия определяет максимальную рабочую температуру, которая характерна для этого изделия при номинальной нагрузке и других условиях эксплуатации. Для двигателей постоянного тока класс нагревостойкости определяется по госту ГОСТ 183-74 и включает следующие категории:

Y — максимальная рабочая температура 90°C.

A — максимальная рабочая температура 105°C.

E — максимальная рабочая температура 120°C.

B — максимальная рабочая температура 130°C.

F — максимальная рабочая температура 155°C.

H — максимальная рабочая температура 180°C.

C — максимальная рабочая температура более 180°C.

Климатическое исполнение ДПТ

Климатическое исполнение двигателей зависит от региона и условий эксплуатации. Например, для умеренного климата (У) диапазон рабочих температур составляет от −45 °C до +40 °C, а для холодного климата (ХЛ) — от −60 °C до +40 °C.

Серии электродвигателей постоянного тока

Наиболее востребованной серией электродвигателей постоянного тока является - 2П, охватывающая мощности от 0,13 до 200 кВт и различные модификации. Также существует относительно новая серия 4П с улучшенными удельными характеристиками. В сравнении с серией 2П, в ней трудоемкость производства снижена в три раза при сокращении потребления меди на 30 %.

Для крановых систем используются двигатели серии Д, а для металлообрабатывающих станков — серии ПБСТ и ПГТ.

Типы неисправностей электродвигателей

Чаще всего владельцы электродвигателей ДПТ сталкиваются со следующими видами неисправностей:

1. Разрушение изоляции и обмотки электродвигателя: перегрев, короткое замыкание, деформация уязвимой части обмотки.
2. Отсутствие питания: обрыв одной или нескольких обмоток, повреждение витков.
3. Постукивания и вибрации: разбалансировка вала, разрушение подшипников скольжения.
4. Рабочие характеристики не соответствуют настройкам: неисправность механизма подачи постоянного тока на двигатель.

Подключение двигателей

В зависимости от требуемых выходных характеристик электродвигателя постоянного тока, его подключение может быть выполнено по одному из следующих принципов:

• независимое возбуждение: обмотка возбуждения подключается непосредственно к независимому источнику;
• параллельное возбуждение: обмотки ротора и возбуждение подключаются параллельно к общему источнику питания;
• последовательное возбуждение: якорная обмотка и обмотка возбуждения используют один ток, их включение происходит попеременно;
• смешанное возбуждение: при подключении электродвигателя постоянного тока используются две пары обмоток возбуждения, расположенных на полюсах двигателя.

Преимущества и недостатки электродвигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока считаются одними из наиболее распространенных типов электрических двигателей, применяемых в различных областях промышленности и быта. У них есть как преимущества, так и недостатки, которые следует учитывать при выборе их для конкретного применения.

1. Регулировка скорости вращения, которая напрямую зависит от напряжения;
2. Нет проблем с конечным размером мотора, хоть маленький, хоть большой;
3. Высокий пусковой момент, есть возможность запуска двигателя под нагрузкой, например на пусковом кране;
4. Высокий коэффициент полезного действия. Если сравнивать с асинхронным двигателем переменного тока, то получается, что К.П.Д. ДПТ выше на более чем 20%;
5. Возможность работы как генератор. Это значит, что ДПТ может стать источником постоянного тока;
6. Простая схема управления.

1. Дополнительные расходы на профилактическое обслуживание коллекторно-щеточных узлов;
2. Ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

В каталоге нашего магазина представлено несколько серий электродвигателей постоянного тока: ДЭ, ДПЭ и П. Если вам необходим ДПТ, свяжитесь с нами по номеру телефона +7(351)-200-25-65, электронной почте sales@promeg.ru или заполните онлайн форму обратной связи. Наш специалист оперативно перезвонит вам и поможет подобрать оборудование нужной серии с учетом требований к техническим характеристикам и цене.