Реферат: Коллекторный электродвигатель

Московский государственный университет сервиса

Институт гуманитарных технологий

Кафедра: “Сервис бытовой техники”

Контрольная работа

По дисциплине: “Техника и технология в домоведении”

По специальности 2306 “Домашний менеджер”

На тему: “Коллекторныйэлектродвигатель”

Выполнила:студентка 2 курса

группыДВД-2-1

ВарюшинаЕ.М.

Шифрпо номеру зачетной книжки

106/01

Проверил:Крылов В.И.

Москва2003

Содержание

1. Историявозникновения коллекторного электродвигателя 2

2. Тенденцияразвития коллекторного электродвигателя 2

3. Отказыв работе коллекторного электродвигателя 10

4. Используемаялитература 13

История возникновения коллекторного электродвигателя

Важнейшие сдвиги в развитии энергетической баз промышленного производствабыли связаны с изобретением и применением электрических двигателей. В 1831 годуанглийский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, а в 1834русский ученый Б.С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока,пригодный для практических целей. Однако только с 70х гг. 19в двигателипостоянного тока получают широкое применение благодаря созданию источниковдешевой электроэнергии (генераторов постоянного тока) и усовершенствованиюконструкции двигателей электротехниками А. Пачинотти в Италии и З.Граммом вБельгии. В 1888-89 русский инженер (М.О. Доливо-Добровольский) создал трехфазнуюкороткозамкнутую асинхронную электрическую машину. В последние годы конструкцияэлектрических машин совершенствовалась, были созданы электродвигатели в широкомдиапазоне мощностей — от долей Вт до десятков МВт. Электродвигатели образуютпараллельную систему конечных приемников тока, установленных на предприятияхразличных отраслей народного хозяйства. Электродвигатели получают также широкоеприменение в бытовом обслуживании (швейные, холодильные, электробритвы и.т.п.).

Тенденции развития коллекторного электродвигателя

Электродвигателиклассифицируют по роду питающего напряжения, конструктивному исполнению,принципу действия, способу действия, способу возбуждения, числу фаз питающейсети, наличию коллекторно-щеточного узла и другим признакам.

По конструктивномуисполнению двигатели постоянного тока подразделяют на коллекторные ибезколлекторные. Также подразделяют асинхронные электродвигатели переменноготока. Бесколлекторные двигатели постоянного тока не имеют коллекторно-щеточногоузла и не являются источником радиопомех. Однако стоимость их выше, поэтому вбытовых приборах применяют коллекторные электродвигатели. Такие двигателибывают с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением.Последние по способу включения обмотки возбуждения подразделяют на двигатели снезависимым, параллельным (шунтовым), последовательным возбуждением.

Втех случаях, когда необходимо регулировать частоту вращения, используютэлектродвигатели постоянного тока и значительно реже в этих случаях более дорогиеи менее надежные коллекторные электродвигатели переменного тока. У последнихчастота вращения плавно регулируется в широких пределах. Мощностьэлектродвигателя от десятых долей Вт до десятков МВт. Различаютэлектродвигатели в открытом исполнении, в которых вращающиеся и токоведущиечасти защищены от случайного прикосновения и попадания посторонних предметов;в защищенном исполнении (капле и брызгозащищенные), закрытые (пыле ивлагозащищенные) и герметичные; взрывобезопасные, в которых пламя не выходит запределы двигателя при взрыве внутри него.

Коллекторныедвигатели (однофазовые и трехфазовые) в отличие от безколлекторных, имеютгибкие регулировочные характеристики. Однофазовые двигатели малой малоймощности широко используются в бытовых электро приборах. Трехфазовые двигателимощностью несколько квт применяются главным образом в электроприборах с широкимдиапазоном регулировки скорости.

Коллекторныеэлектродвигатели могут иметь частоту вращения более 3000 мин. Их целесообразноиспользуют в бытовых приборах, для которых по условиям технологическогопроцесса необходима высокая частота вращения рабочих органов при питании отсети переменного тока промышленной частоты (пылесосы, полотеры, миксеры,смесители, кофемолки, щетки для чистки одежды и обуви).

Стандартныезначения номинальных частот вращения электродвигателей постоянного тока,однофазовых коллекторных переменного тока и универсальных коллекторных – 1000,1500, 2000, 3000, 5000, 8000, 10000, 12000, 15000, и 18000 мин. Дляуниверсальных коллекторных под номинальной понимают частоту вращения припеременном токе. Коллекторные электродвигатели переменного тока отличаются отколлекторных постоянного тока, тем что их магнитную систему (индуктор и якорь)выполняют шихтованной для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи. Вколлекторных электродвигателях переменного тока независимого возбужденияобмотка возбуждения “ОВ” и обмотка якоря “Я” подключены параллельно источникупитания. Если пренебреч потерями на гистерезис и вихревые тока, можно считать,что магнитный поток возбуждения Iв(рис. а). Обмотка якоря “Я” имеет значительно меньшее индуктивноесопротивление, чем обмотка возбуждения. Вследствие этого ток Iа, протекающий в ней, опережает пофазе ток возбуждения Iв,следовательно, и магнитный поток Ф. Вращающий момент развиваемыйэлектродвигателем, зависит от произведения магнитного потока на ток обмоткиякоря. Произведя графическое умножение тока обмотки якоря и магнитного потокаФ, получим график зависимости электромагнитного момента М, развиваемогоэлектродвигателем от времени. В момент времени, когда магнитный потоквозбуждения и ток якоря совпадают по фазе (имеют одинаковое направление),электродвигатель развивает положительный вращающий момент. В момент времени,когда магнитный поток возбуждения и ток якоря не совпадают по фазе, двигательразвивает отрицательный вращающий момент, который является тормозным.Результирующий вращающий момент будет равен некоторой средней величине Мф. Вколлекторных электродвигателях последовательного возбуждения обмоткавозбуждения “ОВ” и обмотка якоря включены последовательно. Если пренебречьпотерями на гистерезис и вихревые токи, то магнитный поток возбуждениясовпадает по фазе с током возбуждения Iв (рис). Вследствие того, что обмотка якоря включена последовательно собмоткой возбуждения, ток, протекающий в ней, совпадает по фазе с током,протекающим в обмотке возбуждения, а следовательно, и с магнитным потоком Ф.Вращающий момент, развиваемый электродвигателем в любой момент времени будетположительным. Поэтому средний вращающий момент Мср, развиваемыйэлектродвигателем при последовательном вожбуждении, будет выше, чем принезависимом возбуждении. Поэтому электродвигатели переменного тока споследовательным возбуждением наиболее распространены. Они имеют более низкиеэнергетические показатели, чем электродвигатели постоянного тока вследствиипотерь на гистерезис и вихревые токи.

Универсальныеэлектродвигатели применяют, когда неизвестно заранее, от какой сети будетосуществляться питание прибора или когда по условиям эксплуатации необходимпереход от питания постоянным током к питанию переменным током (электробритвы).Магнитная система выполнена аналогично магнитной системе коллекторныхэлектродвигателей переменного тока.

Вуниверсальных электродвигателях стремятся получить одинаковые характеристикипри работе от сети переменного и постоянного тока. Однако, в обычном исполненииколлекторных электродвигателей с последовательным возбуждении не удаетсяполучить такого совпадения характеристик, т.к. при питании от сети переменноготока возникает дополнительное сопротивление за счет индуктивности обмоток якоряи возбуждения. Вследствие этого частота вращения универсальногоэлектродвигателя при питании от источника переменного тока при заданном моментенагрузки будет меньше, чем при питании от источника постоянного тока.

Длясближения характеристик двигателя при постоянном и переменном токепредусматривают секционирование обмотки возбуждения. При питании от сетипостоянного тока включена вся обмотка возбуждения, а при питании от сетипеременного тока включена только ее часть. Однако и в этом случае не удаетсяполучить полного совпадения характеристик. Ток, потребляемый универсальнымдвигателем, при работе от сети переменного тока больше, чем при работе от сетипостоянного тока, т.к. переменный ток, кроме активной, имеет еще и реактивнуюсоставляющую, обусловленную током намагничивания. У универсальногоэлектродвигателя на переменном токе КПД ниже вследствие потерь в стали якоря ииндуктора, вызванных переменным магнитным потоком. Условия коммутации напеременном токе хуже, чем на постоянном, что сокращает срок службыэлектродвигателя. Регулировочные и тормозные характеристики у электродвигателейколлекторного типа аналогичны.

Электродвигательпостоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – статора ивращающейся – якоря, разделенных воздушным зазором.

Навнутренней поверхности станины статора расположены сердечники полюсов скатушками возбуждения (для двигателей с электромагнитным возбуждением). Состороны, обращенной к якорю, сердечники полюсов имеют полюсные наконечники,которые обеспечивают необходимое распределение магнитной индукции в воздушномзазоре. Якорь представляет собой цилиндрическое тело, вращающееся впространстве между полюсами и состоящее из сердечника, жестко закрепленного навалу, обмотки, коллектора и щеточного узла. Сердечник якоря собирают изштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, покрытыхизолирующим лаком, что уменьшает потери от вихревых токов, которые возникаютпри вращении якоря в магнитном поле полюсов. На наружной поверхности сердечникаякоря имеются пазы, в которых расположена обмотка якоря. Часть сердечникаякоря, занятую пазами (зубцами), называют зубцовой зоной и валом – ярмом.Коллектор набирают из отдельных изолированных друг от друга коллекторныхпластин клиновидного сечения, изготовленных из меди, с которыми соединенаобмотка якоря. Коллектор совместно со щеточным узлом служит для подведения токав обмотку якоря. Обмотка якоря представляет собой замкнутую системупроводников, уложенных в пазы и соединенных по определенной схеме. Основнымэлементом обмотки является секция, состоящая из одного или нескольких витков.Начало и конец секции присоединены к двум коллекторным пластинам. Каждая секциясостоит из активных сторон, которые расположены в пазах сердечника якоря, илобовых частей, посредством которых активные части секции соединяются междусобой и с коллекторными пластинами. Для лучшего использования материала обмоткиякоря активные стороны каждой секции располагают под разноименными полюсами,так что ширина секции равна приблизительно полюсному делению

r = ПD / (2p),где

D – диаметр якоря,

2p – числополюсов.

Придвухслойных обмотках активные стороны секций расположены в пазах в два слоя. Вкаждом пазу находятся активные стороны двух различных секций. Активная сторонаодной секции расположена в верхнем слое, активная сторона другой секциирасположена в нижнем слое, при этом, если одна активная сторона секции вкаком-либо пазу находится в верхнем слое, то другая активная сторона этой жесекции будет находиться в другом пазу в нижнем слое. Активные стороны секций,расположенные в верхнем слое-штриховыми.

Двеактивные стороны различных секций, расположенные одна над другой, образуютэлементарный паз. В одном реальном пазу сердечника якоря может быть один илинесколько элементарных пазов.

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> <td/> /> /> /> <td/> /> <td/> /> /> /> /> <td/> />
Одинарный Двойной Тройной

Способсоединения секций между собой и с коллекторными пластинами определяется типомякорной обмотки. В электродвигателях малой мощности наиболее распространеныпростые петлевая и волновая обмотки.

На простой петлевойобмотке начало и конец крайней секции соединены с соседними коллекторнымипластинами. Каждая последующая секция расположена рядом с предыдущей, а началоее присоединяется к коллекторной пластине, которая соединена с концомпредыдущей секции. После одного полного обхода окружности якоря конец последнейсекции соединяют с коллекторной пластиной, с которой соединено начало первойсекции.

Впростой волновой обмотке (рис. е) последовательно соединяются секции,расположенные под разными полюсами. Начало каждой последующей секциисоединяются с коллекторной пластиной, с которой соединен конец предыдущейсекции. При этом после одного обхода окружности якоря последовательнымсоединением р секции приходят к коллекторной пластине, расположенной рядом сисходной. Однако в отличие от простой петлевой обмотки, начало и конец каждойсекции соединяются с коллекторными пластинами, расположенными друг относительнодруга на расстоянии, равном приблизительно двойному полюсному делению.

Независимоот типа обмотки к каждой пластине присоединяется конец одной секции и началоследующей за ней, поэтому каждой секции обмотки якоря соответствует одноделение коллектора. Если число Sсекций, а число делений коллектора k, то S = k.

Любаяякорная обмотка характеризуется четырьмя параметрами, необходимыми дляпостроения ее схемы:

1. Первый частичный шаг обмотки по якорюУ1;

2. Второй частичный шаг обмотки по якорюУ2;

3. Результирующий шаг обмотки якоря У;

4. Шаг обмотки по коллектору Ук.

Первый,второй и результирующий шаги обмотки измеряются

количествомэлементарных пазов и связаны между собой соотношением:

У2 = У – У1

Шаг обмотки по коллекторуизмеряется числом коллекторных делений (пластин).

Дляпростой петлевой обмотки коллекторный шаг Ук = +/- 1, где знак “+” означает,что каждая последующая по схеме секция лежит справа от предыдущей (рис. д)(правая обмотка), знак “-” – слева (левая обмотка).

Дляпростой волновой обмотки коллекторный шаг Ук = (k +/- 1) / p,где знак “+” означает что конец последней секции обмотки соединяется сколлекторной пластиной, расположенной справа от исходной (правая обмотка), “-”– слева.

В обмотке любого типа шаг обмотки по коллектору должен быть равенрезультирующему шагу обмотки по якорю, т.е. должно удовлетворяться равенство У= Ук.

Простыепетлевые обмотки применяются в основном в электродвигателях, рассчитанных наработу при сравнительно небольших напряжениях, простые волновые – вэлектродвигателях с повышенным напряжением питания. Двигатели бытовых приборовимеют, как правило, петлевые обмотки, т.к. напряжение источника питания их непревышает 220В.

Всоответствии с ГОСТ 14254-69 для характеристики защиты персонала отсоприкосновения с токоведущими или движущимися частями, находящимися внутриэлектродвигателя и от попадания внутрь электродвигателя твердых посторонних телустановлено семь степеней, а для характеристики защиты от попадания внутрь еговожы – девять степеней защиты.

Условноеобозначение степени защиты электродвигателя состоит из условных букв IP, цифрового обозначения степенизащиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями и отпопадания внутрь электродвигателя твердых посторонних тел и воды. Степеньзащиты электродвигателя, конструкция которого исключает возможностьсоприкосновения пальцами с токоведущими и движущимися частями внутриэлектродвигателя, а так же предохраняет внутренние части от попадания твердыхпосторонних тел диаметром более 12,5мм и дождя, падающего под углом не более 60градусов к вертикали, обозначают IP23.Степень защиты электродвигателей указывают в технических условиях или частныхстандартах на конкретные типы электродвигателей.

Шумыи вибрации, возникающие при работе двигателей, имеют одинаковую природу иотличаются только способом их передачи. Вибрация передается конструкциейдвигателя к окружающим деталям или частям, а шум – окружающим двигательвоздухом. Причины шума и вибрации:

· Трение вподшипниках.

· Трение щеток околлектор.

· Колебания частейдвигателя под действием переменных электромагнитных сил, вызванных зубчатойструктурой воздушного зазора.

· Чрезмерноенасыщение магнитной системы и др.

В качестве нормируемой величиныдля оценки шума принят средний уровень звука А на расстоянии 1м от контураэлектродвигателя. По уровню шума двигатели малой мощности до 550Вт разделены на4 класса: I, II, III, IV. Коллекторные двигателиотносятся к классу I.

Частота вращения мин.

Классы по уровню шума

I II III IV До 1000 включит. 64 59 54 49 1000 – 1500 68 63 58 53 1500 – 2200 70 65 60 55 2200 – 3000 71 66 61 56 3000 – 4000 75 70 65 60 Универсальные коллекторные 2000 70 65 60 55 3000 71 66 61 56 5000, 8000 75 70 65 60 12000, 15000 80 75 70 65 18000 83 78 73 68

Для оценки вибрации установленовосемь классов по величине допустимой эффективной вибрационной скорости Vэф.доп

Класс

1 2 3 4 5 6 7 8 Vэф.доп 0,28 2,45 0,7 1,1 1,8 2,8 4,5 7

Кратности пусковыхмоментов коллекторных электродвигателей малой мощности с последовательнымвозбуждением.

Номинальная мощность Pном Вт

4 – 90 120 – 550 4 – 550

Частота вращения, мин.

2000 – 5000 8000 -12000 >12000

Кратность пускового момента, Мпуск / Мком

По техн. условиям 3 4 5

Допускина параметры электродвигателей.

Параметры: частота вращения универсальных и однофазных коллекторных эл.двигателей.

Допускаемые отклонения, %

Мощностью до 40Вт По тех.условиям Мощностью от 40 до 100 Вт с ответвлением в обмотке возбуждения +/- 20 То же, без ответвления в обмотке возбуждения +50…-20 Мощностью свыше 100Вт с ответвлением в обмотке возбуждения +/- 17 То же, без ответвления в обмотке возбуждения +45…-17.5

Основныепараметры пускателей ПНВ, ПНВС.

Тип пускателя

Номинальный ток, А.

Наибольшая мощность, кВт, при напряжении, В.

Исполнение

Масса, кг.

127

220

380

500

ПНВ-30 12,5 1,7 2,8 4,5 4,5 Защищенный 0,280 ПНВ-30Т 12,5 1,7 2,8 4,5 4,5 В пластмассовом корпусе 0,345 ПНВ-35 12,5 1,7 2,8 4,5 4,5 Открытый 0,175 ПНВС-10 5,0 0,6 0,6 0,6 - Защищенный 0,280 ПНВС-10Т 5,0 0,6 0,6 0,6 - В пластмассовом корпусе 0,345 ПНВС-12 5,0 0,6 0,6 0,6 - Открытый 0,175

В пылесосахприменяются коллекторные электродвигатели типа Д 2-03, М-1ДА, ДКП-1, УД, ЭП-220мощностью 280-600 Вт и частотой вращения 200-300 с.

В полотерахприменяются коллекторные электродвигатели типа ЭПТ-2 мощностью 270-350Вт и счастотой вращения 60-150 с.

Отказыв работе коллекторного электродвигателя

Условияэксплуатации и сроки службы двигателей в бытовых машинах различны. Различны ипричины выхода их из строя. Установлено, что 85-95% отказывают в работе из заповреждений изоляции обмоток распределяемых следующим образом: 90% межвитковыхзамыканий и 10% повреждений и пробоев изоляции на корпус. Затем идет износподшипников, деформация стали ротора или статора и изгиб вала.

Технологическийпроцесс ремонта электродвигателей Б.М. включает следующие основные операции:

· Предремонтные испытания

· Наружную очистку от грязи и пыли

· Разборку на узлы и детали

· Удаление обмоток

· Мойку узлов и деталей

· Дефектовку узлов и деталей

· Ремонт и изготовление узлов и деталей

· Сборку ротора

· Изготовление и укладку обмоток

· Сушильно-пропиточные работы

· Механическую обработку ротора в собранном виде и его балансировку