Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электростатические генераторы — устройство, принцип действия и применение

Электростатические генераторы — устройство, принцип действия и применение

Электрический заряд — явление, когда два разноименных заряда одинаковой величины взаимно уничтожаются. Если два тела, в значительной мере заряженные противоположным электрическим зарядом, находятся на близком расстоянии друг от друга, то между ними проскакивает искра и слышен короткий треск.

Сила действия электрически заряженного тела на другое, заряд которого принимается за единицу, называется потенциалом. Разница потенциалов — напряжение.

Первые способы получения электрических зарядов и электростатических полей заключались в трении разнородных материалов (меха, шерсти, шелка, кожи и других материалов о стекло, смолы, каучук и др.). Напряжения и заряды при этом были крайне малы. Наведением и накоплением зарядов путем механического переноса удалось несколько повысить получаемые при этом напряжения.

В дальнейшем для получения высоких напряжений были созданы непрерывно действующие машины с вращающимися дисками, основанные на принципе электростатического наведения (индуцировании). Однако эти машины не давали возможности получить большие мощности и нашли применение главным образом как приборы в физических кабинетах учебных заведений.

Электризация тел и электростатическая индукция

Сообщение телу электрических зарядов называется электризацией. Описанный в статье Электризация тел и взаимодействие зарядов процесс образования положительного и отрицательного ионов дает представление о процессе электризации тел: он заключается в переносе электронов от одного тела к другому.

Таким образом, электрическй заряд тела определяется избытком или недостатком в теле электронов. Наэлектризовать тело можно разными способами, из них техническими являются трение, контактирование, наведение, перенос зарядов.

Обратный процесс — восстановление нейтрального состояния тела (нейтрализация) — заключается в сообщении ему недостающего числа электронов или удаление из него избыточного числа их.

При электризации трением, если ни одному из соприкасающихся при этом тел не сообщается извне добавочных зарядов, оба тела заряжаются одинаковым количеством электричества разных знаков. При соединении тел их заряды полностью нейтрализуются.

Таким образом, заряды не создаются и не уничтожаются, а только передаются от одного тела к другому. Это убеждает нас в существовании закона сохранения электрических зарядов, подобно закону сохранения энергии.

Статическое электричество — электрический заряд в состоянии покоя. Оно возникает в результате трения двух непроводников или непроводника и металла (например, приводные ремни электромоторов), но необязательно твердых тел.

Статическое электричество может возникнуть также в результате трения некоторых жидкостей или газов. У людей с очень сухой кожей образуются электрические заряды. При движении (трении волокон о кожу) в ткани возникает значительный статический электрический заряд, ткань прилипает к телу и мешает движениям.

Статическое электричество становится опасным в легковоспламеняющейся и взрывоопасной среде, где одна искра может зажечь всю массу. В таком случае надо своевременно отвести статический заряд в землю или воздух с помощью какого-либо металлического приспособления, электропроводность которого можно поднять увлажнением или облучением.

Электростатическая индукция — возникновение электрических зарядов на проводнике под влиянием других зарядов, находящихся возле проводника (электризация тела на расстоянии).

Под действием внешнего заряда на ближайшем конце проводника индуктируется (возникает) заряд, знак которого противоположен знаку действующего извне заряда, а на дальнем конце проводника — заряд того же знака. При этом оба индуктируемых заряда равны по величине, т. е. индукция вызывает только разделение зарядов на проводнике, но не изменяет общего заряда проводника (т. к. сумма индуктируемых зарядов равна нулю).

Величина индуктируемых зарядов и их расположение определяются из условия, что электростатическое поле внутри проводника должно отсутствовать. Поэтому индуктируемые заряды располагаются так, что создаваемое ими электрическое поле как раз уничтожает внутри проводника то поле, которое создается индуктирующим зарядом.

Пример электростатической индукции: в незаряженном электроскопе оба электрических заряда, положительный и отрицательный, находятся в равных количествах и поэтому электроскоп не наэлектризован.

Если к нему приблизить стеклянную палочку с положительным зарядом, то свободные электроны одновременно притянутся к ней, положительный заряд электроскопа одновременно отталкивается.

Отрицательный заряд концентрируется ближе к стеклянной палочке, связан с ней, тогда как положительный отталкивается и поэтому располагается на обратной стороне электроскопа — он свободен.

Теперь электроскоп наэлектризован. Однако это состояние не является продолжительным. Стоит удалить стеклянную палочку, как разделение заряда на положительный и отрицательный нарушается, нейтральное состояние электроскопа восстанавливается, и его листочки вернутся в исходное положение.

Электроскоп — устройство, с помощью которого можно установить, каким зарядом наэлектризовано тело. Он состоит из металлического стержня с шариком или пластинкой на верхнем конце и двух свободно свисающих металлических листочков в нижней части. Действие электроскопа основано на принципе: одноименно заряженные тела отталкиваются (Смотрите — Принцип действия электроскопа).

Электростатическая индукция — одна из причин возникновения молнии в природе,— самого мощного и опасного проявления атмосферного статического электричества.

Молния — это разряд атмосферного электричества между отдельными частями облака, отдельными облаками, облаком и Землей, от Земли к облаку. Другими словами, молнию можно определить как электрический ток короткой продолжительности, электрическую искру, выравнивающую электрические потенциалы.

Электростатический генератор Ван де Графа

Для научных и технических целей (например, в ядерной физике, радиобиологии, рентгенотерапии, для испытания материалов, дефектоскопии и пр.) необходимы устройства, позволяющие получать напряжения в несколько миллионов вольт.

Такими устройствами являются технически совершенные электростатические генераторы высокого постоянного напряжения. Наиболее известен из них генератор Ван де Граафа, который создал в 1829-м году американский физик Роберт Ван де Грааф (1901 — 1967).

Генератор Ван де Граафа (1933 год) напряжением на 7 мегавольт

Генератор представляет собой металлический полый шар, укрепленный на высокой пустотелой колонне из изолирующего материала. Размеры шара и высота колонны определяются пределом требуемого напряжения генератора (например, у генератора напряжением 5 МВ диаметр шара достигает 5 м). Внутри колонны движется бесконечная лента из изолирующего материала (шелка, резины), которая служит конвейером для передачи зарядов на сферу.

При движении вверх лента проходит в нижней части устройства мимо щетки соединенной с одним полюсом источника постоянного тока напряжением примерно 10000 В (в качестве этого источника может служить соответствующее выпрямительное устройство). В конструкции своих первых электростатических генераторов Ван де Грааф использовал устройство с электронной лампой.

Устройство электростатического генератора Ван де Граафа

С остриев этой щетки заряды стекают на ленту, переносящую их внутрь шара, а через вторую щетку они переходят на внешнюю поверхность шара. Для усиления процесса незаряженной части ленты, движущейся вниз, передаются заряды противоположного знака, с помощью щеток отводимые от заряжаемого шара.

Благодаря электростатической индукции на щетке появляется отрицательный заряд, который путем истечения передается опускающейся части ленты. Этот заряд затем передается щетке и заземленному нижнему шкиву, через которые отводится в землю.

При непрерывном движении ленты заряд шара увеличивается, пока не достигает заданного предельного значения, определяемого диаметром шара и расстоянием от него до другого электрода или до земли.

При непрерывном движении ленты заряд шара увеличивается, пока не достигает заданного предельного значения, определяемого диаметром шара и расстоянием от него до другого электрода или до земли.

Чтобы увеличить напряжение, устанавливают два таких устройства, в которых шары получают заряды противоположных знаков. Так, например, чтобы получить напряжение 10 МВ, применяют два генератора, заряжаемых относительно земли до +5 Мв и -5 МВ и устанавливаемых на таком расстоянии один от другого, чтобы была исключена возможность пробоя при напряжении, меньше заданного.

В настоящее время существует большое количество разнообразных моделей электростатических генераторов, в том числе повторяющих конструкции Ван де Граафа. Они используются как для физических экспериментов, так и в качестве атракциона для развлечений и демонстраций действия статического электричества.

Читать еще:  Греется двигатель ваз 124 причины

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Проверка возможностей автомобильного генератора в качестве электродвигателя.

Решил провести эксперимент, по возможности использования генератора от легкового автомобиля, как тягового двигателя с прямым приводом на колесо, для велосипеда или что-либо подобного.
У меня как раз есть исправный генератор, но использовать его в автомобиль я не могу, как и некоторые другие вещи, но зато попробую провести этот эксперимент сам. В интернете на специализированных форумах есть размышления, что так не делают, что и в конструкции генератора специально особым образом подобраны формы ротора и статора, для работы его как генератора. Да и наличие отдельной катушки возбуждения усложняет конструкцию. Но из достоинств – генератор не создает практически никаких сопротивлений вращению, если на него не подан ток, и он есть за бесплатно. Заниматься самому математическим анализом реализации такой возможности, нет достаточного опыта и данных, пока (если кто разложит все по полочкам — буду признателен).
Схема подключения генератора:

Генератор был аккуратно разобран:

Из него был удален диодный мост и схема регулятора напряжения, подключены провода к обмоткам генератора, и щеточному узлу катушки возбуждения:

Затем все было собрано аккуратно и стало иметь такой вид:

Скрепка – торчащая из задней крышки генератора, фиксирует подпружиненные щетки в заглубленном состоянии, что позволяет правильно установить заднюю крышку, ничего не сломав. Затем скрепка вытягивается, и щетки упираются в коллектор.

Далее, из имеющегося блока электроусилителя руля, работающего на трехфазный мотор, изымаем блок силовых транзисторов. К сожалению, использовать его как полноценный блок управления трехфазным мотором (BLDC) нельзя.

Поэтому подключим блок силовых транзисторов к имеющейся плате 2CAN (описано ранее), через самодельную плату с драйверами управления транзисторами. А так как лето у нас короткое, то плата сделана самым простым и быстрым проверенным способом лазерной печати и утюга:

Общая схема получилась примерно такая:

Так как на плате 2CAN разведены не все выводы платы и микроконтроллера, пришлось добавить соединений навесным монтажом:

Написана простая программа управления трехфазным двигателем, используя таймер №1.Пока решил не использовать датчики положения ротора, ограничившись только регулировкой частоты вращения и заполнением ШИМ (амплитуду синусоид). Если генератор покажет оптимистичные характеристики, то тогда и усложню схему и программу. Форму напряжения выбрал синусоидальную, коэффициенты для таймера рассчитал простой программой на javascript, (позволяет писать программы в любом текстовом редакторе и запускать на выполнение любым браузером), файл sine.html (в zip) прилагаю ниже.

При открытии его браузером, можно просмотреть значения, и скопировать в буфер обмена:

Такая конструкция получилось в итоге:

Форма результирующего напряжения двух фаз такая (осциллограф двухлучевой к сожалению):

(после простого R-C фильтра для щупа осциллографа), а так без фильтра на прямую:

В качестве источника питания был выбран аккумулятор 12В 7А, через предохранитель 30 Ампер питание подавалось на схему. Обороты генератора, которые меня интересовали, были в пределах от 0 до 420 оборотов в минуту. Исходя из того, что если на шкив генератора надеть колесо диаметром 20 см, и при этом скорость максимальную ограничить в 16км/час. Подключим генератор:

Примитивным способом оценить крутящий момент, развиваемый генератором, решили с помощью поднятия груза, подвешенного за веревку к шкиву генератора.

Далее все расчеты довольно примитивны, и возможно есть ошибки. В качестве груза выбрал две 5-литровых емкости с водой. При диаметре шкива 5,5см, генератор с уверенно поднимал этот груз при 50 % заполнении ШИМ таймера на высоту 50 см за 3 секунды. Ток от аккумулятора составлял порядка 16 Ампер, но и напряжение на нем падало до 11 Вольт (слабоват аккумулятор). Получается, гарантирован крутящий момент примерно 2,75 ньютона на метр, при 3 оборотах в секунду. Сила тяги генератора с колесом диаметром 20см, одетого напрямую на вал, составила бы 12,5 ньютона (условная скорость составила бы примерно 7км/час). Для ребёнка, стоящего на роликах может быть и хватит. Для реализации полной мощности потребовался бы аккумулятор большей емкости, и более толстые провода. Без нагрузки, генератор вращается без подачи тока на катушку возбуждения (как несинхронный трехфазный электродвигатель). По идее, учитывая, что при потребляемой мощности в 176 ватт, получаем мощность на совершение работы, очень примерно оцененной в 16 Ватт, КПД полученного устройства не радует. Даже если удастся увеличить КПД использованием датчиков положения ротора в два -три раза, тяга маловата все таки для взрослого человека. Значительная часть тока тратится на катушку возбуждения, при этом, в зависимости от нагрузки, оборотов и температуры генератора составляет это порядка 5 — 12 Ампер. Да и генератор в родном рабочем режиме крутится на горазбо более высоких оборотах (2100 — 18000 об/мин). Выходить на рабочие токи больше 30 Ампер в схеме посчитал нецелесообразным. Конечно, используя мотор с постоянными магнитами, можно значительно поднять КПД устройства. Но все равно, значительные токи в узлах схемы, при напряжении питания в 12 Вольт, не позволяют добиться приемлемых параметров при длительной работе мотора в тяговом режиме. А перематывать катушки статора генератора под другое напряжение, количество оборотов, делать ротор с неодимовыми магнитами — это уже надо быть сильно мотивированным на это. Практичнее переходить на готовые, относительно легко доступные BLDC моторы для велосипедов, скутеров и т.д. с напряжением 36 Вольт и более. Также был подключен оригинальный двигатель, и это совсем другая тема и возможности:

В автомобильных вентиляторах охлаждения, часто применяются двухфазные электродвигатели с постоянными магнитами, выдавая мощность под 300ватт (но коррозия и большие токи зачастую выводят из строя компактную схему управления, встроенную в мотор).

Других целей больше не было, остался удовлетворенным полученным отрицательным результатом 🙂

Приведу настройки таймера:

А табличные значения получаем как написано выше (редактируем имя распечатываемого на экран массива ) 🙂 Плохо что видео нельзя тут приложить, довольно забавно. Если есть вопросы – без проблем задавайте, пишите 🙂

С уважением, Астанин Сергей, ICQ 164487932.

Добавил сам проект, правда внутри много лишнего осталось от проекта общения по CAN, но мотору не мешает.

Инструкция по сборке генератора статического электричества своими руками

До этого я уже создавал несколько генераторов статического электричества и эти проекты всегда вызывали сильный интерес. С ними очень весело проводить время и они позволяют делать много разных трюков с помощью электростатического разряда. Например, можно щелкать током своих друзей (и себя), заставлять руками частицы песка или пыли вести себя странно, так как они подвержены влиянию статических зарядов. Также можно притягивать струю воды, заряжать бумагу, чтобы она прилипала к стене и производить множество других магических трюков.

Вышеприложенное видео демонстрирует процесс сборки этого проекта, а текстовая версия ниже даст вам пошаговую инструкцию. Это третья версия моего генератора статического электричества, при этом она самая дешевая. Она позволяет создавать заряд примерно такой же, какой бывает, когда вы ловите искру от ковра, гуляя по нему в пижаме.

Ионизатор USB, который является основным компонентом проекта, можно найти здесь: ссылка

  • Ионизатор.
  • Изолированная проволока.
  • Термоусадочная трубка.
  • Горячий клей.
  • Припой и паяльник.
  • Батарейки-кнопки на 1.5v.
  • Изолента.
Читать еще:  Что такое форсирование мощности двигателя

Шаг 1: Разбираем ионизатор

Ионизаторы такого типа разбираются очень просто. Если вы будете использовать их по назначению, то корпус, скорее всего, сам треснет уже через неделю. С помощью плоскогубцев моно легко вскрыть корпус и получить доступ к плате устройства. К слову, хочу заметить, что я бы не подключал такое устройство к USB-порту компьютера. Высоковольтные устройства лучше вообще не подключать к компьютеру.

Если вы обратите внимание на последние две картинки, то заметите, что я разделил устройство на две секции. Первая часть, близкая к USB, представляет собой конвертер, который преобразует постоянный ток от USB в переменный ток, который затем проходит через крошечный трансформатор во вторую часть устройства. Вторая часть состоит из цепи четырех последовательных усилителей напряжения, которым для работы нужен переменный ток. Но в конце мы имеем постоянный ток, который направляется на белый провод.

Схема представляет как раз то, что нужно, чтобы получить статический заряд, но нам нужно модифицировать её так, чтобы она работала от батареек.

Шаг 2: Добавляем входной и выходной провода

Чтобы изменить схему до нужного нам состояния, первым делом избавимся от USB. Отвернём два ушка по бокам, и порт будет держаться лишь на 4 пинах. Прислоним паяльник сразу ко всем пинам и высвободим плату от USB порта.

На другой стороне платы есть обозначения, по которым можно определить, какая клемма предназначена для положительного заряда и какая для земли, они соответственно обозначены символами V+ и GND. Я припаял к этим клеммам по проводу, другие концы проводов будут соединены с батарейками.

На последней картинке видно, что я работаю на другой стороне платы, где я выпаиваю короткий выходной провод и припаиваю вместо него новый, значительно более длинный.

Шаг 3: Изолируем схему

Нам нужно изолировать схему от высокого напряжения, которое она будет генерировать, иначе она поджарит сама себя. Перед тем как поместить всё в термоусадочную трубку, я сперва прошелся по схеме горячим клеем, это позволило создать для проводов соединение более прочное, чем просто маленькая капелька припоя. Затем я поместил поверх устройства термоусадочную трубку и малым огнём аккуратно закрепил её на месте. Концы трубки остались не слишком зажатыми, и я также заполнил их горячим клеем. Такие ионизаторы идут со световым индикатором, чтобы вы знали, что они работают, так что я убрал немного термоусадки в том месте, где находился диод.

Шаг 4: Запитываем генератор

Источники питания USB, под которые проектируются такие устройства, дают на выходе 5 Вольт постоянного тока. Достаточно сложно найти батарейку с таким же напряжением, но обычно электроприборы могут работать в небольшом диапазоне напряжений, поэтому мы можем совместить три батарейки на 1.5V и этого вполне должно хватить.

Чтобы соединить их, оголите небольшой участок заземляющего провода (также оставив длинный изолированный его конец) и согните его, чтобы можно было придавить этот участок к отрицательной клемме батареек. Я добавил к оголенной части немного припоя и она стала держать форму.

Затем поместите пачку батареек между двумя проводами, положительный вход совместите с положительной клеммой батареек, а заземляющий провод соедините с отрицательной клеммой батареек. Небольшое количество изоленты удержит батарейки вместе и плотно прижмёт провода к их клеммам.

При желании на положительный провод можно припаять выключатель, но я решил, что устройство будет всегда включено. Для выключения я просто просовываю небольшую пластиковую пластину между батареек, и она разрывает соединение.

Шаг 5: Заключение

Устройство на данном этапе полностью работоспособно. Для того чтобы оно зарядило ваше тело (или любой проводящий объект), выходной провод должен касаться вашей кожи, в то время как конец длинного заземляющего провода должен соприкасаться с поверхностью, на которой вы стоите. Более токопроводящая поверхность позволит девайсу работать лучше, так как это даст возможность получить больший дифференциал заряда между вами и вашим окружением.

Для своих предыдущих генераторов я создавал соединения на липучках, они позволяли надежно закрепить выходные провода на теле и прикрепить заземляющий провод к низу моей подошвы.

На этом всё! Надеюсь вам понравилось читать о моём проекте.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Как сделать генератор постоянного тока своими руками — способы изготовления в домашних условиях. 155 фото и принципиальные схемы самодельных устройств

Электричество стало неотъемлемой частью нашего существования. Времена, когда пользовались свечами для освещения, выбивали пыль, развешивая ковры на улице и стирали белье в реке уже прошли. Для получения этого ценного ресурса, который прочно вошел в повседневную жизнь, можно использовать генераторы переменного и постоянного тока, которые преобразуют механическую энергию в электрическую.

Это – наиболее простое, незамысловатое устройство. Генератор постоянного тока можно сделать своими руками, чтобы заряжать тот же мобильник или ноутбук либо приобрести в любом супермаркете электротехники.

С развитием технического прогресса теперь любое электрооборудование можно купить в интернет-магазинах, которые предоставляют на своих веб-ресурсах фото и технические характеристики современных генераторов постоянного тока.

Краткое содержимое статьи:

Устройство

Конструктивно генератор постоянного тока не так и сложен. Он – тот же двигатель, только работает иначе. Преобразует механическую энергию в электрическую, а не наоборот.

Рассматривая его снаружи и изнутри, можно выделить следующие детали:

  • Чугунный или стальной корпус;
  • Статор;
  • Катушки возбуждения;
  • Якорь;
  • Обмотка самовозбуждения;
  • Коллектор;
  • Медно-графитные щетки

Принцип действия генератора постоянного тока основан на том, что когда в магнитном поле движутся проводники, то в нем генерируется разнонаправленная ЭДС, величину и направление которого можно контролировать и изменять. Это происходит при вращении якоря. С помощью коллектора на выходе образуется постоянный ток.

Классификация генераторов постоянного тока

Устройства различаются между собой по принципу включения и подсоединения обмоток. Сейчас можно встретить такие виды генераторов постоянного тока:

  • С самовозбуждением. Внешним источником для запуска и бесперебойного питания может быть ветрогенератор или аккумулятор;
  • С независимым включением, питающимся от обмотки;
  • С параллельным (шунтовым) возбуждением;
  • Последовательным подключением обмоток.
  • Дизельные и газовые высокомощные генераторы.

В современной жизни генераторы постоянного тока используются для питания в городах электротранспорта и как инверторы для сварки. А также их можно встретить в конструкции тяговых тракторов комбайнов и прочих машин высокой мощности.

Способы изготовления

Существует множество мастер-классов, посвященных тому как правильно это сделать, и из чего лучше. При этом следует понимать, что генератору нужно бесперебойное питание для осуществления постоянного вращения и вырабатывания электричества. Для этого подойдет другой двигатель.

Как сделать электродвигатель своими руками

Рассмотрим отдельные аспекты конструирования. Не станем обещать изготовление вечного двигателя, по типу творения, приписываемого Тесле, но рассказ предвидится интересным. Не станем тревожить читателей скрепками и батарейками, предлагаем поговорить, как приспособить уже готовый мотор под собственные цели. Известно, что конструкций масса, все используются, но современная литература базовые основы оставляет за кормой. Авторы проштудировали учебник прошлого века, изучая, как сделать электродвигатель собственноручно. Теперь предлагаем окунуться в знания, составляющие базис специалиста.

Почему в быту часто применяются коллекторные двигатели

Коллекторный тип двигателя

Если брать фазу на 220В, принцип работы электродвигателя на коллекторе позволяет изготовить устройства в 2-3 раза менее массивные, нежели при использовании асинхронной конструкции. Это важно при изготовлении приборов: ручные блендеры, миксеры, мясорубки. Помимо прочего, асинхронный двигатель сложно разогнать выше 3000 оборотов в минуту, для коллекторных указанное ограничение отсутствует. Что делает устройства единственно пригодными для реализации конструкций центрифужных соковыжималок, не говоря уже о пылесосах, где скорость часто не ниже.

Читать еще:  Что такое двигатель mzi

Отпадает вопрос, как сделать регулятор оборотов электродвигателя. Задача давно решена путём отсечки части цикла синусоиды питающего напряжения. Это возможно, ведь коллекторному двигателю нет разницы, питаться переменным или постоянным током. В первом случае падают характеристики, но с явлением мирятся по причине очевидных выгод. Работает электродвигатель коллекторного типа и в стиральной машине, и в посудомоечной. Хотя скорости сильно отличаются.

Легко сделать и реверс. Для этого меняется полярность напряжения на одной обмотке (если затронуть обе, направление вращения останется прежним). Иная задача – как сделать двигатель с подобным количеством составных частей. Сделать самостоятельно коллектор вряд ли удастся, но намотать заново и подобрать статор вполне реально. Заметим, что от числа секций ротора зависит скорость вращения (аналогично амплитуде питающего напряжения). А на статоре лишь пара полюсов.

Наконец, при использовании указанной конструкции удаётся создать устройство универсальное. Работает двигатель без труда и от переменного, и от постоянного тока. Просто на обмотке делают отвод, при включении от выпрямленного напряжения задействуют полностью витки, а при синусоидальном исключительно часть. Это позволяет сохранить номинальные параметры. Сделать примитивный электродвигатель коллекторного типа не выглядит простой задачей, зато удастся целиком приспособить параметры под собственные нужды.

Особенности работы коллекторных двигателей

В коллекторном двигателе не слишком полюсов на статоре. Если говорить точнее, всего два — северный и южный. Магнитное поле в противовес асинхронным двигателям здесь не вращается. Вместо этого меняется положение полюсов на роторе. Подобное положение дел обеспечивается тем, что щётки постепенно движутся по секциям медного барабана. Особой намоткой катушек обеспечивается должное распределение. Полюса словно скользят по кругу ротора, толкая его в нужном направлении.

Для обеспечения режима реверса достаточно поменять полярность питания любой обмотки. Ротор в этом случае называется якорем, а статор – возбудителем. Включать эти цепи допустимо параллельно друг другу либо последовательно. И тогда начнут значительно изменяться характеристики прибора. Это описывается механическими характеристиками, взгляните на прилагающийся рисунок, чтобы представить утверждаемое. Здесь условно показаны графики для двух случаев:

График изменения характеристик прибора

  1. При параллельном питании возбудителя (статора) и якоря (ротора) коллекторного двигателя постоянным током его механическая характеристика почти горизонтальна. Это значит, что при изменении нагрузки на вал сохраняется номинальная частота вращения вала. Это применяется на обрабатывающих станках, где изменение оборотов не лучшим образом сказывается на качестве. В результате деталь вращается при касании её резцом резво, как при старте. Если препятствующий момент слишком возрастает, происходит срыв движения. Двигатель останавливается. Резюме: если хотите двигатель от пылесоса применить для создания металлообрабатывающего (токарного) станка, предлагается обмотки соединить параллельно, ведь в бытовой технике доминирует иной тип включения. Причём ситуация объяснима. При параллельном питании обмоток переменным током образуется слишком большое индуктивное сопротивление. Указанную методику следует применять с осторожностью.
  2. При последовательном питании ротора и статора у коллекторного двигателя появляется прелестное свойство – большой крутящий момент на старте. Такое качество активно используется для страгивания трамваев, троллейбусов и, вероятно, электропоездов. Главное, что при увеличении нагрузки обороты не срываются. Если запустить в таком режиме коллекторный двигатель на холостом ходу, скорость вращения вала будет расти безмерно. Если мощность мала – десятки Вт – беспокоиться не стоит: сила трения подшипников и щёток, возрастание токов индукции и явление перемагничивания сердечника вкупе затормозят рост на конкретном значении. В случае промышленных агрегатов либо упомянутого пылесоса, когда его двигатель извлекли из корпуса, повышение скорости идёт лавинообразно. Центробежная сила оказывается столь велика, что нагрузки способны разорвать якорь. Поосторожнее при запуске коллекторных двигателей с последовательным возбуждением.

Коллекторные двигатели с параллельным включением обмоток статора и ротора отлично поддаются регулировке. За счёт внедрения реостата в цепь возбудителя удаётся значительно поднять обороты. А если такой присоединить в ветвь якоря, вращения, напротив, замедлится. Это массово используется в технике для достижения нужных характеристик.

Конструкция коллекторного двигателя и связь её с потерями

При конструировании коллекторных двигателей принимаются во внимание сведения, касающиеся потерь. Выделяются трёх видов:

    Электрическими принято называть тепловые потери при движении токов по проводникам. Для снижения указанной величины обмотки выполняются из меди, имеющей наименьшее удельное сопротивление из доступных материалов. Понятно, что лучше взять серебро, а золото – просто отлично, но это слишком дорого. Тепловые потери зависят от сечения. Нельзя выбирать толщину проводников слишком малой. С этой точки зрения она ограничивается рассеиваемой мощностью, не меньше реально присутствующей в двигателе. Иначе обмотка сгорит. Слишком толстые проводники из меди, впрочем, сделают двигатель громоздким и тяжёлым, плюс – дорогим. Важное дополнение: двигатели обязаны сопровождаться средствами защиты. Уместны термопредохранители или реле, находятся в свободной продаже. А значения срабатывания выбираются ниже температуры выгорания обмотки (изоляции). Обычно 135 градусов Цельсия. Технические данные на предельные температуры проводов приводятся в характеристиках (data sheet).

Обычно при питании коллекторного двигателя переменным током используется последовательное включение обмоток. В противном случае выходит слишком большое индуктивное сопротивление.

К сказанному добавим, что при питании коллекторного двигателя переменным током вступает в роль индуктивное сопротивление обмоток. Поэтому при одинаковом действующем напряжении частота оборотов понизится. Полюса статора и корпус уберегаются от магнитных потерь. В необходимости этого легко убедиться на простом опыте: питайте маломощный коллекторный двигатель от батарейки. Его корпус останется холодным. Но если теперь подать переменный ток с прежним действующим значением (по показаниям тестера), картина изменится. Теперь корпус коллекторного двигателя начнёт греться.

Эскиз сбора статора в поперечном срезе и сбоку

Потому даже кожух стараются собрать из листов электротехнической стали, клепая либо склеивая при помощи БФ-2 и аналогов. Наконец, дополним сказанное утверждением: листы набираются по поперечному срезу. Часто статор собирается по эскизу, показанному на рисунке. В этом случае катушка наматывается отдельно по шаблону, потом изолируется и надевается обратно, упрощая сборку. Что касается методик, проще нарезать сталь на плазменном станке, и не думать о цене мероприятия.

Проще найти (на свалке, в гараже) уже готовую форму для сборки. Потом уже намотать под неё катушки из медной проволоки с лаковой изоляцией. Заведомо диаметр подбирается больше. Вначале готовую катушку натягивают на первый выступ сердечника, потом на второй. Прижимают проволоку так, что по торцам остаётся небольшой воздушный зазор. Считается, подобное не критично. Чтобы держалось, у двух крайних пластин острые углы срезаются, оставшаяся серёдка отгибается наружу, отжимая торцы катушки. Это поможет собрать двигатель по заводским меркам.

Часто (особенно в блендерах) находится разомкнутый сердечник статора. Это не искажает форму магнитного поля. Раз полюс единственный, особой мощности ожидать не приходится. Форма сердечника напоминает букву П, между ножками литеры в магнитном поле вертится ротор. Под устройство сделаны кругообразные прорези в нужных местах. Подобный статор нетрудно собрать самостоятельно из старого трансформатора. Это проще, нежели сделать электродвигатель с нуля.

Сердечник в месте намотки изолируется стальной гильзой, по бокам – диэлектрическим фланцами, вырезанными из любого подходящего пластика.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector