Зачем нужны щетки в синхронной машине

Назначение контактных колец и щеток в синхронном генераторе.

Постоянные магниты на роторе используют лишь в синхронных генераторах весьма малой мощности, поэтому в большинстве синхронных генераторов для получения возбуждающего магнитного поля применяют обмотку возбуждения, располагаемую на роторе. Эта обмотка подключается к источнику постоянного тока через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, располагае мых на валу и изолированных от вала и друг от друга, и двух неподвижных щеток (рис. 6.3).

Как уже отмечалось, приводной двигатель (М) приводит во вращение ротор синхронного генератора с синхронной частотой n ₁. При этом магнитное поле ротора также вращается с частотой n ₁ и индуцирует в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС Е_A, Е_B, Е_C_, которые, будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120 эл. град), образуют трехфазную симметричную систему ЭДС.

С подключением нагрузки в фазах обмотҡи статора появляются токи I_A, I_B, I_C. При этом трехфазная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора (об/мин):

(6.3)

Таким образом, в синхронном генераторе магнитное поле статора и ротор вращаются синхронно, отсюда и название ̶ синхронные машины.

Принцип действия асинхронного генератора

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Для чего нужны щетки в электродвигателе постоянного тока

Коллекторный узел электродвигателя необходим, чтобы передать электроэнергию на обмотки якоря. Так как якорь производит вращательное движение во время работы, передача осуществляется через специальный контакт. Для организации подвижного контакта во всех бытовых и промышленных двигателях не используют пластины из металла. Это обусловлено высокими оборотами, при которых трение металла об металл производило бы дополнительный нагрев рабочей поверхности и быструю выработку коллектора. Поэтому в качестве контакта был выбран графит либо уголь. Получил он название — электрическая щетка.

графитовые щетки

Щетки электродвигателя

Контакт скользящего типа, предназначенный для подведения и отведения электричества на коллекторах либо кольцевых контактах всех типов электрических машин (электродвигатели и генераторы), получил название электрощетки.

Щетки электродвигателя выпускают как с проводниками из металла, так и без них. Закрепление провода в щетке выполняют методом развальцовки, впрессовки либо при помощи пайки. Тоководы щеточные бывают таких марок:

МПЩ – специальный тип провода многожильный, изготовленный из проволоки медной;
ПЩ – гибкий тип провода медного проволочного плетения;
ПЩС – провод универсальный с повышенным показателем гибкости.

На подводящем проводе предусмотрены контактные наконечники. С помощью них провод закрепляется болтом щеточного держателя. Наконечники бывают вилочного, флажкового, двойного и пластинчатого типа.

щетки электродвигателя

Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока

Статор (постоянный магнит)

Рисунок 1 — Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе

— вращающаяся часть электрической машины.

— неподвижная часть двигателя.

(система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо
постоянные магниты
либо
обмотку возбуждения
. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

— часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

— часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

— часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

Принцип работы коллекторного двигателя

Виды щеток

Существует несколько классов щеток, удовлетворяющих разным коммутационным условиям:

Графитовые щетки. Изготовлены они на основе графита с добавлением наполнителя в виде сажи и других веществ. Предназначены щетки для коммутации легкой степени в генераторах и двигателях. Выпускаются марок ЭГ61А и Г20.
Угольно-графитового типа. Щетки малой прочности для небольших механических нагрузок. Марки Г21, Г22.
Электрографитного типа. Щетки повышенной механической прочности, насыщенные углеродом. Выполняют коммутацию средней степени сложности. Выдерживают большие токовые нагрузки. Бывают марок ЭГ2А, ЭГ74, ЭГ14, ЭГ4, ЭГ841.
Металло-графитового типа (меднографитовые щетки для электродвигателей). Основным компонентом щетки является медный, оловянный и графитовый порошок. К ним идут разные наполнители. Щетки обладают высокой прочностью, не пропускают газовую и жидкую среду. Применимы в высокой и средней сложности условиях коммутации. Обеспечивают функционирование генераторов низкого напряжения. Марки имеют МГ, МГС, МГС 5, МГС 20, МГС 51, МГСОА, МГСО, МГСО1М, М1А, М1.

Описанные щеточные контакты применимы в промышленности, для бытового оборудования выпускают щетки марок Г33МИ, Г33, Г30, Г31.

замена щеток электродвигателя

Щетки для электрических машин: простая технология и универсальное применение

Щетки для электрических машин: простая технология и универсальное применение

Электрощетки представляют собой специальные электропроводящие детали токосъемного устройства, которые применяют для подвода тока на коллекторах и контактных кольцах электрических вращающихся машин.

Электрощетки достаточно часто используют в электрических машинах постоянного тока, условия коммутации которых достаточно тяжелы и имеется склонность к эксплуатации при ярко выраженной неравномерной нагрузке. Нередко электрощетки задействуются в малогабаритных универсальных двигателях с большим количеством оборотов, а также в крановых двигателях. Электрощетки ЭГ просто незаменимы в электромашинах вспомогательного типа подвижного состава железнодорожного транспорта.

Электрографитные щетки ЭГ изготавливают из специальной смеси графита, сажи и необходимых связующих веществ. Сама технология относительно проста, по ее завершению электрощетки подвергаются обжигу. Электрощетки главным образом складываются из обычного графита и необходимых связующих материалов. Зачастую электрощетки ЭГ находят свое применение в различных электромашинах постоянного тока, в генераторах тока высокой силы, в генераторах сварочного типа, однофазных и многофазных коллекторных двигателях, а также универсальных коллекторных двигателях, в системах прокатных станков, инструментах и электробытовых приборах различного назначения.

Электрографитные электорощетки ЭГ подвергаются специальной термической обработке в специализированных печах под высокой температурой (до 2500 С). Электрощетки могут маркироваться следующим образом: ЭГ4, ЭГ8, ЭГ2а и т.д.

Сама процедура, при которой электрощетки ЭГ подвергаются термической высокотемпературной обработке называется графитацией.

В имеется возможность приобрести электрощетки ЭГ необходимой маркировки — ассортимент продукции всегда позволяет клиентам найти именно то, что им необходимо. Вся продукция, предлагаемая компанией, имеет сертификаты поставщиков и широко применяется в различных областях промышленности и быта, а ее стоимость наверняка приятно Вас удивит.

Щетки классифицируются в зависимости от применяемых материалов и особенностей технологического процесса. Они делятся на три группы:

Выбор щеточного контакта

Самое важное при подборе щеток электродвигателя — знать параметры выработанных щеток. Кроме геометрических размеров, новая щетка должна совпадать по марке графита, типу и сечению провода. Необязательно брать ту же марку, как у оригинала, но твердость щетки электродвигателя и режимы работы должны совпадать. Толщина провода не должна быть меньше оригинала, а гибкость соответствовать. Основные ошибки при подборе щеточного контакта:

Установка более жесткого графитового контакта туда, где использовались более мягкие. Результатом может стать быстрый износ коллектора.
Установка «универсальных» щеток повсеместно. Это может нарушить режим работы устройства.
Ориентировка при покупке щетки на маркировку графита сбоку старой щетки электродвигателя. Маркировка графита – это не маркировка параметров контакта!

Стоит ли покупать инструмент с бесщеточным двигателем

Если инструмент нужен на несколько раз или просто для домашнего пользования, то лучше выбрать более дешевый вариант. Но профессионалам необходим надежный и мощный шуруповерт, который окупится очень быстро. Это можно понять, увидев, как работает бесщеточный шуруповерт, и сколько процессов с ним можно сделать без перерывов.

Можно подождать, когда технология станет более доступной. Ведь она внедрена не так давно и новые движки, которыми они оснащены слишком дороги в отличие от обычных. При анализе цены разница составит 30-50 %. Такие переплаты слишком значительные, чтобы покупать инструмент просто для наличия дома.

Работа бесщеточного шуруповерта

Почему щетки искрят

Искрение щеток, скользящих по коллектору, закономерно, ведь в момент перехода от одной ламели к другой происходит дуговой микроразряд. При правильном функционировании двигателя, исправности и соответствии всех элементов оно едва уловимо глазом. Но если сильно искрит щетка электродвигателя, причина говорит о неполадках в работе. Игнорирование этого процесса чревато выходом из строя якоря.

Причины, из-за которых искрят щетки, следующие:

Образование нагара либо загрязнений на коллекторе. Возможно при продолжительной работе двигателя без технического обслуживания на контактах коллектора образовалась тонкая пленка из нагара. Она имеет повышенное сопротивление, что приводит к искрообразованию. Устранить неполадку можно, обработав коллектор наждачной бумагой нулевой зернистости (в направлении, куда вращаются щетки).
Замыкание соседних контактов коллектора пылью от графита или мелким медным порошком. В этом случае в цепях возрастают токи, что приводит к сильному искрообразованию. Перемычки следует аккуратно устранить острым предметом.
Неправильный подбор параметров щеток. В результате несоответствия сопротивления контактов также будут искры на коллекторе. Нужно заменить графитовые щетки, основываясь на технической документации двигателя.
Выработка щеток.
Межвитковое замыкание в обмотках якоря. Проверить якорь и заменить в случае неисправности.

меднографитовые щетки для электродвигателей

Бесщеточный мотор преимущества и недостатки

Бесщеточный мотор гарантирует более длительный срок службы, поскольку на самом деле нет щетки, чтобы его изнашивать. Они могут работать более 1000 часов. Безщеточные моторы более энергоэффективны, чем щеточные.

Однако они изначально стоят дороже, чем щеточные моторы. Вам также необходимо коммутировать устройства, такие как кодировщики и контроллеры.

Щеточный двигатель сильно шумит, тогда как их бесщеточные аналоги менее шумные. Бесщеточный двигатель также предлагает более высокое отношение крутящего момента к весу. Что еще? Нет необходимости иметь дело с ионизирующими искрами от коммутатора и электромагнитными помехами.

Расшифровка маркировки

Отечественная маркировка щеток для электродвигателей включает в себя полную информацию об изделии, например:

ЭГ-14 20*32*40 К1-3

Расшифровка маркировки щетки будет выглядеть следующим образом:

ЭГ-14 — материал, из которого изготовлена щетка;
20*32*40 — размеры;
К1-3 — конфигурация (определяется по таблице).

При этом в справочниках имеется дополнительная информация, где указываются параметры для каждого вида щеток.

Согласно информации по назначению и размерам в справочниках, можно подобрать щетки для электроинструмента, в котором применен коллекторный двигатель. При этом следует учитывать, что маркировка у них различная.

Для перфоратора, дрели, миксера и болгарки могут быть как одинаковые, так и разные марки щеток, так как у этих приборов разная нагрузка и обороты. Это необходимо учитывать при замене, а не выбирать только по габаритам.

Если двигатель имеет особенности в конструкции, можно при заказе задать требуемые параметры:

Количество токоподводящих проводников, а также их длину и сечение.
Конфигурацию контакта подключения и накладки.

Зачастую фирмы производители электроинструмента предоставляют таблицу марок или каталожных номеров, в которой отображают информацию, для какого прибора какая щетка подходит. Ниже приведена таблица соответствия для электроинструмента , где указывается тип инструмента и маркировка установленных щеток.

Следующие две таблицы помогут подобрать комплектующие на двигатели электроинструмента фирмы Bosch. В верхней графе указаны типы щеток с маркировкой по номерам (#1, #2, #3 … #15) и их каталожные номера, вертикальными столбцами указываются модели электроинструмента и также их номера.

При подборе необходимо иметь представление, в чем состоит отличие угольных от графитовых и других типов электрощеток. Неправильно выбранные комплектующие может привести к выходу из строя коллектора, и электродвигатель быстро придет в негодность или просто вновь установленные детали быстро сотрутся.

Теперь вы знаете, какая существует маркировка щеток двигателей и как выбрать подходящие электрощетки по нужный инструмент. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Зачем нужны щетки в синхронной машине

Щетки — основной элемент, обеспечивающий неразрывный электрический контакт между неподвижным и подвижным электродами. Имеются в коллекторных электродвигателях, униполярных генераторах, в электротранспорте ("усы" троллейбусов, "дуга" трамваев) и т.д. В коллекторных двигателях щётки представляют собой графитовые стержни, прижимаемые к вращающемуся ротору.

Щетки — самое слабое звено всех конструкций. Это трение, искрение, истирание и т.д. Поэтому от щёток стремятся избавляться. В двигателях — это переход к синхронным и асинхронным конструкциям.

Назначение контактных колец и щеток в синхронном генераторе.

Как уже отмечалось, приводной двигатель (М) приводит во вращение ротор синхронного генератора с синхронной частотой n₁. При этом магнитное поле ротора также вращается с частотой n₁ и индуцирует в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС Е_A, Е_B, Е_C_, которые, будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120 эл. град), образуют трехфазную симметричную систему ЭДС.

(6.3)

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

Все чаще на просторах интернет-магазинов можно найти инструменты с двумя типами двигателей. Инструменты и садовая техника WORX также не отстают от современных трендов при производстве техники, так что на нашем сайте вы тоже можете найти специальную характеристику двигателя — щеточный или бесщеточный. Так что же это за характеристика, на что она влияет и в чем принципиальные отличия инструментов с тем или иным двигателем? Давайте разбираться.

Устройство и принцип действия щеточного двигателя

Щеточный двигатель по-другому еще называется коллекторным. Состоит двигатель из нескольких важных частей.

Ротор — по-другому, якорь. Как раз он вращается внутри и преобразует электрическую энергию в механическую. Якорь обмотан медной проволокой (обмоткой) с разных сторон ротора. За счет прохождения тока через проволоку создается магнитное поле, которое в свою очередь и создает вращение элемента.

На бесщеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую. Это позволяет менять направление вращения ротора. Этот коммутатор и есть коллектор, от которого взял свое название двигатель.

Чтобы напряжение передалось на обмотки, а ток прошел через коллектор в двигатель устанавливаются специальные щетки. Щетки обычно состоят из графита; они всегда контактируют с коммутатором и обеспечивают подачу энергии к катушкам с обмоткой. Есть две щетки, и каждая из них подключается к противоположному полюсу батареи. Это гарантирует, что при вращении ротора ток, протекающий к катушкам, постоянно меняет направление. Это приводит к необходимому изменению магнитного поля, которое позволяет ротору продолжать вращаться.

Устройство щеточного двигателя

Все вышеописанные элементы установлены в статор. Статор — неподвижных элемент двигателя, в котором могут быть либо еще одна катушка с проволокой, либо постоянный магнит. За счет того или другого элемента и создается магнитное поле обратной полярности ротору, из-за чего тот вращается.

Коллекторные двигатели могут работать от переменного напряжения, так как при смене полярности ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление, в результате чего вращательный момент не меняет своего направления.

Плюсы и минусы щеточного двигателя

Так мы с вами вкратце разобрались с устройством щеточного двигателя. Теперь в чем же его плюсы и минусы?

Плюсы

Первым плюсом инструментов со щеточными двигателями стоит отметить более низкую стоимость в отличие бесщеточных. Это связано с технологиями производства и более бюджетными материалами.
Вторым плюсом специалисты отмечают упрощенную конструкцию двигателя, что влияет на стоимость ремонта. Проще поменять щетки, чем весь мотор в целом.
Также к плюсам можно отнести относительно малый вес и размер инструментов.

Минусы

На высоких оборотах увеличивается трение щёток. Отсюда вытекает проблема их быстрого износа. Помимо износа самих щеток, в процессе работы они стираются. Стертый графит может засорить коллектор и привести в полную негодность инструмент.
Также к минусам можно отнести более низкую мощность щеточных инструментов, в отличие от бесщеточных моделей. Это связано с тем, что щеточные двигатели физически не могут выдавать мощность выше 3 000 об./мин. Но такой мощности вполне достаточно для домашнего обихода.
Еще одним минусом щеточных двигателей мы можем отметить наличие искрения во время работ. Обратите внимание, что при запуске инструмента щетки трутся о коллектор и создают видимые искры. Это значит, что работать щеточными инструментами нужно более аккуратно — убирать на расстояние все возможные легковоспламеняющиеся вещества и предметы, а также периодически делать перерывы в работе, во избежание перегрева двигателя.
Последним минусом отметим не очень высокий КПД инструментов с коллекторным двигателем — всего 60%. Это значит, что инструменты несколько хуже справляются с прочными материалами (например, с металлом) и выполняют меньший объем работы за то же время, что бесщеточный инструмент.

Устройство и принцип действия бесщеточного двигателя

Теперь давайте разберем принцип работы бесщеточного двигателя. Как понятно из названия, его принципиальное отличие в отсутствии щеток. Но как же он тогда работает? Как нужная энергия поступает в двигатель?

В устройстве бесщеточного двигателя также присутствует ротор и статор — основные элементы любого мотора. Но при этом отсутствует коллектор, соответственно и двигатель по-другому называется бесколлекторным. Если у щеточного двигателя работа происходит за счет электро-механической смены полярности, то в бесщеточном двигателе все работает благодаря электромагнитной индукции. Также отличается местоположение обмотки — здесь она располагается на статоре, в отличие от предыдущего вида двигателя.

Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, который контролирует подачу напряжения на катушки для создания индуктивности, а также положение ротора и скорость его вращения.

Когда плата подает на обмотку ток, создается тоже противоположное магнитное поле, и магниты на роторе начинают вращаться.

Устройство бесщеточного двигателя

Еще одной особенностью бесщеточных двигателей нужно назвать их типы. Двигатели бывают двух типов — синхронный и асинхронный. В синхронном двигателе частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля — то есть один оборот ротор совершает после одного полного прохождения тока через катушку. А в асинхронном двигателе обратная ситуация — частота вращений ротора меньше, чем частота вращения магнитного поля. То есть ток проходит через катушку быстрее.

Плюсы и минусы бесщеточного двигателя

Если с устройством бесщеточного двигателя мы разобрались, то теперь давайте рассмотрим положительные и отрицательные стороны инструментов с бесщеточными моторами.

Плюсы:

У инструментов с бесщеточным двигателем отсутствуют многие проблемы, которые встречаются у щеточных моделей. Так, первым плюсом специалисты отмечают бо́льшую износостойкость инструментов. Ввиду отсутствия щеток не создается трение внутри двигателя, соответственно нет внутренних загрязнений. Также отсутствие щеток снижает пожароопасность инструмента — при работе нет искрения, а значит можно работать практически в любых условиях.
Вторым плюсом стоит отметить упрощенную регулировку крутящего момента — в отличие от щеточных моделей, у бесколлекторных инструментов достаточно просто нажать соответствующую кнопку на инструменте. Причем регулировка может иметь до 15 уровней и переключаться в одно мгновение.
Одним из ключевых преимуществ бесщеточных моделей нужно отметить экономию расходуемой энергии. Этот пункт особенно актуален для аккумуляторных инструментов. Благодаря экономии инструменты работают до 50% дольше, чем модели со щеточным двигателем. Также КПД бесколлекторных инструментов намного выше — инструмент выполняет 90% поставленных задач, против 60% у коллекторных моделей. Это значит, что бесщеточными инструментами можно работать практически с любым материалом без потери мощности.
Помимо вышеуказанных преимуществ инструментов с бесщеточным двигателем, они еще могут разгоняться до максимальных показателей и имеют быстрый запуск сразу с больших скоростей, чем не могут похвастаться щеточные инструменты.

Минусы:

Минусы щеточного двигателя

Но не бывает все настолько радужно. Даже у инструментов с бесщеточными двигателями есть и свои недостатки. Так сказать, ложка дегтя в бочке меда.

К минусам, в первую очередь стоит отнести стоимость инструментов. Техника с бесщеточным мотором в цене дороже, чем упрощенные модели со щеточным двигателем.
Вторым недостатком бесколлекторных инструментов может быть сложное и дорогое техническое обслуживание. Бесщеточный двигатель — технологичное устройство, для работы с которым нужны знания в микроэлектронике. К счастью, в сотрудники наших сервисных центров знают и умеют обслуживать бесколлекторные двигатели.

Итоги сравнения щеточного и бесщеточного двигателей

Инструменты с разными двигателями в разрезе

Если сравнивать инструменты с разными видами двигателей, то можно смело сказать, что техника с бесщеточным двигателем надежнее и мощнее. Но нужно учитывать тот факт, что ориентирована такая техника больше на профессиональные работы. В быту же и инструменты со щеточным двигателем отлично справятся со своими задачами. Потому перед покупкой инструмента заранее определите цели, для которых вы будете использовать инструменты.

В ассортименте компании WORX есть инструменты и со щеточными и с бесщеточными двигателями. Чтобы определить какой именно тип двигателя установлен в инструменте, обратите внимание на иллюстрацию в карточке товара — в бесщеточных моделях есть специальная пометка «BRUSHLESS MOTOR».

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

Устройство и принцип действия щеточного двигателя

Щеточный двигатель по-другому еще называется коллекторным. Состоит двигатель из нескольких важных частей.

На щеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую. Это позволяет менять направление вращения ротора. Этот коммутатор и есть коллектор, от которого взял свое название двигатель.

Устройство щеточного двигателя