Qu'est-ce qu'un moteur à collecteur CC et comment fonctionne-t-il
Les moteurs collecteurs sont assez courants dans la vie quotidienne et en production. Ils sont utilisés pour conduire divers mécanismes, outils électriques, dans les voitures. Une partie de la popularité est due au simple réglage de la vitesse du rotor, mais il existe certaines limites à leur utilisation et, bien sûr, des inconvénients. Voyons ce qu'est un moteur à collecteur de courant continu (KDTT), quelles sont les variétés de ce type de moteur électrique et où ils sont utilisés.
Définition et appareil
Dans les répertoires et les encyclopédies en tête, une telle définition:
«Un moteur de capteur est appelé un moteur électrique, dans lequel le capteur de position d'arbre et l'interrupteur des enroulements sont le même appareil - le capteur. "De tels moteurs ne peuvent fonctionner que sur courant continu ou sur courant continu et alternatif."
Un moteur collecteur, comme tout autre, se compose de rotor et stator. Dans ce cas, le rotor est une ancre. Rappelons que l'ancre est la partie de la machine électrique qui consomme le courant principal et dans laquelle la force électromotrice est induite.
Pourquoi est-il nécessaire et comment le collecteur est-il organisé? Le collecteur est situé sur l'arbre (rotor) et est un ensemble de plaques situées longitudinalement isolées de l'arbre et les unes des autres. On les appelle des lamelles. Les coudes des sections des enroulements d'induit sont connectés aux lamelles (vous pouvez voir le dispositif d'enroulement d'ancrage KDPT dans le groupe de figures ci-dessous), ou plutôt, la fin de la section d'enroulement précédente et le début de la section d'enroulement suivante sont connectés à chacune d'entre elles.
Le courant est fourni aux enroulements à travers les brosses. Les brosses forment un contact glissant et lors de la rotation de l'arbre sont en contact avec l'une ou l'autre lamelle. Ainsi, les enroulements de l'armature sont commutés, pour cela le collecteur est nécessaire.
L'assemblage de la brosse se compose d'un support avec des porte-brosses et des brosses en graphite ou métallographite sont installées directement à l'intérieur. Pour assurer un bon contact, les brosses sont pressées contre le collecteur par des ressorts.
Des aimants permanents ou des électroaimants (enroulement de champ), qui créent un champ magnétique de stator, sont installés sur le stator. Dans la littérature sur les machines électriques, les termes «système magnétique» ou «inducteur» sont plus souvent utilisés à la place du mot «stator». La figure ci-dessous montre la conception du DPT dans différentes projections. Voyons maintenant comment fonctionne le moteur à collecteur DC!
Principe de fonctionnement
Lorsque le courant traverse le bobinage d'induit, un champ magnétique apparaît, dont la direction peut être déterminée à l'aide de règles de vrille. Le champ magnétique constant du stator interagit avec le champ de l'armature, et il commence à tourner en raison du fait que les pôles du même nom se repoussent, attirés par les différents. Ce qui est parfaitement illustré par la figure ci-dessous.
Lorsque les brosses passent à d'autres lamelles, le courant commence à circuler dans la direction opposée (si l'on considère l'exemple ci-dessus), les pôles magnétiques changent de place et le processus se répète.
Dans les machines à capteurs modernes, une conception bipolaire n'est pas utilisée en raison d'une rotation inégale, au moment de la commutation de la direction du courant, les forces agissant sur l'armature seront minimes. Et si vous allumez le moteur, dont l'arbre s'est arrêté dans cette position "de transition" - il peut ne pas commencer à tourner du tout. Par conséquent, le collecteur d'un moteur à courant continu moderne a beaucoup plus de pôles et de sections d'enroulements placés dans les rainures du noyau doublé, obtenant ainsi une fluidité optimale du mouvement et du couple sur l'arbre.
Le principe de fonctionnement du moteur collecteur en langage simple pour les nuls est décrit dans la vidéo suivante, nous vous recommandons fortement de le lire.
Types de KDPT et schémas de connexion des enroulements
Selon la méthode d'excitation, les moteurs à collecteur CC sont de deux types:
- Avec des aimants permanents (moteurs de faible puissance d'une puissance de dizaines et centaines de watts).
- Avec des électroaimants (machines puissantes, par exemple, sur les mécanismes de levage et les machines-outils).
Distinguer ces types de KDTT par la méthode de connexion des enroulements:
- Excitation séquentielle (dans la vieille littérature russe et d'anciens électriciens, vous pouvez entendre le nom "Serial", de l'anglais. Serial). Ici, l'enroulement de champ est connecté en série avec l'enroulement d'induit. Un couple de démarrage élevé est l'avantage d'un tel schéma, et son inconvénient est une baisse de la vitesse de rotation avec une charge croissante sur l'arbre (caractéristique mécanique douce), et le fait que le moteur colporte (augmentation incontrôlée de la vitesse avec des dommages ultérieurs sur les paliers de poussée et l'armature) en cas de ralenti ou avec une charge d'arbre inférieure à 20-30% de la valeur nominale.
- Parallèle (également appelé "shunt"). En conséquence, l'enroulement de champ est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit. À basse vitesse sur l'arbre, le couple est élevé et stable dans une plage de tours relativement large, et avec une augmentation des tours il diminue. L'avantage est des révolutions stables sur une large plage de charge sur l'arbre (limitée par sa puissance), et l'inconvénient est que si le circuit se brise dans le circuit d'excitation, il peut aller de travers.
- Dépendant. Les enroulements de champ et les ancres sont alimentés par différentes sources. Cette solution vous permet de contrôler plus précisément la vitesse de l'arbre. Les caractéristiques du travail sont similaires à celles du DPT avec excitation parallèle.
- Mixte. Une partie de l'enroulement de champ est connectée en parallèle et une partie en série avec l'armature. Combinez les avantages des types série et parallèle.
Le symbole graphique sur le diagramme que vous voyez ci-dessous.
Dans la littérature russe étrangère et moderne, ainsi que sur les diagrammes, on peut trouver une autre représentation de UGO pour KDT, comme cela a été montré dans la figure précédente sous la forme d'un cercle avec deux carrés, où le cercle représente l'ancre et deux carrés représentent les pinceaux.
Schéma de connexion et inverse
Le schéma de connexion des enroulements du stator et du rotor est déterminé lors de la fabrication et, selon l'endroit où un moteur particulier est utilisé, vous devez choisir la solution appropriée. Dans certains modes de fonctionnement (mode freinage par exemple), les circuits de commutation des enroulements peuvent changer ou introduire des éléments supplémentaires.
Ils comprennent des moteurs à collecteur CC de faible puissance utilisant: des clés à semi-conducteurs (transistors), des interrupteurs à bascule ou des boutons, des microcircuits de pilote spécialisés ou des relais à faible puissance. Les grandes machines puissantes sont connectées au réseau DC via bipolaire contacteurs.
Ci-dessous, vous voyez un circuit inverse pour connecter un moteur à courant continu à un réseau 220V. En pratique, le circuit sera similaire en production, mais il n'y aura pas de pont de diodes, car toutes les lignes de connexion de ces moteurs sont posées à partir de sous-stations de traction, où le courant alternatif est redressé.
L'inverse s'effectue en changeant la polarité sur l'enroulement de champ ou sur l'armature. Il est impossible de changer la polarité ici et là, car le sens de rotation de l'arbre ne changera pas, comme c'est le cas avec les moteurs collecteurs universels fonctionnant en courant alternatif.
Pour démarrer le moteur en douceur, un dispositif de réglage, par exemple un rhéostat, est introduit dans le circuit d'alimentation du bobinage d'induit ou du bobinage d'induit et du bobinage d'excitation (selon le schéma de connexion), la vitesse de l'arbre est également contrôlée de la même manière, mais au lieu d'un rhéostat, ils utilisent souvent un ensemble de résistances constantes connectées en utilisant un ensemble de contacteurs.
Dans les applications modernes, la vitesse de rotation est modifiée à l'aide de la modulation de largeur d'impulsion (PWM) et d'une clé à semi-conducteur, ce qui est exactement ce qui se fait dans un outil électrique sans fil (un tournevis, par exemple). L'efficacité de cette méthode est beaucoup plus élevée.
Champ d'application
Les moteurs à balais CC sont utilisés partout dans la vie de tous les jours et dans les appareils et mécanismes industriels, considérons brièvement leur portée:
- Dans les voitures, les DCT collecteurs 12V et 24V sont utilisés pour entraîner les balais d'essuie-glace (essuie-glaces), dans les lève-vitres, pour démarrer le moteur (un démarreur est un moteur collecteur CC de série ou à excitation mixte) et d'autres entraînements.
- Dans les mécanismes de levage (grues, ascenseurs, etc.), des KDTT sont utilisés, qui fonctionnent à partir d'un réseau CC avec une tension de 220 V ou toute autre tension disponible.
- Dans les jouets pour enfants et les modèles radiocommandés de faible puissance, le KDPT avec un rotor tripolaire et des aimants permanents sur un stator sont utilisés.
- Dans un outil électrique sans fil manuel - une variété de perceuses, meuleuses, tournevis électriques, etc.
Notez que dans un outil électrique moderne et coûteux, des moteurs sans balais sont installés, mais des moteurs sans balais.
Avantages et inconvénients
Nous analyserons les avantages et les inconvénients d'un moteur à collecteur CC. Avantages:
- Le rapport taille / puissance (indicateurs de poids et de taille).
- Simplicité de réglage des virages et mise en place du soft start.
- Moment de départ.
Les inconvénients de KDPT sont les suivants:
- Brosses usées. Les moteurs fortement chargés qui sont régulièrement utilisés nécessitent une inspection régulière, le remplacement des balais et l'entretien de l'ensemble collecteur.
- Le collecteur s'use en raison du frottement des brosses.
- Des étincelles au pinceau sont possibles, ce qui limite l'utilisation dans des endroits dangereux (utilisez alors une exécution antidéflagrante KDTT).
- En raison de la commutation constante des enroulements, ce type de moteur à courant continu introduit du bruit et de la distorsion dans le circuit d'alimentation ou le secteur, ce qui entraîne des dysfonctionnements et des problèmes de fonctionnement d'autres éléments de circuit (particulièrement pour les circuits électroniques).
- Avec les aimants à aimants permanents, les forces magnétiques s'affaiblissent (se démagnétisent) avec le temps et l'efficacité du moteur diminue.
Nous avons donc examiné ce qu'est un moteur à balais CC, comment il est conçu et quel est son principe de fonctionnement. Si vous avez des questions, posez-les dans les commentaires sous l'article!
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