Коллектор у какого двигателя

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (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.

Якорь — 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.

Щетки — 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.

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

Типы коллекторных электродвигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора . КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

    Преимущества:
  • лучшее соотношение цена/качество
  • высокий момент на низких оборотах
  • быстрый отклик на изменение напряжения
    Недостатки:
  • постоянные магниты со временем, а также под воздействием высоких температур теряют свои магнитные свойства

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

    По схеме подключения обмотки статора коллекторные электродвигатели с обмотками возбуждения разделяют на двигатели:
  • независимого возбуждения
  • последовательного возбуждения
  • параллельного возбуждения
  • смешанного возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

    Преимущества:
  • практически постоянный момент на низких оборотах
  • хорошие регулировочные свойства
  • отсутствие потерь магнетизма со временем (так как нет постоянных магнитов)
    Недостатки:
  • дороже КДПТ ПМ
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Читайте также:  Схема управления синхронного двигателя компрессора

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа &lt Iном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф

Iа), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:

,

  • где M – момент электродвигателя, Н∙м,
  • сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
  • Ф – основной магнитный поток, Вб,
  • Ia – ток якоря, А.

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

    Преимущества:
  • высокий момент на низких оборотах
  • отсутствие потерь магнетизма со временем
    Недостатки:
  • низкий момент на высоких оборотах
  • дороже КДПТ ПМ
  • плохая управляемость скоростью из-за последовательного соединения обмоток якоря и индуктора
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

    Преимущества:
  • хорошие регулировочные свойства
  • высокий момент на низких оборотах
  • менее вероятен выход из под контроля
  • отсутствие потерь магнетизма со временем
    Недостатки:
  • дороже других коллекторных двигателей

Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

Основные параметры электродвигателя постоянного тока

Постоянная момента

Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

,

  • где Z — суммарное число проводников,
  • Ф – магнитный поток, Вб [1]

Источник

ВПУСКНОЙ/ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР В АВТОМОБИЛЕ: ФУНКЦИИ, ВИДЫ, СТРОЕНИЕ И РЕСУРС

AutoBlogCar.Ru – Полезные статьи для автолюбителей | https://autoblogcar.ru/engine/

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется впускным и выпускным коллектором автомобиля, для чего нужны элементы системы двигателя, какие задачи с функциями выполняют узлы, а также, где устанавливаются устройства в моторном отсеке того или иного транспортного средства. Кроме того, расскажем про то, какой эффект оказывают коллекторы на функционирование силовой установки, каково строение и устройство элементов системы, а также, какие существуют разновидности узлов. В заключении поговорим о том, могут ли выходить из строя впускной и выпускной коллекторы, какими плюсами и минусами обладают устройства, а также, может ли силовая установка автомобиля работать без этих деталей.

Читайте также:  Как проверить уровень масла в двигателе рено клио

Как правило, на большинстве автомобилей применяются два типа коллекторов — впускной и выпускной. Несмотря на внешнее сходство, оба компонента выполняют совершенно противоположные функции, обеспечивающие оптимальную работу силовой установки. Такие элементы двигателя автомобиля, как коллекторы является одними из ключевых узлов в процессе образования топливно-воздушной смеси в камерах сгорания цилиндров мотора. Впускной коллектор осуществляет подвод воздушных масс в камеры сгорания двигателя, а выпускной коллектор производит наоборот, отвод отработанных газов из системы силовой установки.

Таким образом, коллектором называется специальная часть впускного или выпускного тракта систем подвода и отвода воздушных масс. Справочно заметим, что без впускного коллектора в камерах сгорания двигателя просто не могло бы происходить смешивания топливной смеси с воздухом, а без выпускного элемента, отработанные газы так и оставались бы в силовой установке автомобиля. Также отметим, что выпускной коллектор плотно функционирует с катализатором, при помощи которого и происходит удаление выхлопных газов из системы двигателя через глушитель транспортного средства в окружающую среду. Зачастую впускной и выпускной коллекторы устанавливаются рядом друг с другом на силовой установке автомобиля, при этом никаким образом не соприкасаются друг с другом. Кроме того, материалы, из которых они изготавливаются зачастую полностью отличаются.

Если представлять коллекторы схематично, то они выглядят, как детали, которые оснащены четырьмя трубами небольшого диаметра, объединяющиеся в одну большую, так сказать выходную. Заметим, что бывают коллекторы, которые имеют две, три, шесть и двенадцать труб, которые, как правило, все равно на выходе объединяются в одну большую. Количество труб полностью зависит от того, сколько цилиндров установлено в голове блока двигателя автомобиля. Кроме того, в некоторых современных автомобилях, силовая установка, оснащенная 4-мя цилиндрами, может иметь всего три трубы коллектора, такие узлы еще называют трехтрубными. Зачастую все спортивные автомобили или машины с форсированными моторами оснащаются коллекторами на шесть, а то и более труб. Причем количество труб впускного, как правило, совпадает с числом труб выпускного коллектора.

Чем отличается впускной коллектор от выпускного по типу подключения к двигателю?

Впускной коллектор : подключается к системе подачи воздуха или горючего, в связи с чем в верхней точке, как правило, устанавливается карбюратор/инжектор или дроссельная заслонка;

Выпускной коллектор : подключается к выхлопной трубе с целью отведения отработанных газов из системы двигателя. Как правило, соединяется с катализатором (нейтрализатором) отработанных газов.

Главная задача впускного коллектора заключается в подаче топливной смеси или воздуха к камерам сгорания цилиндров мотора. На сегодняшний день существуют 2 основные системы подачи топлива, которые зависят от конструкции коллектора. Первые системы коллекторов производят смешивание топлива с воздухом, а вторые не осуществляют такой функции. Важной конструктивной особенностью любого коллектора является материал, из которого он изготовлен. Большинство современных автомобилей, особенно бюджетных оснащаются впускными коллекторами, которые изготовлены из высокотемпературного пластика, хотя еще буквально лет 5 назад, о таком материале коллектора в автомобилестроении даже не задумывались и применялись только металлические детали. Как все мы понимаем пластик производителями используется с точки зрения удешевления конечной стоимости и снижения веса транспортного средства.

Крепится коллектор к двигателю своей широкой частью, где располагаются входные трубы, число которых обычно составляет от 2-ух до 6-ти единиц, в зависимости от количества цилиндров силовой установки. Коллектор зачастую устанавливается к голове блока цилиндров и подсоединяется в специальные каналы, в которых происходит всасывание топливной смеси или воздуха. Функционирует впускной коллектор вместе с впускными клапанами, которые открываются в тот момент, когда происходит всасывание топливной смеси или воздуха, а затем они закрываются после того, как смесь попадает в камеры сгорания цилиндров двигателя.

Немаловажным отличием впускного коллектора от выпускного является тот факт, что в первом элементе, как правило, высокие температуры отсутствуют, поэтому пластиковые компоненты, которые так часто можно встретить в современных автомобилях, спокойно выдерживают температурные нагрузки. Однако отсутствие высоких температур во впускном коллекторе, не говорит о том, что их там нет совсем. Дело в том, средние показатели температуры, которая образуется в данном коллекторе варьируется от 80 до 120 градусов по Цельсию, благодаря основному разогреву головы блока цилиндров в процессе работы поршней, а также воспламенения топливно-воздушной смеси в камерах сгорания.

Справочно заметим, что конструкция впускного коллектора может изменяться в зависимости от вида системы впрыска топлива. Например, если рассматривать систему распределенного впрыска топлива, то в коллектор перед клапанами зачастую встраивают инжекторы, которые впрыскивают горючее, причем смешивание с воздушными массами происходит здесь же. Когда клапана в таком коллекторе открываются, то происходит засасывание топливно-воздушной смеси.

Читайте также:  Чем отличаются двух тактные и четырех тактные двигателя

Кроме того, в рассматриваемой системе впрыска топлива непосредственного типа, в коллекторе зачастую находится только воздух, который подается при помощи дроссельной заслонки. Происходит это таким образом, что когда заслонка подает воздух, то в этот момент клапана коллектора открываются и происходит всасывание воздушных масс в камеры сгорания цилиндров, где осуществляется их смешивание с топливом. В верхней области коллектора, где располагаются 2 , 4 или 6 труб малого диаметра, в зависимости от количества цилиндров в моторе, они объединяются в единую выходную трубу. Как правило, в современных коллекторах, подачей воздуха руководит дроссельная заслонка, хотя на старых моделях двигателей эту функцию выполняли карбюратор или система моно-впрыска.

Выпускной коллектор наравне с впускным выполняет не менее важные задачи. Главной функцией такого компонента двигателя, как мы сказали ранее является отвод отработанных газов, которые образуются в камерах сгорания цилиндров. В работу выпускной коллектор вступает тогда, когда впускные клапана закрываются. Закрываются данные клапана в следствии того, что топливо в камерах сгорания сжимается и поджигается свечой зажигания, после чего происходит взрыв, результатом чего становится опускание поршней. Вот тогда-то и открываются выпускные клапана, которые отводят сгоревшие газы из системы.

Все собранные отработанные газы из каждого цилиндра выпускным коллектором по прошествии клапанов, сводятся в единую трубу и направляются в глушитель выхлопной системы через катализатор автомобиля. Справочно заметим, что выпускной коллектор также, как и впускной подсоединен к голове блока цилиндров, только с противоположной стороны, как правило, снизу силовой установки. Перед попаданием газов в глушитель они проходят такой узел, как катализатор. В функции катализатора входит дожигание отработанных газов, а вот затем начинается труба глушителя, куда они прямиком и попадают. Справочно заметим, если автомобиль оснащен турбонаддувом, то в таких моторах имеется еще отдельный отвод для турбины. Когда газы попадают в глушитель, то они прямиком выходят в окружающую среду и называются выхлопными. Отметим, что выхлопной тракт не только выводит отработанные газы, но еще и подавляет звук выхлопа, этим кстати занимается такой элемент, как глушитель.

В отличие от впускного коллектора, выпускной постоянно работает с газами, которые обладают высокими температурами. Порой температура в выпускном коллекторе доходит до 900 градусов по Цельсию. Вот поэтому в таком элементе, автопроизводители используют только тугоплавкие металлы, которые способны выдерживать высочайшие тепловые нагрузки. Кроме основных вышеописанных элементов, с которыми сотрудничает выпускной коллектор имеется еще один и называется он лямбда-зонд.

Лямбда-зонд — это специальный кислородный датчик, который контролирует содержание кислорода в системе выхлопа. Такой элемент, как правило, устанавливается прямо на выпускной коллектор. Датчик лямбда-зонд корректирует подачу топливной смеси через впускной коллектор. Таким образом, получается своеобразная взаимосвязь узлов между собой. Что касается выхлопной системы, то она также изготавливается из очень прочных материалов, ничем не уступающих выпускному коллектору, поэтому срок службы данных компонентов равняется всему сроку эксплуатации транспортного средства.

Могут ли выйти из строя раньше регламентного срока службы выпускной и впускной коллекторы? Если рассматривать статистику поломок этих узлов, то можно сказать, что выходы из строя коллекторов действительно бывают, однако очень редко. Дело в том, что коллектор — это те же трубы, которые не участвуют в механическом процессах, их задача просто проводить через себя воздушную смесь или отработанные газы, поэтому ломаться тут просто нечему.

Справочно заметим, что если все же рассматривать редкие поломки этих узлов, то чаще все же выходит из строя впускной коллектор, который изготовлен из пластика. Что касается выпускного коллектора, то он в принципе вечен. Как правило, из строя могут выходить компоненты, которые связаны с выпускным коллектором и устанавливаются за ним, например, нейтрализатор отработанных газов или детали глушителя.

Подводя итог вышесказанному отметим, что конструкция обоих коллекторов довольно простая, но при этом какие важные функции выполняют эти узлы силовой установки любого автомобиля. На первый взгляд впускной и выпускной коллекторы не взаимосвязаны, однако, как можно видеть, благодаря кислородному датчику, он же лямбда-зонд, происходит своего рода обмен информацией между компонентами двигателя. В том случае, если лямбда-зонд выходит из строя, то автомобиль сразу же начнет потреблять больше топлива. Вот поэтому, кислородный датчик является не только связующим звеном для коллекторов, но и важным помощником всей системе двигателя.

Источник