От чего зависят обороты коллекторного двигателя: Как осуществляется регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности

Как осуществляется регулировка оборотов коллекторного двигателя без потери мощности

Содержание

• 1 Общие параметры 
• 2 Регуляторы стандартные 
  • 2.1 Схема симисторная 
  • 2.2 Реостатная схема
  • 2.3 Интегральная 
• 3 Самостоятельное создание регулятора 
  • 3.1 Способ 2 
• 4 Частотная регулировка 
• 5 Изменение числа полюсов 
• 6 Проведение регулирование в моторах АС
  • 6.1 При помощи напряжения
  • 6.2 Определение сопротивления 
  • 6.3 Применение двойного питания 
• 7 Вывод 

При эксплуатации коллекторных электродвигателей нередко возникает необходимость в регулировании оборотов устройства. Важно при этом не снизить общие показатели мотора, чтобы работа не пошла насмарку. Рассмотрим же детально особенности самостоятельного регулирования.     

Регулятор по схеме

Силовые агрегаты данного типа активно используются в бытовой электрической технике, инструментах: стиральных машинах, болгарках, пылесосах, дрелях, квадрокоптерах и др. это обусловливается высокой результативностью приборов, которые демонстрируют большое число оборотов и высоким крутящим моментом (также и пусковым). Данных технических характеристик с лихвой хватает на обеспечения работы техники и инструментов на требуемом уровне. 

Сами моторы работают от сетей как постоянного, так и переменного токов, от обычных бытовых сетей. Чтобы осуществить управление скоростями оборотов ротора такого двигателя, необходимо использовать специальные регуляторы. При этом потери в мощностях будут минимальными. 

Общие параметры 

Принцип работы и общая конструкция таких силовых агрегатов известны большинству, ведь при создании или модернизации конструкции не обойтись без познаний в данной категории. Состоит мотор из таких ключевых элементов:

• ротора;
• статора;
• коммутационного узла щеточно-коллекторного типа.

При подаче питания на ротор и статор, на каждом из них образовываются магнитные поля, которые  взаимодействуют между собой. Это в свою очередь вызывает вращения у ротора. 

Подача питания на этот компонент осуществляется с применением графитовых щеток, которые плотно прилегают к ламелям коллектора. Чтобы изменить направленность оборотов ротора, нужно поменять положение фаз напряжения на одном из двух элементов: статоре или роторе. 

Обмотки этих приспособлений могут получать питание от источников, или подключаться друг к другу параллельно. Именно на основе этой особенности силовые агрегаты классифицируются на параллельные и последовательные. От этого зависит способ возбуждения медных обмоток. 

Если говорить про коллекторные моторы последовательного типа, то именно они чаще всего применяются в бытовых электрических приборах. Это обусловливается тем, что именно такое возбуждение дает возможность получать самый устойчивый к перегрузкам мотор. 

Регуляторы стандартные 

Что касается данных компонентов, то они реализуются множеством способов. Первая и самая простая схема – тиристорная. Такая технология применяется в бытовых приборах: стиральных машинах, дрелях, шуруповертах, пылесосах, и др. С легкостью подключаются к сетям переменного тока, в том числе и бытового назначения.

Стандартная схема

Работа этой схемы довольно простая: на всех участках сетевых токов, конденсатор получает ток при помощи резистора. Зарядка осуществляется до уровня открытия динистора, который подключен к регулирующим электродам сисмстора. После этого последний открывается и через него проходит ток к нагрузкам КД. 

Схема дает возможность продуктивно регулировать время подзарядки конденсатора в управленческой цепи, а также определяя среднюю мощность напряжения, подаваемую на мотор. 

 Давайте упорядочим все шаги работы данной схемы. Вот они:

1. подача тока к конденсатору от источника питания на 220 вольт;
2. напряжение для пробоя динистора подается также, но уже через резистор переменного типа;
3. непосредственно пробой;
4. открытие симистора. Компонент работает непосредственно с показателями нагрузки;
5. чем выше напряжение – тем чаще симистор открывается.

 

Данная технология обеспечивает простое, но в то же время эффективное регулирование интенсивности оборотов. Но, в то же время применение стандартной схемы не обеспечивает обратной связи, что также стоит учитывать при ее реализации. Исходя из этого, нужно также знать, что при изменении показателей нагрузки, параллельно будут нуждаться в настройке обороты мотора. 

Схема симисторная 

  Этот механизм имеет много общих параметров с диммером, применяемом для регулирования уровня яркости ламп накалывания. Обратная связь также отсутствует. Реализовать реверс по току моно, но с применением вспомогательной электроники. Это делается для того, чтобы беспрепятственно удерживать мощность на заданных показателях, не допуская перегревов и перегрузок.  

 

Реостатная схема

Относится к модифицированным схемам, но, несмотря на это, ее реализация также отличается простотой. С помощью получается стабилизировать обороты, а также рассеивать огромное количество вырабатываемого тепла. Регулировка осуществляется с помощью радиатора, который нужно заранее заготовить. Надо обеспечить и эффективный отвод тепла, что приводит к потерям энергии и, как следствие – коэффициента полезного действия. Для того чтобы предотвратить эти недостатки, рекомендуют применять активное охлаждение на постоянной основе.

Реостатная схема пример

Полученный регулятор ограничитель отличается своей эффективностью, при реализации смены числа оборотов двигателя. Также достичь производительности помогут силовые транзисторы, «отбирающие» определенную долю напряжения. Это обусловливается тем, что количество тока из сети 220В доходит до мотора в меньшем объеме, благодаря этому, силовой агрегат не сталкивается с большими нагрузками. 

Интегральная 

Стабилизация также относится к модифицированным схемам. Здесь в основе процесса регулирования лежит таймер интегрального действия. Его основная задача – контролировать уровни нагрузки на электродвигатель. Здесь также находят свое применение транзисторы. Особенность обусловливается микроконтроллером, входящим в состав системы, при этом, обладающим высокими параметрами выходного напряжения. 

В ситуациях, когда имеет место нагрузка в 0,1 ампер, все токи поступают напрямую на плату, обходя транзисторы. Чтобы обеспечить эффективную работу регулятора, необходимо, чтобы на затворе было напряжение 12в. Следовательно, для слаженной работы, электрическая цепь и уровень напряжения в источнике питания должны соответствовать этому диапазону. Ресурс регулятора позволяет устанавливать компонент в мощных модификациях, для точного и быстрого регулирования их работы.  

Интегральная схема

Самостоятельное создание регулятора 

Заводские регуляторы представлены в широком ассортименте, как в интернете, так и обыкновенных магазинах. Но, если у вас нет желания приобретать готовый компонент и вы хотите собрать его самостоятельно – это реально осуществить. Чтобы задача была успешной – необходимо  следовать алгоритму конструкции и иметь в наличии все необходимые компоненты.

Нам понадобятся:

• проводки;
• готовая схема;
• конденсаторные схемы;
• тиристор;
• резистор;
• паяльник.

Ориентируясь на схему компоновки, мощностной и оборотный регулятор будет отвечать за контроль первого полупериода. Самодельный стабилизатор имеет такой  алгоритм работы (пример нашей модели):

1. прибор, подключенный к стандартной сети питания на 220в, принимает ток на конденсатор;
2. компонент сразу же срабатывает, после получения заряда;
3. передача нагрузки к резисторам и нижним кабелям;
4. соединение положительного конденсаторного контакта к тиристорному электроду;
5. подача одного заряда напряжения на достаточном уровне;
6. открытие второго полупроводника;
7. конденсатор подает на тиристор нагрузку, он в свою очередь пропускает ее через себя;
8. конденсатор разряжается;
9. повторение полупериода;

Если мощность двигателя постоянного или переменного тока большая – регулятор обеспечивает экономную работу устройства.

Для использования приспособления в своих бытовых, мощности и ресурса хватает. Но, когда нужно осуществлять регулирование оборотов без потери мощности и более крупных и производительных агрегатов, тогда стоит обратить внимание все же на заводские модификации. Несмотря на то, что такой вариант получится дороже, он обеспечит 100%-ю работоспособность и надежность. 

А сейчас давайте рассмотрим другие, нестандартные, но довольно распространенные методы регулировки и стабилизации.

Способ 2 

Здесь используется микросхема типа TDA 1085 со стандартной платой. Можно при желании создать собственную, «модернизировав» и изменив неподходящие элементы. К примеру, можно применять двухстороннюю печатную плату. Конденсаторные и резисторные детали могут применяться при поверхностном монтаже. Рекомендуется развести друг от друга низко- и высоковольтные цепи. А «земля» должна разводиться с учетом параметров микросхемы. 

Пример собранной платы

В результате получается компактная двусторонняя плата, обеспечивающая точное регулирование.

Частотная регулировка 

Для решения этой задачи применяются частотные преобразователи (драйверы, инверторы), которые присоединяются к прибору. Они обеспечивают выпрямление напряжения, поступающего от источника. Агрегаты внутри формируют напряжение и частоты на необходимых уровнях. Далее осуществляется подача этих параметров на эл двигатель.  

Стабилизация коллекторного двигателя 12вВсе характеристики, необходимые для регулирования работы, частотник рассчитывает сам, ориентируясь на внутренние алгоритмы, которые установлены производителем.  

Из преимуществ такого способа стоит выделить:

• быстрое достижение плавности регулировки частот оборотов электрического мотора;
• возможность изменения скоростей и направлений вращения моторов;
• требуемые параметры поддерживаются самостоятельно;
• экономические выгоды.

Из слабых сторон стоит выделить обязательность наличия преобразователя, который нужно приобретать отдельно. Но, справедливости ради отметим, что цена на частотники невысокая и они легко впишутся в бюджет любого дома, хозяйства, предприятия. 

Изменение числа полюсов 

Уменьшение или увеличение количества пар полюсов – еще один эффективный способ провести регулировку. Этот вариант особо актуален для моделей двигателей многоскоростного действия со сложными роторными обмотками. Данные элементы разделены на определенные группы и чередуются в процессе работы. Осуществляется это посредством коммутации, подключением последовательным или параллельным способом. 

К преимуществам такого варианта регулировки относят:

• высокий КПД силового агрегата;
• требовательные механические выходные характеристики.

Стоимость реализации – одна из самых высоких, если сравнивать с другими технологиями.  Вес и размеры готовой установки также немаленькие, что требует наличия свободного места для монтажа. Сам мониторинг оборотов осуществляется со ступенью в 1500 – 3000 оборотов в минуту.  

Проведение регулирование в моторах АС

Устройства, работающие от переменного напряжения, также поддерживают регулирование оборотов. Рассмотрим вкратце основные способы такого управления, характерные для АС модификаций с фазными роторами. 

При помощи напряжения

Для этого используются автотрансформаторы типа ЛАТР, которые осуществляют изменение напряжения на моторных обмотках. Таким образом производится и регулирование оборотов вала.

Метод является подходящим также и для вариаций с короткозамкнутыми роторами. Оператор имеет возможность проводить управление в пределах от минимальных до номинальных параметров двигателя. 

Регулятор

Определение сопротивления 

Переменное сопротивление реостата (или несколько таких  явлений) реализуется непосредственно в цепи ротора. Оно воздействует на роторное поле и показатели тока, из-за чего получается изменять величины скольжения и точное число оборотов электродвигателя. Существует закономерность: чем уровень тока меньше, тем выше показатель скольжения двигателя и меньше скорость.

Преимущества:

• широкий диапазон регулирования оборотов электрического оборудования;
• сдержанные выходные характеристики машины.

К недостаткам относят:

• уменьшение продуктивности мотора;
• общее снижение рабочих параметров механизма. 

Применение двойного питания 

Здесь используются двигатели с двойным питанием, подающимся через вентильные приспособления. Основной упор делается на изменение показателей скольжения. При регулировании работы крупных специализированных машин, компонент подает и регулирует величину ЭДС (электродвижущей силы) на ротор от отдельно выбранных источников напряжения. 

Вывод 

При подаче напряжения у асинхронных моделей моторов наблюдаются рывки ротора. Это явление негативно влияет на работу, как самого агрегата, так и его привода. Именно поэтому, регулировка осуществляется по принципу плавного старта. Он обеспечивается такими факторами:

• старт посредством ЛАТР;
• разгон и работу мотора путем переключения обмоток по схемам треугольник/звезда;
• применение защитных устройств, например, частотного преобразователя.  

Важно при регулировании оборотов не потерять в мощности. Применение вышеописанных методов позволит определить вращения без снижения продуктивности. Широкий выбор заводских моделей, но, можно реализовать деталь и самостоятельно.

 

Коллекторный двигатель: устройство, управление, регулирование

Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность.  

Содержание статьи

• 1 Что такое коллекторный двигатель и его особенности
• 2 Общее устройство коллекторных двигателей
• 3 Ротор коллекторного двигателя
  • 3.1 Роторная обмотка
  • 3.2 Как устроен коллекторный узел и как он работает
• 4 Принцип работы
• 5 Достоинства и недостатки
• 6 Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами
• 7 С обмотками возбуждения
• 8 Универсальные коллекторные двигатели
  • 8.1 Достоинства и недостатки

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

• постоянного тока;
• переменного тока;
• универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

Общее устройство коллекторных двигателей

Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

Коллекторный двигатель: устройство

Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

Ротор коллекторного двигателя

Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

Подвижная (вращающаяся) часть

Роторная обмотка

Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

Так выглядит ротор коллекторного двигателя

В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

Как устроен коллекторный узел и как он работает

Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

Принцип работы

Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

Достоинства и недостатки

Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

• Простое устройство.
• Высокая скорость до 10 000 об/мин.
• Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
• Невысокая стоимость.
• Возможность регулировать скорость в широких пределах.
• Невысокие пусковые токи и нагрузки.

Схема коллекторного двигателя

Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

• Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
• Искрение щёток, их износ.
• Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
• Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
• Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

• постоянные магниты;
• обмотки возбуждения.

Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

 

Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

• Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
• Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
• Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
• Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Универсальные коллекторные двигатели

Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

• Схема возбуждения всегда последовательная.
• Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
• Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

Достоинства и недостатки

Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

• Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
• Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
• Создают радиопомехи.
• Повышенный уровень шума при работе.

Во многих моделях строительной техники

Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

Регулятор двигателя – Farm Collector

Представьте себе, что вы управляете трактором без регулятора двигателя. Вскоре вы обнаружите, почему регуляторы скорости иногда называют регуляторами скорости. Без регулятора двигатель будет тормозить каждый раз, когда вы поднимаетесь в гору, и увеличивать обороты, как только вы спускаетесь с другой стороны. В результате вы будете постоянно регулировать дроссельную заслонку.

То же самое произойдет, если трактор наткнется на груз при буксировке навесного оборудования. Вам придется дать ему больше газа, чтобы компенсировать это, только чтобы замедлиться на более легкой почве. К счастью, изобретательные умы нашли решение проблемы задолго до изобретения двигателей внутреннего сгорания.

В большинстве случаев регулятор двигателя описывается как механизм, использующий вращающуюся массу, воздействующую на пружину, для регулировки вала дроссельной заслонки карбюратора, чтобы регулировать скорость двигателя вокруг заданного значения, установленного положением рычага дроссельной заслонки. Другими словами, вы устанавливаете дроссельную заслонку на скорость, на которой хотите двигаться, а работа регулятора состоит в том, чтобы поддерживать эту скорость.

Почти во всех случаях регулятор приводится в действие распределительным механизмом или приводом, сходящим с приводного вала магнето или распределителя и соединенным с рычагом ручного дросселя и дроссельной заслонкой карбюратора. Между тем, вращающаяся масса обычно представляет собой набор грузиков или кулачков с грузами на конце. Тем не менее, в некоторых случаях, таких как говернер, используемый на Ford 9Для тракторов N, 2N и 8N используется набор стальных шариков внутри пары колес.

Изобретение, проверенное временем

Регуляторы двигателя вряд ли уникальны для современных двигателей внутреннего сгорания. По мнению историков, центробежные регуляторы использовались для регулирования расстояния и давления между жерновами в ветряных мельницах еще в 17 веке.

Несмотря на то, что регуляторы были разработаны для первых паровых двигателей, они были недостаточно точными. Однако тогда это не было так важно, так как многие ранние двигатели использовались для перекачивания воды — приложение, которое могло выдерживать колебания рабочей скорости. Постоянная рабочая скорость не стала необходимой, пока шотландский инженер Джеймс Уатт не представил вращающийся паровой двигатель, используемый для привода фабричных машин.

В 1788 году Уатт разработал конический маятниковый регулятор, в котором использовался набор вращающихся стальных шариков, прикрепленных к вертикальному шпинделю рычажными рычагами. Управляющая сила, естественно, менялась в зависимости от веса шаров.

Первые двигатели внутреннего сгорания требовали от оператора регулировки дроссельной заслонки в зависимости от нагрузки. Только после разработки многоцилиндровых тракторных двигателей в начале 1900-х годов на тракторах начали появляться регуляторы дроссельной заслонки. К 1930-м годам большинство тракторов использовали регуляторы с регулируемой скоростью, которые регулировали скорость вокруг заданного значения, определяемого положением рычага дроссельной заслонки.

Два различных типа

Любой, кто управлял трактором, выпущенным в течение последних 75-80 лет, знает, что любое изменение нагрузки двигателя обычно приводит к изменению частоты вращения двигателя. Роль регулятора заключается в регулировании подачи энергии в двигатель, чтобы вернуть скорость к исходному значению. По мере того, как вращающиеся грузы удаляются от вращающегося вала, соединяющиеся рычаги вызывают изменение положения втулки, которая, в свою очередь, перемещает рычаг или вал, который приводит в действие клапан подачи топлива — будь то управление топливом, сжатым воздухом, паром или водой. .

В большинстве случаев регуляторы делятся на центробежные или инерционные. Старинные сельскохозяйственные тракторы обычно оснащены центробежными регуляторами. Как следует из названия, управляющий эффект достигается за счет изменения центробежной силы двух вращающихся масс при увеличении или уменьшении скорости регулятора.

Регулировка регуляторов трактора

Первым шагом при осмотре регулятора, если вы подозреваете, что с трактором возникла проблема, или в рамках проекта восстановления, необходимо проверить наличие признаков неисправности. Двигатель может работать на холостом ходу слишком быстро или может не работать на холостом ходу, когда рычаг дроссельной заслонки перемещается в положение холостого хода; двигатель может резко увеличиться или увеличить обороты; двигатель может не развивать заданную максимальную скорость; управление оборотами двигателя может быть ошибочным; или может быть отсроченная или вялая реакция на изменение условий нагрузки или движения дроссельной заслонки.

Один из способов проверить регулятор трактора — это проехать вверх по склону на одной из высших передач с частично открытым дросселем. Когда нагрузка на двигатель достигает точки, при которой скорость движения вперед начинает падать, должен сработать регулятор, автоматически открывающий дроссельную заслонку, чтобы дать двигателю больше топлива для поддержания заданной скорости двигателя. Если двигатель не пытается поддерживать скорость, это хороший признак того, что регулятор работает неправильно.

Перед снятием регулятора или попыткой разборки проверьте состояние всех внешних пружин, например той, что используется в регуляторе Ford N-серии. Однако на большинстве моделей пружина регулятора будет заключена в корпус регулятора. Также проверьте все соединения и соединительные тяги на свободное перемещение и отсутствие изгибов или заеданий.

Установочный винт максимальной скорости на большинстве регуляторов можно отрегулировать для увеличения или уменьшения настройки максимальной скорости вращения. Если регулятор достигает упора максимальной скорости до того, как ручной дроссель находится в полностью открытом положении, или если регулятор не достигает упора максимальной скорости до того, как ручной дроссель полностью открыт, может потребоваться регулировка соединения шатуна между регулятор и карбюратор. Обратитесь к руководству по обслуживанию, написанному для вашей модели трактора, чтобы определить правильную процедуру регулировки максимальной скорости и регулировки рычажного механизма.

Соблюдайте осторожность при восстановлении

В вашем руководстве также должна быть описана процедура капитального ремонта регулятора; к основам относятся проверка и замена неисправных подшипников, уплотнений и ведущих шестерен. Кроме того, убедитесь, что грузики перемещаются свободно, или, в случае регуляторов флайбола, убедитесь, что на шарах нет плоских участков, ямок и чрезмерного износа. Внутренняя поверхность конусной дорожки должна быть гладкой и ровной.

Если вы не уверены в своей способности восстановить регулятор, вы можете отправить его в магазин, который специализируется на восстановлении регулятора. Имейте в виду, однако, что если вы заменяете какие-либо детали, они должны быть идентичны оригиналу. Например, замена пружины дроссельной заслонки на регулятор на более легкую или пружину с меньшим натяжением заставит регулятор «охотиться» за нужной скоростью.

Помните, какой-то волшебник-математик давным-давно рассчитал соответствующее натяжение пружины, вес шариков и длину соединительных рычагов, чтобы регулятор мог выполнять свою работу по управлению. Похоже, он или она правильно поняли. FC

Для получения дополнительной информации: Части этой статьи изначально были опубликованы в Как восстановить классические сельскохозяйственные тракторы: Полное руководство по восстановлению и восстановлению тракторов своими руками Таррана Гейнса. Перепечатано с разрешения автора и Voyageur Press.

Тарран Гейнс является автором пяти книг по реставрации старинных тракторов и пишет различные материалы для AGCO Corp. Он также является редактором журналов AGCO Advantage и Massey Ferguson Farm Life для AGCO. Напишите ему по адресу [email protected]; онлайн на Gaines Communications.

Стратегии смягчения последствий проектных исключений — безопасность

 

AASHTO определяет расчетную скорость следующим образом:

Расчетная скорость выбранная скорость, используемая для определения различных геометрических характеристик проезжая часть. Предполагаемая расчетная скорость должна быть логической с с учетом топографии, предполагаемой скорости движения, прилегающей территории использование и функциональная классификация автомобильных дорог.

Расчетная скорость отличается от других критериев управления тем, что это элемент управления дизайном, а не конкретный элемент дизайна. В Другими словами, выбранная расчетная скорость определяет диапазон расчетных значения для многих других геометрических элементов шоссе (рис. 5). Из-за его влияния на большую часть конструкции шоссе, скорость проектирования является фундаментальным и очень важным выбором, который дизайнер делает. Выбранная расчетная скорость должна быть достаточно высокой, чтобы соответствующий нормативный предел скорости будет меньше или равен ему. желательно, скорость, с которой водители работают комфортно, будет близка к объявленное ограничение скорости.

Принимая во внимание широкий спектр условий, ограничений, и контексты, с которыми сталкиваются дизайнеры, принятые критерии позволяют многое проектной гибкости, предоставляя диапазоны значений проектной скорости (см. Таблица 1). В большинстве случаев диапазоны обеспечивают достаточную гибкость для дизайнеров, чтобы выбрать подходящую проектную скорость без необходимости исключение дизайна. Руководство по достижению гибкости на шоссе Модель (AASHTO) предоставляет дополнительную информацию о том, как применять это гибкость для выбора подходящих расчетных скоростей для различных дорог виды и контексты.

Для проектов с расширенными трассами исключения при проектировании будут редкими в первую очередь потому, что, как показано в таблице 1, диапазон приемлемого дизайна скорости широкие. Если необходимо спроектировать ограниченную часть трассы к более низкой скорости, может быть более целесообразно оценить конкретные геометрические элемента(ов) и рассматривать их как исключения дизайна (вместо дизайна контроль).

В редких случаях, когда появляется конструктивное исключение для расчетной скорости необходимо в течение расширенного выравнивания, лучше всего оценить ожидаемое производительность непрерывного выравнивания для уточнения дизайна и выделения определенные места для смягчения.

РИСУНОК 5 Поскольку это контроль дизайна, расчетная скорость влияет на кривизну (радиус), остановочную дистанцию ​​видимости, вираж, и другие особенности этой горизонтальной кривой.

На рис. 5 представлена ​​фотография извилистого участка автомагистрали под движением транспорта. с двумя полосами движения в каждом направлении, разделенными бетонным барьером.

ТАБЛИЦА 1 Диапазоны расчетной скорости
Тип проезжей части	Рельеф	Сельская местность		Городской
		США (мили/ч)	Метрическая система (км/ч)	США (мили/ч)	Метрическая система (км/ч)
Автострада	Уровень	70	110	50 мин	80 мин
	Прокат	70	110	50 мин	80 мин
	Горный	50–60	80–100	50 мин	80 мин
Артериальный	Уровень	60–75	100–120	30–60	50–100
	Прокат	50–60	80–100	30–60	50–100
	Горный	40–50	60–80	30–60	50–100
Коллектор	Уровень	40–60	60–100	30+	50+
	Прокат	30–50	50–80	30+	50+
	Горный	20–40	30–60	30+	50+
Местный	Уровень	30–50	50–80	20–30	30–50
	Прокат	20–40	30–60	20–30	30–50
	Горный	20–30	30–50	20–30	30–50

(Источник: Политика по геометрическому проектированию автомагистралей и улиц, AASHTO)

Пояснение: Расчетные скорости на въездах для автомагистралей и развязок

Приложение 10-56 в Зеленой книге предоставляет «ориентировочные значения» для выбора проектных скоростей рампы как функцию от расчетной скорости шоссе. В соответствии с Политикой проектные скорости рампы не должен быть меньше нижнего диапазона, представленного в Приложении 10-56, с другие специальные рекомендации, предлагаемые для конкретных типов пандусов (петли, прямые и полупрямые связи). Некоторые государства приняли политику проектирования требующие использования средних или более высоких значений диапазона для определенных случаев, такие как системные обмены.

Разработчики иногда сталкиваются с ситуациями, в которых Расчетная скорость рампы согласно Приложению 10-56 может быть недостижимой. Такие случаи почти всегда связаны с невозможностью достижения минимального радиуса для контроля кривизны съезда или въезда. Не встреча нижний (50 процентов) диапазон согласно Приложению 10-56 требует конструктивного исключения согласно политике FHWA. Если проблема дизайна связана с кривизной, исключение для дизайна следует быть готовым к нестандартной горизонтальной кривой, а не к использование более низкой расчетной скорости для рампы.

Оценка сниженной расчетной скорости

Исследования подтверждают, что более низкие скорости безопаснее, и снижают ограничения скорости может снизить как частоту аварий, так и их серьезность. Тем не менее, скорости нельзя уменьшить, просто изменив установленное ограничение скорости. Геометрический и элементы поперечного сечения в сочетании с контекстом устанавливают среда вождения, в которой водители выбирают скорость, которая кажется разумной и удобно.

Один инструмент, который разработчики могут использовать для определения рабочих скоростей. может превышать расчетную скорость на сельских двухполосных автомагистралях. Модуль IHSDM (см. главу 1). Этот модуль может идентифицировать расхождения в скорости, как по уровню величины, так и по продолжительности пострадало шоссе. Затем стратегии смягчения могут быть нацелены на места, где ожидается несоответствие скорости.

Исследования показывают, что риск аварии увеличивается с увеличением дифференциала по скорости (таблица 2). Такие дифференциалы могут быть между примыкающими шоссе секций (изменение 85 ^th процентилей скоростей из-за изменения геометрия проезжей части) или между скоростями транспортных средств в одном транспортном потоке (например, грузовые и легковые автомобили). Приложение 3-58 в Зеленой книге содержит информацию о частота аварий грузовиков как функция разности скоростей грузовиков к средней скорости движения всего трафика.

ТАБЛИЦА 2 Относительный риск дифференциальной скорости, вызванный Изменения в геометрии проезжей части.
Дифференциал скорости (∆V)	Риск безопасности
∆V < 5 миль/час	Низкий
5 миль/ч < ∆V < 15 миль/ч	Средний
∆V > 15 миль/ч	Высокий

Ресурсы проектной скорости

• Политика межгосударственной системы стандартов проектирования, AASHTO, 2005.