Универсальный коллекторный двигатель

На рис. 10-34 показана схема включения универсального коллекторного двигателя. Если присоединить этот двигатель к сети постоянного тока зажимами + и —, то он будет работать как обычный двигатель последовательного возбуждения, о характеристиках и свойствах которого было сказано ранее. Известно, что при одновременном изменении направления тока в якоре и в обмотке возбуждения направление вращения якоря не изменяется. Следовательно, сериесный двигатель будет вращаться, если его подключить и к сети переменного тока.
Однако в массивных частях магнитной цепи машины постоянного тока при питании ее переменным током возникнут большие тепловые потери, а обмотка возбуждения для переменного тока будет обладать большим индуктивным сопротивлением. Поэтому универсальные двигатели выполняются со станиной и полюсами, шихтованными из листовой электротехнической стали, как и якорь. Дополнительных полюсов они не имеют. Для уменьшения индуктивного сопротивления при работе на переменном токе под напряжение включается только часть обмотки возбуждения.
Показатели двигателя при работе на переменном токе несколько хуже, чем на постоянном.
Пуск этих двигателей выполняют непосредственным включением в сеть постоянного или переменного напряжения, которое соответствует номинальному напряжению, указанному в ее табличке. Скорость якоря универсального коллекторного двигателя последовательного возбуждения прямо пропорциональна напряжению на его зажимах и обратно пропорциональна амплитуде магнитного потока, зависящей от нагрузки на валу электродвигателя. Механические характеристики у таких электродвигателей отличаются в зависимости от того на каком напряжении (переменном или постоянном) работает электродвигатель, так как при питании от сети постоянного напряжения присутствует только падение напряжения, созданное сопротивлениями обмоток возбуждения и якоря постоянному току, в то время как при присоединении к сети переменного напряжения возникает еще значительное индуктивное падение напряжения на обмотках возбуждения и якоря. Кроме этого, при переменном токе при малой скорости якоря имеет место значительный сдвиг фаз между напряжением и током, что резко снижает момент на валу двигателя. Для получения примерно одинаковых механических характеристик на переменном и постоянном токе включают секционированную обмотку возбуждения двигателя на постоянный ток полностью, а при включении на переменный ток - частично, для чего двигатель присоединяют к соответствующей сети зажимами с обозначениями "+" и " - " или зажимами с обозначениями "~".
При номинальных режимах, отвечающих питанию от сети постоянного и переменного напряжений, номинальная скорость якоря одинакова. Однако при перегрузке двигателя, присоединенного к сети переменного напряжения, скорость якоря уменьшается сильнее, а при разгрузке возрастает быстрее, чем при работе его от сети постоянного напряжения.
При холостом ходе скорость якоря может превысить номинальную в 2,5 - 4 раза и выше, а это не допустимо из-за значительных центробежных сил, которые могут разрушить якорь. По этой причине режим холостого хода допустим только для двигателей малой номинальной мощности с относительно большими механическими потерями, ограничивающими скорость якоря. Двигатели с незначительными механическими потерями всегда должны нести нагрузку не менее 25% номинальной.
Регулирование скорости якоря осуществляют изменением напряжения на зажимах машины, а также шунтированием обмотки возбуждения или обмотки якоря резистором. Из этих способов полюсное регулирование, осуществляемое параллельным включением обмотки возбуждения регулируемого резистора, является наиболее экономичным.
Основным преимуществом универсальных коллекторных двигателей по сравнению с асинхронными и синхронными двигателями является то, что они развивают значительный начальный пусковой момент благодаря последовательной обмотке возбуждения и позволяют без применения повышающего редуктора получить скорость якоря значительно выше синхронной.
Быстроходность универсальных коллекторных двигателей ограничивает их размеры и массу. Номинальный к. п. д. этих машин зависит от их номинальной мощности, быстроходности и рода тока. Так, у двигателей номинальной мощностью от 5 до 100 Вт он составляет от 0,25 до 0,55, а в машинах номинальной мощностью до 600 Вт его значение доходит до 0,70 и выше, причем работа двигателей на переменном токе всегда сопровождается пониженным к. п. д., что вызвано повышенными магнитными и электрическими потерями. Номинальный коэффициент мощности этих двигателей составляет 0,70 - 0,90.
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.
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.