Принцип работы коллекторного двигателя
Основные элементы устройства расположены в подшипниках вращения, а те в свою очередь заключены в статичную станину. И двигатель, и статор имеют индивидуальные обмотки из изолированных жил – якоря. По последним идёт электрический ток, и, как следствие, образуются магнитные поля с северным и южным полюсом (Nи S).
За счёт их взаимодействия происходит вращение динамической части мотора – роторного вала. Коллектор с щёточным механизмом и якорями как раз и нужен для того, чтобы подводить к обмоткам необходимое напряжение, за счёт которого вращается вал.
Схема двигателя
Для более наглядного понимания принципа работы коллекторного мотора существует два визуальных типа представления – упрощённый и подробный. Первый формат (рис. ниже) представляет собой обычную схему, акцентирующую внимание на подключении обмоток к сети.
Более сложные конструкции (рис. ниже) имеют дополнительные отводы на роторе и статоре. К примеру, для питания автоматики или регулировки оборотов. Наличие термозащиты позволяет минимизировать вероятность перегрева верхнего слоя обмотки агрегата. Этот элемент уводит напряжение при срабатывании реле, останавливая работу вала.
Тахогенератор отражает скорость вращения двигателя. В качестве альтернативы на некоторых моделях устанавливают датчик Холла. Прибор получает сигналы посредством контактов коллекторных панелей.
Почему щётки искрят
Щётки можно назвать самым слабым элементом коллекторного двигателя: в момент работы агрегата они подвергаются постоянному трению, что приводит к их износу. Этот момент особенно заметен на медных поверхностях, где в процессе эксплуатации щёток скапливается слой угольной пыли.
Особенности конструкции
В штатном режиме скольжения происходит небольшой разрыв в цепи электротока. Появляются микроскопические дуги, а это верный спутник искр. Сюда же можно добавить приличное индуктивное сопротивление обмоток двигателя.
При максимальной нагрузке на агрегат даже с новыми щётками искра будет всегда. Визуально это может быть не так заметно, особенно на маломощных моделях, но чувствительная техника, находящаяся в комнате с работающим пылесосом, даст знать об этом специфическим фоном. Поэтому на телевизоры, персональные компьютеры и другие устройства устанавливают фильтры для устранения подобных помех.
Износ
Та часть щётки, которая соприкасается с коллектором, изготовлена из угля. Со временем её длина уменьшается, так же как и общий объём. Как следствие, нажим пружины ослабевает, и появляются зазоры, а с ними и искры.
Графитовые щетки для пылесоса
Самодельная щётка
Элемент должен плотно входить в пазы и располагаться строго перпендикулярно оси роторного вала. Если щётка будет меньше положенных размеров, то появится перекос. Это опять-таки приведёт к искрению, а вместе с тем и снижению эксплуатационных качеств двигателя. Поэтому здесь лучше отдать предпочтение промышленным вариантам, а не самодельным.
Назначение щеток на УШМ
Перед тем, как выяснить причины искрения щеток на болгарке, необходимо разобраться с их назначением. Коллекторные щетки применяются не только в конструкции углошлифовальных машинок, но и в устройстве всех современных электроинструментов — дрели, перфораторы, электролобзики и прочие. В конструкции болгарки и других электроинструментов применяется 2 щетки, которые имеют простую конструкцию. Эта конструкция основана на следующих элементах:
- Основная часть — имеет прямоугольную форму, и изготавливается из угля или графита
- Контакт — это жила провода соответствующего диаметра, через которую происходит протекание электрического тока. Контакт соединяет провод с графитовой частью
- Пружина — механизм, обеспечивающий прижим основной части к коллектору. На элементе пружинки может не быть, и это говорит о том, что предназначена такая щетка для установки в электроинструмент, где щеткодержатели имеют встроенный прижимной механизм в виде изогнутой пластины
Устройства предназначены для того, чтобы передавать электрический ток на ротор электроинструмента. Снимаемое напряжение со статора подается на ротор, что воспроизводится при помощи угольных щеток и коллектора. Подача тока на коллектор обеспечивает его вращение. При вращении ротора устройства контактируют с коллектором (медные ламели — выводы обмоток якоря), тем самым обеспечивая непрерывное протекание электрического тока.
В процессе применения устройств происходит их истирание, поэтому относятся они к категории расходных материалов. Срок службы щеток зависит не только от рабочего ресурса электроинструмента, но еще и от материалов, из которых они изготовлены. На износ щеток влияет не только механическое воздействие за счет силы трения, но еще и тепловое. Электрический ток при прохождении по проводнику вызывает его нагрев. Чем больше величины силы тока, тем выше температура нагрева. При прохождении тока через графитовые щетки, они также нагреваются. Чем выше нагрузка на электроинструмент, тем выше ток, а значит и увеличивается температура, которая отрицательно влияет на целостность расходных материалов.
Читать также: Химические свойства синтетического каучука
Замена щеток
Самая простая и очевидная причина возникновения искр — это износ щеток. Несмотря на то, что коллекторные моторы оборудуются специальными искрогасящими конденсаторами, которые кроме функции увеличения срока службы данных элементов, также уменьшают радиопомехи, со временем щетки стираются, и их необходимо заменить.
Для замены щеток сначала нужно добраться до электродвигателя. Для этого придется разобрать пылесос. В большинстве случаев, сделать это с помощью отвертки довольно просто, но не забудьте отключить прибор от сети. Разобрав пылесос и обеспечив удобный доступ к двигателю, находим щеткодержатели. В зависимости от конструкции, для извлечения щеток из щеткодержателя, нужно обычно оттянуть защелки, для этого может понадобиться отвертка.
Почему на УШМ сгорают щетки
Кроме искрения, часто владельцы электроинструмента сталкиваются с тем, что горят щетки на болгарке. Отличается это явление от искрения тем, что происходит быстрый износ основной части элемента. Сразу после установки новых элементов, происходит их износ уже сразу при первом применении электроинструмента. Предстоит разобраться, почему же горят щетки на болгарке.
Читать также: Свп для плитки своими руками
Главная причина скрывается не в самих щетках, а в коллекторе. Если на коллекторы выпадают или истираются ламели, то это приводит к увеличению нагрузки. Эту нагрузку испытывают графитовые элементы, которые при включении болгарки, начинают быстро изнашиваться — этот процесс ускоренного износа называется сгорание. Элементы в прямом смысле горят по причине прохождения большого тока. Многие называют этот процесс истиранием, но в действительности щетки быстро стереться от механического воздействия не могут. Причиной сгорания является сильное искрение, в результате чего графит в прямом смысле попросту сгорает.
Причины, почему горят щетки на болгарке, следующие:
- Выпадение или износ медных ламелей коллектора. Как выглядит износ ламелей коллектора, показано на видео. В материале также показано, как можно попытаться устранить такую неисправность
Есть также такое понятие, как круговой огонь. Возникает это явление при больших толчках тока якоря, например, при перегрузках, коротких замыканиях, а также при снижении напряжения сети. Круговой огонь проявляется при повторных зажиганиях дуги. Повышение нагрузки и даже короткого замыкания возникает при использовании болгарки для пиления древесины. При обработке древесины происходит зажим режущего диска, тем самым возрастает ток в 15-25 раз от номинала. Чаще всего причинами сгорания элементов является коллектор, поэтому если за месяц пришлось сменить 2-3 пары щеток, значит, пора провести диагностику электроинструмента.
Устраняем плохой контакт
Часто щетки искрят при плохом контакте с коллектором. Такое бывает, если вы установили новые. Для более плотного прилегания щеток к коллектору, можно воспользоваться «шкуркой» нулевкой, либо просто дать пылесосу поработать на средних оборотах около 20 минут. Обязательно нужно проверить состояние подшипников, так как их износ может послужить причиной биения и неравномерного вращения ротора. Подобным же образом проявляют себя выступы изоляции между пластинами коллектора, царапины на поверхности, различные неровности. Для полировки используют абразивную бумагу.
Устройство коллекторного электродвигателя пылесоса
Щетки не должны болтаться в щеткодержателе, но иметь свободный ход, который им обеспечивает пружина, состояние которой тоже играет немаловажную роль.
Если вы решили заменить щетки, обязательно обратите внимание на то, как плотно пружина прижимает их к коллектору. Иногда, для того чтобы щетки сильнее прижимались, достаточно немного растянуть пружину.
Устройство электродвигателя и принцип работы
Принцип работы электродвигателя основан на взаимодействии проводника с током, находящегося в магнитном поле.
Магнитное поле создает статор.
Главным элементом его конструкции для двигателя постоянного тока служит постоянный магнит, для переменного тока – обмотка возбуждения. Ротор (якорь) имеет собственную обмотку, на которую при помощи щеточно-коллекторного узла подается напряжение. Взаимодействие магнитных полей заставляет ротор вращаться.
Коллектор состоит из набора контактов, представляющих собой медные пластины, расположенные непосредственно на роторе. Миканитовые или слюдинитовые манжеты выполняют роль изоляторов для каждого отдельно взятого контакта. Графитовые щетки – скользящие контакты прижатые к коллектору.
В обмотках ротора возникают переходные процессы вследствие прерывистого механического контакта щеток с пластинами коллектора, что является причиной образования мелких дуг.
Важно: полностью исправный двигатель не исключает искрение при работе. Существуют другие причины, вызывающие сильное искрение и создающие вероятность поломки электродвигателя.
Износ щеток
При длительной эксплуатации или некачественного материала щеток, они перестают плотно прижиматься к контактам коллектора. Из-за плохого контакта двигатель не набирает обороты или не сразу запускается. Изношенную щетку легко определить визуально.
Исправить ситуацию, заменив только изношенную деталь, иногда не удается. Следует сделать замену щеткодержателя и пружины.
Замыкание в обмотке якоря
Следствие такого дефекта – неравномерное искрение на коллекторе. На одних пластинах оно будет сильнее, чем на других. Из-за наличия межвиткового замыкания ток в отдельных секциях обмотки ротора будет сильнее, чем в других.
Перемотка ротора или его замена устранят неисправность.
Неисправность в обмотке статора
Дефект, аналогичный замыканию обмотки ротора, имеет место для обмотки статора. Проверить наличие можно замером сопротивления частей его обмоток. При сильном различии необходимо перемотать обмотку или заменить.
Загрязнение
Продукт износа щеток – графитовая пыль, она дополнительный источник повышенного искрообразования. Скопление пыли происходит между пластинами, что создает добавочные условия к процессу образования искр. Профилактические работы по чистке коллектора наждачной бумагой и уборка грязи между пластинами сохранят его в чистом виде.
Неправильно установлены щетки
Если щетки расположены с отклонением от нормы к поверхности коллектора, во время работы образуется значительно большее количество графитовой пыли. Сместившиеся щетки необходимо поправлять.
Плохой контакт щеток с коллектором
Электродвигатель часть эксплуатационного времени проводит в режиме перегрева. В таких условиях на коллекторе образуется нагар. Плохой контакт приводит к увеличению искрообразования щеток и еще большему нагару.
Нужно наждачной бумагой с мелким зерном зачистить поверхность коллектора. Для увеличения эффекта зачистки используйте шуруповерт. В патрон зажать ротор двигателя и на малых оборотах выполнить шкуркой зачистку от нагара. После нужно окончательно заполировать его на войлочном круге.
Механические нарушения
Механические причины вызваны несоблюдением требований конструкторско-технологической документации. Большая часть механических причин устраняется проточкой коллектора на токарном станке. Выполнение этой ремонтной операции доверяют квалифицированному специалисту. Вот некоторые виды неисправностей, которые могут указать на поломку:
- Поверхность коллектора имеет неровности;
- Биение вала превышает значение, указанное в технической документации;
- Отдельные коллекторные пластины выступают за общий для всех уровень;
- Выступ изоляции (слюды);
- Щетки в щеткодержателях двигаются с заклиниванием;
- Наоборот, щетки вставлены в щеткодержатели с большим зазором, что создает вибрацию при работе;
- Щеткодержатели установлены далеко от коллектора;
- Неравномерное натяжение пружин, как следствие разница в усилии поджатия щеток.
Видео, которые могут помочь решить ваш случай:
Меняем угол наклона
При неправильном угле наклона щеток относительно статора также возможно возникновение искрения. Правильное положение — это когда обе щетки находятся строго на одной линии, проходящей через ось вращения коллектора. Со временем от постоянной вибрации, крепление щеткодержателя может расшататься или даже получить механические повреждения. Внимательно осмотрите поверхности узлов. Детали, имеющие трещины, сколы или следы коррозии, подлежат замене.
Каждый производитель вносит конструктивные особенности в линейку своей продукции, и поэтому различные виды пылесосов имеют различный тип крепления щеток. Однако в целом, все модели имеют одинаковое устройство, и щеткодержатель как правило, прикручен двумя винтами и позволяет производить регулировку.
Устраняем загрязнение
Поверхность коллектора в точке контакта с щетками должна быть чистой. Пагубное влияние на контакт может оказать угольная или металлическая пыль, образующаяся при трении щеток об кольца или коллектор. Загрязнение последнего вызывает искрение, от которого и образуется нагар. Самостоятельный ремонт пылесоса в данном случае предполагает обычную чистку. Если поверхность имеет следы загрязнения, необходимо избавиться от них с помощью мелкой шкурки, а затем обезжирить, протерев спиртом или бензином. Также следует обратить внимание на пространство между контактами на роторе. Если они забиты грязью или графитовой пылью, их тоже следует очистить и обезжирить.
Как заменить
Для того, чтобы правильно заменить щётки для электродвигателей пылесоса, важно правильно снять мотор. Нужно открутить винты у основания пылесоса, и вытащить корпус пылесоса. Двигатель находится в пластиковой защитной оболочке. Необходимо её открутить и достать мотор, взять двигатель в руки и посмотреть, нет ли на нём повреждений. По двум сторонам от шахты видны прямоугольники. Это щётки. Если они повреждены, то нужно поставить новые. Следует также осмотреть и протереть коллектор. Затем необходимо вставить новые щётки и все действия повторить в обратном порядке.
Важно! При разборке пылесоса записывайте или снимайте на видео все свои действия, чтобы потом правильно собрать пылесос.
Самая распространённая причина плохой работы пылесоса – износ внутренних его деталей. Иногда необходимо обращаться в сервисный центр, но вначале можно попробовать выполнить ремонт своими руками. Удачи вам с вашим пылесосам.
Благодаря бытовой технике владельцы жилища обретают полноценный комфорт. Использование тех же пылесосов существенно снижает физическую нагрузку, затрачиваемую на уборку. Между тем даже супернадежная техника, к примеру от фирмы Samsung, не вечна, что говорит об одном: когда-то приходит время ремонта или замены.
Однако удобные и практичные агрегаты быстро заставляют пользователей привыкнуть к работе с ними. Поэтому большинство их владельцев предпочитают восстанавливать работоспособность устройств, а не покупать новые. Мы расскажем о том, какой ремонт пылесосов Самсунг можно успешно провести собственными руками.
Замыкание двигателя
Самое неприятное, что может произойти с двигателем пылесоса — это межвитковое замыкание в обмотке. Как правило, искрение в этом случае происходит по кругу, падают обороты двигателя, возможны хлопки, коллекторные пластины имеют значительные почернения. В данной ситуации вам грозит замена мотора целиком, т.к. стоимость якоря может составлять 70-80% от стоимости всего электродвигателя, а произвести перемотку в бытовых условиях — задача не из простых.
