Бесколлекторный двигатель
TRANSCRIPT
Управление образование администрации МО ГО «Сыктывкар»
МОУ Средняя общеобразовательная школа № 18
Сыктывкар 2009
Работу выполнили :
учащиеся 9-го класса МОУ СОШ № 18
Михайлов Иван, Мирзоев Руслан
Руководитель проекта:
Целищева М. В., учитель физики
2
Цель работы
Сравнить технические характеристики электродвигателей
постоянного тока.
Сделать бесколлекторный двигатель для радиоуправляемой
модели самолета.
Этапы работы
1. Создание творческой группы
2. Определение целей и задач проекта
3. Поиск материала по теме в разных источниках
4. Отбор литературного, фактического и научного мате-
риала.
5. Изготовление мотора и проверка его работы
6. Оформление результатов
3
Введение
XX век - это мир техники. Могучие машины добывают из недр
земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции выра-
батывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и
заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипе-
ды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, те-
лефон и радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самоле-
ты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высо-
ко над нами, за пределами земной атмосферы, летают ракеты и искусст-
венные спутники Земли. Все это работает при помощи электроэнергии. И
в настоящее время уже более 60% всей вырабатываемой в мире электри-
ческой энергии потребляется электрическими двигателями.
В настоящее время жизнь человечества без электродвигателя
трудно представляется. Он используется в поездах, троллейбусах, трамва-
ях. На заводах и фабриках стоят мощные электрические станки. Электро-
мясорубки, кухонные комбайны, кофемолки, пылесосы - все это исполь-
зуется в быту и оснащено электродвигателями.
Первый электродвигатель сконструировал русский ученый Б.С.
Якоби. Много позже сконструировали двигатели, работающего на элек-
тричестве, бесшумные и небольшие - бесколлекторные.
На наш взгляд изобретение бесколлекторного электродвигателя -
есть одно из важнейших достижений инженерии. И целью работы было
самим сделать такой двигатель для радиоуправляемой модели самолета.
4
Что такое электродвигатель?
Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоян-
ного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в ме-
ханическую энергию.
Простейший двигатель, на рисунке, состоит из одного постоянного магни-
та на статоре, из одного электромагнита с явно выраженными полюсами
на роторе, щелочно-коллекторного узла с двумя пластинами и двумя щет-
ками.
Коллектор (щелочно– коллекторный узел ) выполняет одновременно две
функции - является датчиком углового положения ротора и переключате-
лем тока со скользящими контактами.
Щѐточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на
вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щѐтка —
неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый).
5
Коллекторные двигатели
В начале рассмотрим коллекторные двигатели. Коллекторные двигатели
самые простые в изготовлении, и эксплуатации, а следовательно - наибо-
лее дешевые. Для того чтобы заставить такой моторчик работать, его дос-
таточно просто подключить к батарее. Управлять оборотами двигателя
можно изменяя подводимое к мотору напряжение, а направление враще-
ния двигателя меняется, если изменить полярность тока. Таким образом,
регуляторы или контроллеры для управления коллекторными двигателями
тоже просты и недороги. Различия в размерах дает представление о мощ-
ности электромотора. Чем больше размер - тем выше мощность. Следую-
щая характеристика, на которую нужно обращать внимание при выборе
двигателя, это номинальное напряжение на которое он рассчитан. Имеют-
ся моторы с рабочим напряжением 4,8 вольта, 6 вольт, и 12 вольт.
Эти двигатели выпускаются на
сравнительно небольшие мощности
- от 5 до 600 Вт и на частоты враще-
ния 2770 - 8000 об/мин.
В процессе работы коллекторных
двигателей происходит постепен-
ный износ графитовых щеток и ме-
талла коллектора, по которым щетки скользят. Периодически щетки нуж-
но менять, а двигатель прочищать от графитовой и металлической пыли.
При продолжительной интенсивной работе следует также протачивать
коллектор, для компенсации его неравномерного износа.
Коллектор двигателя
6
Улучшение характеристик моторов достигается за счет применения мощ-
ных редкоземельных магнитов, обязательным использованием подшипни-
ков, прецизионным изготовлением коллекторного узла. Но даже с приме-
нением всех перечисленных технологических уловок, коллекторные дви-
гатели уступают по всем параметрам бесколлекторным моторам.
Бесколлекторные двигатели.
Аналогом щѐточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком по-
ложения ротора — вентильный (бесколлекторный) электродвигатель.
Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет
обычно от двух до восьми пар полюсов с чередованием северного и юж-
ного полюсов. Статор имеет традиционную конструкцию. Состоит из кор-
пуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, уложен-
ной в пазы по периметру сердечника. Количество обмоток определяет ко-
личество фаз двигателя. Обмотки статора переключаются электронными
схемами — инверторами. Бесколлекторные электродвигатели могут быть
однофазными (две «мѐртвые точки»), двухфазными (синусно-
косинусными), трѐх- и более фазными.
Бесколлекторный двигатель постоянного тока с выпрямителем может за-
менить коллекторный двигатель.
Бесколлекторные двигатели эффективно работают в более широком диа-
пазоне оборотов и имеют более высокий КПД. Конструкция двигателя при
этом проще, в ней нет щеточного узла, и нет необходимости в техниче-
ском обслуживании. Можно сказать, что бесколлекторные моторы практи-
чески не изнашиваются. Стоимость бесколлекторных двигателей несколь-
7
Статор бесколлекторного двигателя
ко выше, чем коллекторных. Это вызвано тем, что все бесколлекторные
моторы снабжены подшипникам и, как правило, изготовлены более каче-
ственно.
Из устройства бесколлекторных двигателей вытекают главные преиму-
щества:
- отсутствие вращающихся и переключающихся контактов
- высокая надежность работы, поскольку отсутствует щеточный узел,
- большой ресурс электродвигателя ограничен, практически, только ресур-
сом подшипников.
- линейность регулировочной характеристики и меньший уровень элек-
тромагнитного шума по сравнению с коллекторными двигателями посто-
янного тока
- применение в конструкции электродвигателя балансировочных колец по-
тенциально может обеспечить стабильность работы при очень высоких
скоростях вращения (десятки тысяч оборотов в мин).
8
Модель бесколлекторного двигателя.
После изучения и сравнения разновидностей электродвигателей, мы при-
шли к выводу, что естественной альтернативой коллекторным двигателям
постоянного тока являются бесколлекторные.
Заводские бесколлекторные двигатели очень дорогие, поэтому возникла
идея самим сделать такой двигатель из подручных средств.
Изучив различные источники литературы и придя к выводу, что это нам
под силу, мы приступили к работе.
Этапы нашей работы состояли в следующем:
1. Выбор материала для точения корпуса и изготовления двигателя(взяли
дюралюминий—старая лопасть)
2. Заготовка магнитов (со старых CD приводов).
3. Сборка двигателя:
- установка в правильном порядке магнитов
- нарезание резьбы на валу
- обмотка медной проволокой
- сверление отверстий для облегчения и для тщательного охлаждения
мотора
- припаивание разъемов
- установка подшипни-
ков
- установка стопорно
го кольца
9
Подключив источник питания и проверив работу двигателя, установили
наш двигатель на модель самолета.
10
Выводы
1. Изучив технические характеристики двух разновидностей элек-
тродвигателей мы пришли к выводу:
- коллекторный двигатель прост в изготовлении, но недолговечен;
- бесколлекторный двигатель обладает более высокой надежно-
стью работы, более высоким КПД, меньшими размерами и
массой.
- для улучшения летательных характеристик лучше использовать
бесколлекторный двигатель, т.к. он более легкий, меньшего
размера
2. Самостоятельно сделали бесколлекторный двигатель и установи-
ли его на радиомодель самолета.
11
Источники информации:
Электротехника. И.И. Иванов, В.С.Равдоник 1984
Электротехника. А.С.Касаткин, М.В.Немцов 1983
Как самому рассчитать и сделать электродвигатель. Н.В. Вино-
градов, Ю.Н. Виноградов 1974 г.
Ресурсы Интернета:
http://ru.wikipedia.org
http://www.stepmotor.ru/articles/Dvigateli.php
12
Материалы подготовлены и оформлены
Фирмой «Школ-Издат» МОУ СОШ № 18
Адрес: Старовского 53, тел.: 43-34-83
e-mail: [email protected]