Коллекторные двигатели переменного тока

В электротехнике давно отгремели последние битвы затяжного конфликта, известного как «война токов». Еще в XIX веке было обнаружено, что у переменного и постоянного сетевого напряжения есть свои плюсы и минусы. Мало-помалу переменный ток и его сторонники смогли одержать победу: в 2007 году окончательно «пал» Нью-Йорк, чьи электрические сети были наконец переведены на переменный ток.

Но безоговорочной победы не было: за постоянным током остались некоторые позиции. В частности, по сию пору в промышленности широко используются достоинства электропривода постоянного тока. Эти достоинства заключаются в хорошем пусковом моменте двигателя и в широком диапазоне регулирования скорости.

Однако есть электродвигатели, обладающие некоторыми достоинствами двигателей постоянного тока, но работающие на токе переменном. Речь идет о коллекторных однофазных двигателях переменного тока.

По своей сути это обычные коллекторные электродвигатели. Да это и не удивительно: ведь любой двигатель постоянного тока теоретически может работать в переменной сети. Направление тока в якорной обмотке и обмотке возбуждения меняется одновременно, а это значит, что крутящий момент двигателя по своему направлению будет неизменен.

Проблема только в том, что при независимом или параллельном соединении обмоток между током якоря и током возбуждения неизбежно возникнет разность фаз, и смену направлений токов можно будет считать одновременной лишь условно.

Поэтому коллекторные двигатели переменного тока бывают лишь последовательного возбуждения. При этом якорный ток и ток возбуждения являют собой одну физическую величину, что гарантирует постоянство электромагнитного и механического момента.

Обычно обмотку возбуждения коллекторных двигателей переменного тока делят на две части, первую из которых располагают до, а вторую – после якорной обмотки. Для компенсации электромагнитной реакции якоря применяются дополнительные, компенсационные обмотки.

Другая проблема, связанная с эксплуатацией этих двигателей в переменной сети, – это большие потери в стали, связанные с токами Фуко. Для двигателей постоянного тока этой проблемы не существует, поэтому их магнитопроводы выполняются цельными и сварными. А магнитопроводы коллекторных двигателей переменного тока шихтуются из отдельных стальных пластин для ограничения токов Фуко и соответствующих потерь.

И, наконец, еще одна проблема использования обсуждаемых здесь однофазных двигателей переменного тока связана с наличием коллекторно-щеточного аппарата. Коммутация на щетках осложнена, неизбежны потери. При износе щеток или коллекторных пластин может возникнуть круговой огонь, и привод надолго выйдет из строя.

Из-за перечисленных недостатков эти однофазные электродвигатели переменного тока имеют весьма посредственные энергетические показатели. Поэтому применяют эти двигатели преимущественно в маломощных бытовых приводах: в стиральных машинах, пылесосах, электродрелях, болгарках и перфораторах.

В этих устройствах сполна раскрываются достоинства этих необычных двигателей, традиционно свойственные двигателям постоянного тока. Механическая характеристика коллекторного двигателя переменного тока по понятным причинам схожа с характеристикой двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Отсюда имеем высокий пусковой момент, способность выдерживать существенные перегрузки и готовность к регулированию в самых широких пределах. Из недостатков, характерных для этих двигателей в быту, следует дополнительно отметить возникновение помех, вызванных непрерывной коммутацией на коллекторно-щеточном аппарате.

Помехи способны «забить» практически любой радиосигнал, и телевизор или радиоприемник могут просто перестать работать на время включения коллекторного привода переменного тока.