Коллекторный двигатель постоянного тока

Коллекторный двигатель постоянного тока (ДПТ) — классический электродвигатель, в котором переключение направления тока в обмотках ротора осуществляется механически через коллектор и щётки. Был доминирующим типом регулируемого привода до появления надёжных частотных преобразователей для асинхронных двигателей.

Устройство

• Статор — создаёт постоянное магнитное поле (постоянные магниты или обмотка возбуждения)
• Ротор (якорь) — обмотки, подключённые к коллектору
• Коллектор — медный цилиндр из изолированных секций, вращается с ротором
• Щётки — графитовые, прижаты к коллектору пружинами

Виды по способу возбуждения

С постоянными магнитами (PM DC)

• Магниты ферритовые или NdFeB
• Применение: бытовая техника, малые приводы, электротранспорт
• Мощности 1 Вт - 100 кВт
• Простое управление (регулирование напряжения)

С независимым возбуждением

• Обмотка возбуждения питается отдельно
• Применение: прокатные станы, крановые приводы
• Мощности 10 - 10 000 кВт
• Гибкое регулирование (напряжение якоря + ток возбуждения)

С последовательным возбуждением (сериесный)

• Обмотка возбуждения последовательно с якорем
• Высокий пусковой момент (пропорционален квадрату тока)
• Применение: тяговые двигатели железнодорожного транспорта, лебёдки, инструмент
• Критичный недостаток: разнос при малой нагрузке → всегда подключён к нагрузке

С параллельным возбуждением (шунтовой)

• Обмотка возбуждения параллельно якорю
• Стабильная скорость при изменении нагрузки
• Применение: станки, насосы с переменной нагрузкой

Смешанное возбуждение (компаунд)

• Комбинация последовательной и параллельной обмоток
• Применение: универсальные приводы

Отличия от BLDC

• Есть щётки и коллектор → износ, искрение
• Проще конструктивно, но хуже обслуживаемый
• Можно управлять без электроники (регулирование напряжения через реостат)
• Ресурс коллектора 500-5000 часов (замена щёток), затем шлифовка коллектора

Основные характеристики

• Диапазон мощностей — от 1 Вт до 10 МВт
• Напряжение — 6, 12, 24, 48, 110, 220, 440 В DC
• Частота вращения — от 1000 до 10 000 об/мин
• КПД — 60-90% в зависимости от мощности и типа
• Износ — щётки меняются каждые 500-5000 часов

Применение сегодня

• Электротранспорт (железная дорога, троллейбусы, электромобили старых поколений)
• Крановые приводы (хотя всё чаще заменяется на асинхронные с частотниками)
• Электроинструмент (дрели, болгарки, пылесосы)
• Автомобильные вспомогательные приводы (стеклоподъёмники, вентиляторы)
• Прокатные станы (крупные старые установки, новые — чаще синхронные PMSM)
• Электрокары малые (гольф-кары, электросамокаты, кресла-коляски)

Для шкафов автоматики

ДПТ применяются редко в современных шкафах автоматики (вентиляция, насосы). Основная область — заводская автоматизация старых цехов (прокатные станы, намоточные станки). Управление осуществляется через тиристорные преобразователи — ABB DCS550, Siemens Simoreg DCM.