Характерною ознакою колекторних електродвигунів машин є наявність у них специфічного вузла – колектора – механічного перетворювача змінного струму в постійний і навпаки. На рис. 3.56 представлений ескіз конструкції такого електродвигуна [29].

Рис. 3.56. Ескіз конструкції колекторного електродвигуна

Між полюсами N і S постійного магніту знаходиться обертається частина генератора (двигуна) – якір. У двох поздовжніх пазах на осерді якоря розташована обмотка у вигляді одного витка, кінці якої приєднані до двох мідним ізольованим один від одного кілець, що утворюють найпростіший колектор. На поверхню колектора накладені щітки, які здійснюють ковзний контакт з колектором і зв’язують якір із зовнішньою ланцюгом.

Розглянемо коротко принцип роботи цього двигуна з використанням рис. 3.57.

При знаходженні щіток в «геометричній нейтралі» пг – η електромагнітні сили дорівнюють нулю (FM = 0). Призначення щіток якоря в двигуні постійного струму – змінювати напрямок струму в провідниках обмотки якоря при їх переході із зони магнітного полюса однієї полярності в зону полюса іншої полярності. При збільшенні числа обмоток якоря і, відповідно, числа пластин колектора обертання якоря стає більш стійким і рівномірним.

Рис. 3.57. Принцип роботи колекторного електродвигуна [29]

Управління колекторним двигуном здійснюється спеціальними мікросхемами – драйверами по командам з процесора (входи CTL1, CTL2) (рис. 3.58). Драйвери колекторного двигуна постійного струму представляють собою звичайний мостовий підсилювач потужності зі спеціальною логічною схемою, що управляє транзисторними ключами цього підсилювача по командам з процесора. До складу цих драйверів входять також схеми теплової і струмового захисту, що оберігають ІМС від виходу з ладу у разі межвиткового замикання в обмотках двигуна і порушення термічного режиму мікросхеми.

Розглянемо особливості організації ІМС управління колекторними двигунами змінного струму. На рис. 3.59 показана схема, пояснює роботу мікросхеми управління колекторними двигунами змінного струму [23].

Рис. 3.58. Структура драйвера колекторного двигуна постійного струму: 1 – логічна схема; 2,3 – підсилювачі потужності; 4 – колекторний двигун [22]

Рис. 3.59. Еквівалентна електрична схема включення (а) і тимчасова діаграма роботи (б) ІМС контролера колекторного двигуна змінного струму

Мікросхема визначає момент перетину мережевим напругою змінного струму нульового рівня і залежно від величини опору резистора R2 здійснює запуск напівпровідникового симистора імпульсом струму від 60 до 100 мА. Значенням опору R2 визначається обрана швидкість обертання електродвигуна, тобто час запуску симистора після перетину мережевим напругою нульового рівня. Для підтримки постійної швидкості обертання в схемі є позитивний зворотний зв’язок по струму (резистори R7, R8). При збільшенні струму навантаження збільшується і кут провідності симистора.

Крім того ІМС повторює імпульс запуску симистора при перериванні струму колектора двигуна або в разі відсутності процесу відкривання симистора (наприклад, в часто має місце на практиці випадку «відскакування» щіток колекторного двигуна). У ІМС також є режим «м’якого старту». На діод D1 тут реалізований однополуперіодний випрямляч для забезпечення харчування ІМС, структура і принцип роботи якого розглянуті вище в гл. 2.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.