Характеристика коллекторных двигателей для стиральных машин

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.

Какая мощность двигателя стиральной машины

Стиральная машина-автомат (СМА) без электродвигателя — не более чем резервуар или подставка для вещей. Механическое вращение движущихся элементов, ответственных за стирку, происходит благодаря «сердцу» аппарата — его мотору. От характеристик электромотора зависит качество стирки и энергоэффективность модели. Разберемся, какая мощность двигателя стиральной машины считается оптимальной и почему пользователя должен интересовать этот вопрос.

Какие бывают двигатели?

Мотор для стиральной машины разработчики подбирают с учетом реализуемых характеристик. Есть три вида электродвигателей, используемых в автоматических стиралках:

• Асинхронный. Бывает 2- и 3-фазный. В модификациях СМА, выпущенных после 2000 г., используются только 3-фазные версии. Их мощность — 180–360 Вт. Они могут обеспечить почти 300 оборотов в минуту на стирке. В машинках с асинхронными двигателями вращение барабана при отжиме довольно небольшое — до 600 об/мин, очень редко эта цифра подбирается к 1000.

• Коллекторный. Этот электродвигатель более совершенен, чем асинхронный. Он работает от любого вида тока — переменного или постоянного. У него меньше габариты — а значит, аппарат будет менее громоздким и тяжелым. В таких движках командным блоком плавно регулируется количество оборотов в минуту. Но есть и минус — у коллекторных моторов имеются щетки. Эти элементы не только создают шум, но и усиленно изнашиваются — по мере износа их приходится заменять. Они рассчитаны на 380–800 Вт.

• Бесколлекторный. Ученые корейского концерна LG долго думали, как увеличить мощность электродвигателя, не повысив энергопотребление СМА. Бесколлекторный двигатель способен вращать барабан с большой скоростью, не затрачивая энергию на трение ремня и щеток. СМА с такими двигателями отличаются высоким КПД. Это последний по хронологии изобретений тип движка. Впервые их стали устанавливать на СМА в 2005 г. на заводах LG. Его главное отличие — прямой привод и компактные размеры. Стиральная машинка с бесколлекторным движком не имеет ременной передачи. Такие стиралки отличаются бесшумной работой — нет щеток и ремня, и высоким КПД. Мощностные характеристики аналогичны вышеописанным вариантам. Он способен вращать барабан со скоростью до 2000 об/мин.

Как узнать, сколько оборотов у электродвигателя? Посмотрите на информационную табличку, которая имеется на любом электромоторе.

Важно! Потребляемая мощность двигателя зависит от режима работы — стирки или отжима. Значение этого параметра не указано в технической документации к СМА, его нужно смотреть непосредственно на самом моторе.

На что влияют мощностные характеристики электродвигателя?

От типа и мощности двигателя зависит скорость вращения барабана стиральной машины-автомат — количество оборотов, совершаемых им за минуту. Чем больше обороты, тем качественнее отжим. Правда, нужно помнить, что не всякие ткани выдерживают такие скорости без последствий. Для более бережного отжимания устанавливают обороты поменьше — в современных машинках можно регулировать скорость отжима. А в технической документации указывается ее максимальное значение.

От электродвигателя зависит, сколько электроэнергии потребляет вся стиралка. От его мощностных показателей зависит число кВт-ч, которые «накрутит» аппарат. Покупая бытовую технику, потребителя интересуют не мощностные характеристики электродвигателя, а то, сколько придется платить за свет. Энергопотребление — величина, зависящая от нескольких факторов. На число потребленных киловатт в час влияет мощность:

• электромотора;
• нагревателя — 1,7–2,9 кВт, чем горячее вода, тем больше значение;
• помпы — 0,024–0,040 кВт, этого достаточно для откачки грязной воды;
• датчиков, управляющего блока и дисплея — 0,005–0,010 кВт.

Общая мощность рассчитывается только для одного режима — «Хлопок». При температуре 60 °C и при полной загрузке. По итогам испытаний моделям присваиваются классы энергоэффективност и — их всего 7, и обозначают их латинскими буквами. Наивысший класс — А, самый низкий — G.

Сколько потребляет СМА?

Выбирая стиральную машину, покупатели оценивают ее по стандартному набору критериев. Обычно интересуются — режимами, загрузкой барабана, габаритами, типом загрузки, подсветкой барабана и прочими видимыми функциями. А вот киловаттами интересуются редко. Чем ниже класс энергопотребления, тем больше тратится электричества, тем выше счета за свет. Сегодня практически все СМА относятся к группе А. Исключение составляют аппараты с функцией сушки — но тут приходится поступиться экономией за возможность получать сухое белье.

Энергопотребление легко узнать по классу энергоэффективности. Так, модели А+++ потребляют 0,13 кВт-ч, а, например, группа С — 0,25 кВт-ч. Потребляемая мощность СМА класса А — до 0,31 кВт-ч. Техника групп E, F и G в быту не используется. Ее потребление соответственно — 0,39 и 0,4 кВт-ч.

Какой класс выбрать?

Потребление зависит от количества закладываемого белья, от выставленной температуры, выбранного режима — длительности и интенсивности стирки. На информационных этикетках производитель указывает максимальную мощность устройства, которая достигает 4 кВт.

Показатель обозначается буквой Р — он позволяет оценить «аппетиты» машинки. Это своего рода потенциал: то, что она может потребить максимально. Получается, какой бы ни был выбран режим, больше установленного предела аппарат потребить не в состоянии. Нет особого смысла покупать аппараты с классами А+++ и А++ — экономии немного, а переплата за «высокую энергоэффективность» существенная. Расход у машин групп В и С отличается несущественно от аналогов группы А.

Выбирая стиральную машинку, вам необязательно вникать в характеристики электродвигателя, который в ней установлен. Вам достаточно поинтересоваться его типом и классом энергоэффективности СМА.

Двигатель от стиральной машины и схема его подключения к сети

• Виды
  • Асинхронный
  • Коллекторный
  • Инверторный (бесколлекторный)
• Схема подключения мотора к сети
  • Современная стиральная машина
  • Стиральная машина старой модели

  Двигатель – сердце стиральной машины. Это устройство вращает барабан во время стирки. В первых моделях машин к барабану крепили ремни, которые выступали в роли приводов и обеспечивали движение емкости, наполненной бельем. С тех пор разработчики заметно усовершенствовали этот агрегат, отвечающий за превращение электроэнергии в механическую работу.

  

  В настоящее время при производстве стирального оборудования используется три вида двигателей.

  Асинхронный

  Моторы этого типа состоят из двух частей – неподвижного элемента (статора), который выполняет функцию несущей конструкции и служит в качестве магнитопровода, и вращающегося ротора, который приводит в движение барабан. Вращается двигатель в результате взаимодействия переменного магнитного поля статора и ротора. Асинхронным этот тип устройства назвали потому, что он не способен достичь синхронной скорости вращающегося магнитного поля, а следует за ним, как бы догоняя.

  

  Асинхронные двигатели встречаются в двух вариантах: они могут быть двух- и трехфазными. Двухфазные образцы сегодня редкость, поскольку на пороге третьего тысячелетия их производство практически прекратилось.

  Уязвимое место такого двигателя – ослабление вращающего момента. Внешне это проявляется нарушением траектории движения барабана – он покачивается, не совершая полного оборота.

  

  Несомненными плюсами устройств асинхронного типа выступают незамысловатость конструкции и простота обслуживания, которая заключается в своевременной смазке мотора и замене вышедших из строя подшипников. Работает асинхронный двигатель негромко, а стоит довольно дешево.

  К недостаткам устройства относят большой размер и низкий КПД.

  Обычно этими двигателями снабжены простые и недорогие модели, которые не отличаются большой мощностью.

  Коллекторный

  Коллекторные двигатели пришли на смену двухфазным асинхронным устройствам. Три четверти бытовых приборов оборудованы моторами этого типа. Их особенностью является способность работать и от переменного, и от постоянного тока.

  

  Чтобы понять принцип работы такого двигателя, кратко опишем его устройство. Коллектор представляет собой медный барабан, разделенный на ровные ряды (секции) изолирующими «перегородками». Места контактов этих секций с внешними электроцепями (для обозначения таких участков в электрике используется термин «выводы») расположены диаметрально, на противоположных сторонах окружности. С выводами соприкасаются обе щетки — скользящие контакты, обеспечивающие взаимодействие ротора с мотором, по одной с каждой стороны. Как только какая-либо секция запитывается, в катушке появляется магнитное поле.

  При прямом включении статора и ротора магнитное поле начинает вращать вал электродвигателя по часовой стрелке. Это происходит по причине взаимодействия зарядов: одинаковые заряды отталкиваются, разные – притягиваются (для большей наглядности вспомните «поведение» обычных магнитов). Щетки постепенно перемещаются из одной секции в другую – и движение продолжается. Этот процесс не прервется, пока в сети есть напряжение.

  Чтобы направить вал против часовой стрелки, необходимо сменить распределение зарядов на роторе. Для этого щетки включают в противоположную сторону – навстречу статору. Обычно для этого задействуют миниатюрные электромагнитные пускатели (силовые реле).

  

  Среди достоинств коллектороного двигателя – высокая скорость вращения, плавное изменение частоты оборотов, которое зависит от изменения напряжения, независимость от частоты колебаний электросети, большой пусковой момент и компактность устройства. В числе его недостатков отмечается относительно короткий срок службы из-за быстрого износа щеток и коллектора. Трение вызывает значительное повышение температуры, в результате чего происходит уничтожение слоя, изолирующего контакты коллектора. По той же причине в обмотке может случиться межвитковое замыкание, способное вызвать ослабление магнитного поля. Внешним проявлением подобной неполадки станет полная остановка барабана.

  Инверторный (бесколлекторный)

  Инверторный двигатель — это мотор с прямым приводом. Этому изобретению чуть больше 10 лет. Разработанное известным корейским концерном, оно быстро завоевало популярность благодаря длительному сроку службы, надежности, износостойкости и своим весьма скромным габаритам.

  Компонентами этого типа двигателя также выступают ротор и статор, однако принципиальное отличие заключается в том, что мотор прикреплен к барабану напрямую, без использования соединительных элементов, которые выходят из строя в первую очередь.

  

  Среди несомненных достоинств инверторных двигателей – простота, отсутствие деталей, подверженных быстрому износу, удобное размещение в корпусе машины, низкий уровень шума и колебаний, компактность.

  Недостатком такого мотора является трудоемкость – его производство требует больших затрат и усилий, что заметно отражается на цене инверторных машин.

  

  Схема подключения мотора к сети

  Современная стиральная машина

  При подключении двигателя современного устройства для стирки к сети с напряжением 220В необходимо учесть его основные особенности:

  • он работает без пусковой обмотки;
  • для запуска мотору не нужен пусковой конденсатор.

  Чтобы запустить двигатель, следует определенным образом подсоединить к сети идущие от него провод. Ниже представлены схемы подключения коллекторного и бесколлекторного электромоторов.

  

  

  Прежде всего, определите «фронт работ», исключив контакты, которые идут от тахогенератора и не участвуют в подключении. Распознаются они посредством тестера, работающего в режиме омметра. Зафиксировав инструмент на одном из контактов, другим щупом отыщите парный ему вывод. Величина сопротивления проводов тахогенератора составляет порядка 70 Ом. Чтобы найти пары оставшимся контактам, прозвоните их аналогичным образом.

  Теперь переходим к наиболее ответственному этапу работы. Подключите провод 220В к одному из выходов обмотки. Второй ее выход требуется соединить с первой щеткой. Вторая щетка подключается к оставшемуся 220-вольтовому проводу. Включите мотор в сеть, чтобы проверить его работу*. Если вы не допустили ошибок, ротор начнет вращаться. Имейте в виду, что при подобном подключении он будет двигаться только в одну сторону. Если пробный пуск прошел без накладок, устройство готово к работе.

  Чтобы изменить направление движения двигателя на противоположное, подключение щеток следует поменять местами: теперь первая будет включена в сеть, а вторая соединена с выходом обмотки. Проверьте готовность мотора к работе описанным выше способом.

  

  Наглядно процесс подключения вы можете увидеть в следующем видео.

  Стиральная машина старой модели

  С подключением двигателя в машинах старого образца дело обстоит сложнее.

  Сначала определите две соответствующие друг другу пары выводов. Для этого используйте тестер (он же — мультиметр). Зафиксировав инструмент на одном из выводов обмотки, другим щупом отыщите вывод, парный ему. Оставшиеся контакты автоматически образуют вторую пару.

  Затем следует определить, где расположена пусковая, а где – рабочая обмотка. Замерьте их сопротивление; более высокая сопротивляемость укажет на пусковую обмотку (ПО), которая создает начальный крутящий момент, более низкая характерна для обмотки возбуждения (ОВ), создающей магнитное поле вращения.

  

  Ниже представлены возможные схемы подключения трехфазного асинхронного двигателя, и подробное видеоруководство к ним.

  

  Как подключить двигатель от стиральной машины к электрической сети 220 В

  Домашнему мастеру в хозяйстве часто приходится делать то, что вручную не всегда легко и удобно. На помощь в таком случае приходят разнообразные станки. Но для нужно устройство, которое будет их приводить в движение, например, электродвигатель. Но асинхронные трёхфазные двигатели хоть и просты в устройстве и очень распространены, но не всегда есть возможность найти и купить конденсаторы для него. Поэтому вы можете использовать двигатели от бытовой техники. В этой статье мы рассмотрим схему подключения двигателя от стиральной машины к сети для прямого вращения и реверса.

  

  Какие двигатели используют в стиральных машинах

  В большинстве стиральных машин используются коллекторные электродвигатели. Они удобны тем, что не требуют пусковых и рабочих конденсаторов, могут напрямую подключаться к сети. К тому же простейший регулятор оборотов для них можно купить в любом магазине электротоваров.

  Коллекторный двигатель от стиральной машины состоит из:

  Ротора с коллектором;

  Тахогенератора или датчика холла.

  Для измерения оборотов двигателя и их регулирования используются как раз-таки тахогенераторы или датчики холла. Их для обычного пуска от двигателя от сети 220В не используют, но нужны для работы со сложными регуляторами оборотов, которые поддерживают мощность на валу независимо от его нагрузки (в пределах номинальной, естественно).

  Схема подключения

  Изначально двигатели от стиральной машины подключаются к сети с помощью клеммной колодки. Если её не сняли до вас — при осмотре двигателя вы увидите подобную картинку:

  

  Порядок расположение проводов может отличаться, но в основном их назначение такое:

  2 провода от щеток;

  2 или 3 провода от обмотки статора.

  2 провода от датчика оборотов.

  Если у вас три провода от статора, то один из них — это средний вывод, используется для повышения оборотов в режиме отжима. Тогда если вы прозванивая обмотку обнаружили, что одна пара проводов даёт сопротивлении выше чем другая пара, то подключившись к концам с большим сопротивлением обороты будут меньше, но крутящий момент выше. А если выберете выводы с меньшим сопротивлением, то наоборот – обороты выше, а момент ниже.

  В зависимости от конкретной модели на колодке могут быть выведены контакты какой-нибудь защиты, например, тепловой и прочее. В итоге для просто подключения к сети нам потребуется четыре провода, например, такие:

  

  Напомним, что надбавляющие большинство двигателей стиральных машин — это коллекторные двигатели с последовательным возбуждением. Что это значит? Нужно подключать обмотку статора последовательно с обмоткой возбуждения, то есть с обмоткой якоря.

  Чтобы это сделать нужно один конец обмотки статора подключить к сетевому проводу, второй конец обмотки статора соединяем с проводом одной из щеток, а вторую щетку подключаем ко второму сетевому проводу, такая схема подключения изображена на рисунке ниже.

  

  Реверс

  На практике случается так, что для применения в стенке невозможно закрепить двигатель в другой плоскости, то вам может не подойти его направление вращения. Отчаиваться не нужно. Чтобы изменить направление вращения двигателя от стиральной машины нужно всего лишь переключить местами концы обмотки статора и обмотки возбуждения.

  Чтобы в процессе работы была возможность переключения направления вращения двигателя нужно использовать тумблер типа DPDT. Это шести контактные тумблеры, в которых есть две независимых контактных группы (два полюса) и два положения, в которых средний контакт соединяется либо с одним, либо с другим крайним контактом. Его внутренняя схема изображена выше.

  

  Схема подключения двигателя от стиральной машины с возможностью переключения направления вращения и изображена ниже.

  

  Вам нужно припаять провода от щеток к крайним контактам тумблера, а к одному из средних контактов провод от обмотки статора, ко второму — сетевой провод. Второй конец обмотки статора всё также соединяется с сетью. После этого нужно припаять перемычки к свободным двум контактам «крест—накрест».

  Регулировка оборотов

  Обороты всех коллекторных двигателей легко регулируются. Для этого изменяют ток через их обмотки. Сделать это можно изменив напряжение питания, например, срезав часть фазы, снизив действующее значение напряжения. Такой способ регулировки называется Система Импульсно-Фазового Управления (СИФУ).

  На практике для регулировки двигателя от стиралки можно использовать любой бытовой диммер мощностью 2.5-3 кВт. Можно использовать диммер для осветительных ламп, но в таком случае замените симистор на BT138X-600 или BTA20-600BW, например, или любой другой с 10 кратным запасом по току относительно потребления двигателя, если конечно изначальных характеристик не окажется достаточно. Схему подключения вы видите ниже.

  

  Но за простоту решения приходится платить. Так как мы уменьшаем напряжение питания, то мы ограничиваем и ток. Соответственно уменьшается и мощность. Однако при нагрузке двигатель, чтобы поддерживать заданные обороты, начинает потреблять больший ток. В результате из-за пониженного напряжения двигатель не сможет развить максимальную мощность, и его обороты под нагрузкой упадут.

  Чтобы этого избежать есть специальные платы, которые поддерживают заданные обороты получая обратную связь от датчика оборотов. Именно тех проводов, которые мы не задействовали в рассмотренных схемах. Работает это по алгоритму подобного такому:

  1. Проверка заданного числа оборотов.

  2. Считывание значений датчика и сохранение их в регистр.

  3. Сравнение показаний датчика, реальных оборотов с заданными.

  4. Если реальные обороты соответствуют заданным — ничего не делать. Если обороты не соответствуют тогда:

  Если обороты повышены — увеличиваем угол среза фазы СИФУ на определенное значение (понижаем напряжение, ток и мощность);

  Если обороты понижены — уменьшаем угол среза фазы СИФУ (повышаем напряжение, ток и мощность).

  И так повторяется по кругу. Таким образом когда вы нагружаете вал двигателя — система сама принимает решение увеличить напряжение подаваемого на двигатель или уменьшить его когда нагрузка увеличивается.

  Необязательно бросаться за разработку такого устройства на микроконтроллерах, есть недорогие готовые решения. Примером такого устройства являются построенные на интегральной микросхеме TDA1085. Пример схемы подключения вы видите ниже.

  

  Здесь подписи обозначают:

  М – выход на двигатель.

  AC – подключение к сети.

  T – подключение к таходатчику.

  R0 – регулятор текущих оборотов.

  R1 – минимальные обороты.

  R2 – максимальные обороты

  R3 – для подстройки схемы, если двигатель работает неравномерно.

  Схема приведенной платы (для увеличения нажмите на рисунок):

  

  Заключение

  Учтите, что коллекторный, или как его еще называют в народе, щеточный двигатель от стиральных машин довольно высокооборотист, в районе 10000-15000 об/мин. Это связано с его конструкцией. Если вам нужно достичь малых оборотов, например, 600 об/мин, используйте ременную или зубчатую передачу. В противном случае, даже с применением специального регулятора вам не получится добиться нормальной работы.