П10.3. Электромясорубка и другие

Приложение к Разделу 10. Примеры применения электропривода в бытовых устройствах

П 10.1. Стиральная машина

Назначение стиральной машины: стирка белья посредством механического перемешивания белья, помещенного в перфориро­ванный барабан, в стиральном растворе.

Электромеханическая система в стиральной машине: электродвигатель (рис.1, [14]).

Назначение ЭМС: вращение барабана.

 

Рис. 1. Устройство стиральной машины

1 - Ручка программирования; 2 - Вентили горячей и холодной воды; 3 - Подводящие шланги; 4 - Впускные клапаны; 5 - Дозатор детергента; 6 - Стационарный бак; 7 - Пружина подвески; 8 -Вращающийся барабан; 9 -Выключатель регулятора уровня воды; 10 - Нагревательный элемент; 11 - Электродвигатель; 12 - Приводной ремень; 13 - Водосборник; 14 - Насос; 15 - Выпускной шланг; 16 - Сливной стояк; 17 - Дверца; 18 - Уплотнение дверцы; 19 -Защёлка дверцы; 20 - Регулируемые ножки

Типы применяемых электродвигателей:

- двухфазные асинхронные двигатели;

В 2000-х годах были вытеснены другими типами электродвигателей [35].

- трехфазные асинхронные двигатели с преобразователями частоты;

- универсальные коллекторные двигатели (рис. 2, [15], [45]);

- вентильные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов из высококоэрцитивного сплава (рис.3, [45]).

На рис.3 представлен пример ЭД с внешним ротором с 12 постоянными магнитами, и внутренним 36-катушечным статором. В ЭД реализовано частотное управление скоростью вращения барабана (частота до 300 герц) посредством электронного преобразователя [45].

Достоинства ВД:

а) Общие достоинства ВД (Раздел 9.2.5).

б) большой пусковой момент, позволяющий начинать режим отжима при наличии в баке стирального раствора, что снижает уровень вибрации и исключает скручивание и сминание тканей;

в) хорошие тормозные характеристики, позволяющие осуществлять плавную остановку барабана в течение 4 сек после окончания отжима.

Реверсирование ВД осуществляется переключением полярности, изменение скорости вращения – с помощью тиристорного регулятора скорости с выпрямителем и компенсатором, который сглаживает падение напряжения в сети, возникающее вследствие нагрузки при вращении барабана во время стирки [15].

а)

 

б)

Рис. 2. Универсальный коллекторный электродвигатель

а) схема конструкции: 1 – пакет статора с обмоткой возбуждения, 2 – пакет якоря с обмоткой, 3 – коллектор,

4 – щётки, 5 – якорь тахогенератора (магнитное колесо)

б) вид электродвигателя для стиральной машины

 

 

Рис. 3. Электродвигатель с постоянными магнитами для стиральной машины

 

Вращение от электродвигателя на шкив оси барабана передается с помощью ременной передачи или напрямую (в случае применения ВД) [35] или АД [45].

 

П 10.2. Кварцевые часы

Назначение кварцевых часов: индикация времени

Электромеханические системы в составе кварцевых часов: шаговый электродвигатель.

Источником питания для электродвигателя служит батарейка. Электрический сигнал, подаваемый на электродвигатель, формируется электронным блоком (преобразователем электроэнергии).

Конструкция шагового двигателя  [10] - статор; - катушка, неподвижно закрепленная на статоре. В отличие от шаговых двигателей общего применения, здесь катушка всего одна; - ротор (постоянный магнит, насаженный на ось). На рис.3 [11] приведен шаговый двигатель с элементами механической передачи 1. Источник питания (как правило, батарейка 1.5В) 2. Шаговый двигатель. При поступлении сигнала с делителя ротор проворачивает зубчатое колесо на половину оборота. 3. Передаточное колесо 4. Секундное колесо 5. Центральное колесо 6. Часовое колесо Механизм для перевода стрелок: 7. Рычаг кулачковой муфты 8. Переводной рычаг 9. Переводная головка 10. Переводной вал 11. Кулачковая муфта 12. Тормозной рычаг 13. Минутное колесо 14. Промежуточное колесо

Рис.3. Принципиальный механизм кварцевых часов

В данном примере конструкции часов применен шаговый двигатель с выносной катушкой, расположенной с одной стороны ротора, а не вокруг него. Ротор представляет собой цилиндр из магнитотвердого материала с симметрично расположенными полюсами. Он находится внутри статора из магнитомягкого материала.

Магнитомягкий материал – материал, имеющий значение коэрцитивной силы не более 4 кА/м [29].

В месте расположения ротора статор имеет два узких участка с малым поперечным сечением, обладающих, вследствие этого, низкой магнитной проницаемостью относительно других участков магнитопровода, т. е. эти участки играют роль рабочих зазоров магнитопровода. При подаче импульса на обмотку управления в них создается магнитное поле. В соответствии с принципами электромагнитных процессов, ротор будет фиксироваться в положении максимальной проводимости магнитопровода, то есть на участке с большим поперечным сечением.

Принцип действия [10]

Кварцевый генератор вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кристаллом кварца на его резонансной частоте. Размеры кристалла выбираются таким образом, чтобы частота была равна 32 768 Гц. Мы имеем генератор электрических колебаний, причем частота этих колебаний очень стабильна.

Другая часть электронной схемы – делитель. Делитель частоты состоит из последовательно включенных триггеров, служит для получения импульсов с частотой 1 Гц, получающихся путем последовательного деления на 2 частоты генератора 32 768 Гц.

Импульсы с частотой 1 Гц поступают на вход блока счетчиков.

Блок счетчиков, как и делитель частоты, состоящий из триггеров, служит для счета времени. Каждый счетчик (секунд, минут и т.д.) состоит из нескольких последовательно включенных триггеров и характеризуется коэффициентом счета, значение которого определяется местом данного счетчика в схеме блока. Так, счетчики единиц секунд и минут имеют коэффициент счета 10. У счетчиков десятков секунд и минут коэффициент счета равен 6. В итоге, общий коэффициент счета равен 60. Это значит, что на выходе второго счетчика формируются импульсы с периодом повторения 1 мин, а на выходе четвертого 1ч. Для обеспечения отсчета единиц и десятков часов в схему соединения счетчиков вводится логическая обратная связь, которая в простом случае представляет собой схему совпадения, на входы которой поступают сигналы с определенных выходов счетчиков, а формируемый этой схемой сигнал поступает на входы сброса счетчиков в нулевое состояние.

Один раз в секунду электронный блок подает на катушку шагового электродвигателя импульс.

При подаче на катушку электрического импульса по ней протекает ток и возникает магнитное поле с различной полярностью по обе стороны от участков статора с узким сечением.

Под воздействием этого поля ротор повернется на пол-оборота (180 мех.градусов) и зафиксируется в данном положении до прихода следующего импульса. Второй импульс обратной полярности вызовет обратное намагничивание статора, в результате чего ротор вновь повернется на 180°, и т. д.

Вращение ротора через систему шестерен передается на стрелки. Эта механическая передача для секундной стрелки преобразует угол поворота 180 градусов в угол 6 градусов.

 

Рис.4. Устройство типовой электромясорубки

1-Толкач; 2-Чаша; 3-Собственно мясорубка. Привод: 4-Вал приводной; 5-Редуктор; 6-Облицовка; 7-Электродвигатель; 8-Амортизатор; 9-Светодиод "Сеть"; 10-Кнопка "Реверс"; 11-Кнопка "Стоп"; 12-Кнопка "Пуск"; 13-Облицовка задняя; 14-Блок зажима; 15-Зажим; 16-Кабельный ввод; 17-Зажим заземления.

 

Тип электродвигателя: однофазный асинхронный электродвигатель.

Для обеспечения пускового момента используют конденсатор.

Сочленение электродвигателя с ножами - через зубчатый редуктор.

Мощность электродвигателя в бытовых электромясорубках: от 105 до 1100 Вт.

 

По тому же принципу работают другие подобные бытовые приборы, например, электросоковыжималки (потребляемая мощность 150-250 Вт).

 

П10.4. Пылесос

ЭМС в составе пылесоса: электродвигатель.

Назначение ЭМС: приведение во вращение вентилятора, подача моющей жидкости.

Тип электродвигателя: универсальный коллекторный двигатель с последовательной обмоткой возбуждения.

Устройство простейшего пылесоса приведено на рис.5, [12].

Рис.5. Устройство простейшего пылесоса

1 -электродвигатель, 2 - крыльчатка (вентилятор), 3 - фильтр; 4- помехоподавляющее устройство; 5 - корпус; 6 - выключатель; 7 - кожух; 8 - соединительный шнур; 9 - щетка; 10 - крышка

Принцип: электродвигатель вращает вентилятор, создающий быстрый воздушный поток, который втягивает в пылесос пыль и другие твердые частицы. В определенном месте пыль отфильтровывается и собирается в пылесборник, а воздух возвращается обратно в помещение [17].

В моющих пылесосах, осуществляющих влажную уборку, используется электрический насос, нагнетающий моющую жидкость на очищаемую поверхность под давлением.

Пример электрической схемы ЭМС пылесоса приведен на рис.6.

 

Рис.6. Электрическая схема ЭМС пылесоса

 

Технические данные:

Потребляемая мощность: от 1300 до 3400 Вт.

Частота вращения: от 6000 до 16000 об/мин.

 

В более передовых пылесосах применяются синхронные электродвигатели с постоянными магнитами (Nd-Fe-B), в которых трехфазное переменное напряжение формируется инвертором с использованием широтно-импульсной модуляции. Частота вращения таких электродвигателей может достигать 100 000 об/мин. Мощность достигает 1300 Вт [45].

 

П10.5. Перфоратор

Перфоратор – устройство, предназначенное для перфорирования отверстий в таких материалах, как бетон, кирпич и т.д.

ЭМС в составе перфоратора: электродвигатель

Назначение и принцип работы: электродвигатель приводит во вращение так называемый «пьяный подшипник», который, в свою очередь, преобразует вращательное движение в поступательно-вращательное. Далее энергия за счет воздушной подушки передается летающему поршню, который передает ее на ударный поршень. Далее ударный поршень передает энергию удара уже непосредственно на хвостовик насадки.

Устройство перфоратора приведено на рис.7, [16].

 

 

Рис.7 Устройство перфоратора на примере перфоратора Metabo

 

 

Тип электродвигателя: однофазный коллекторный двигатель

 

Технические данные:

Потребляемая мощность: 120-2000 Вт.

 

П10.6. Вентилятор

Вентилятор - устройство для перемещения воздуха

ЭМС в составе вентилятора: электропривод.

Рассматриваемый пример: вентилятор в компьютере.

Тип электродвигателя: вентильный двигатель на базе синхронной машины с постоянными магнитами (SU8025-M).

Назначение: обеспечивает непрерывный поток воздуха, обдувающий радиатор. Тем самым менее эффективный процесс излучения превращается в более эффективный - конвекцию.

Устройство одного из вариантов вентилятора и его электрическая схема приведены на рис. 8-9, [48].

Ротор электродвигателя расположен снаружи статора. На роторе установлен кольцевой двухполюсный постоянный магнит, а на находящемся внутри него статоре - четыре идентичные катушки.

 

 

Рис. 8. Устройство вентилятора

1 – ротор с крыльчаткой; 2 – статор с обмоткой; 3 – плата управления; 4 – постоянный магнит в виде кольца; 5 – микросхема управления (с датчиком Холла)

Рис. 9. Электрическая схема электропривода вентилятора

Принцип работы ЭМС: С помощью датчика Холла определяется положение ротора относительно обмоток статора. В зависимости от уровня выходного сигнала ключ VT1 будет находиться либо в проводящем, либо в закрытом состоянии. Если VT1 будет в проводящем состоянии, то транзистор VT2 будет закрыт, и напряжение питания будет приложено к группе обмоток, обозначенной на рис.9 "фаза А", по фазе потечет ток, который при взаимодействии с магнитным потоком магнита будет создавать вращающий момент.

Когда ротор повернется на определенный угол, сигнал с датчика Холла изменится, ключ VT1 закроется, ключ VT2 перейдет в проводящее состояние, и напряжение приложится к группе катушек, обозначенных на рисунке "фаза Б".  

В моменты переключения тока на обмотках двигателя возникают выбросы напряжения, обусловленные явлением самоиндукции. Для уменьшения этих выбросов параллельно участкам коллектор-эмиттер транзисторов VT1 и VT2 подключены конденсаторы С1 и С2. Диод на входе защищает остальную схему от повреждений в случае неправильного подключения питания.

 

П10.7. Электролобзик

Электролобзик - электроинструмент, предназначенный для распила древесины и ряда других материалов.

ЭМС в составе электролобзика: электродвигатель

  Принцип работы ЭМС:

Внутри корпуса электролобзика находится шаговый двигатель, вращение которого преобразуется в возвратно-поступательное движение полотна вдоль направляющих, имеющих вид роликов или губок. Как правило, направляющие способны поворачиваться на угол в пределах 45 градусов. Полотно крепится при помощи хвостовика одного из трех типов: крестообразного, гладкого или с отверстием. Оно с высокой частотой совершает движения вверх-вниз. Среди моделей встречаются как универсальные, так и совместимые с каким-то одним типом. Большинство данных электроинструментов обладает маятниковым ходом (нередко многоступенчатым). Во время поступательной фазы, приходящейся на восходящее движение полотна, и происходит подпиливание.

Устройство электролобзика показано на рис.10.

 

Рис.10. Устройство электролобзика

1 - прижимная планка шнура; 2- клеммы шнура; 3 - стопор курка; 4 - курок; 5- регулятор выбора скорости; 6 -эксцентрический шарнир; 7- охлаждающий вентилятор; 8 - редуктор; 9 - регулятор маятникового действия; 10- маятниковый механизм; 11- пилка; 12 - защитный ограничитель; 13- опорный ролик пилки; 14 - воздуховод; 15 - опорная плита; 16 - электродвигатель; 17 - вывод опилок; 18 - регулятор опорной плиты

 

Технические данные:

Потребляемая мощность: 50-1350 Вт

Частота вращения: 1400-5000 об/мин.

 

 

П10.8. Миксер

Миксер – прибор, предназначенный для механического перемешивания, создания однородной массы. В данном разделе рассмотрен кухонный миксер.

ЭМС в составе электромиксера: электропривод

Цепь передачи энергии: бытовая электросеть – электродвигатель – механическая передача (червячный редуктор с двумя противоположно вращающимися шестернями) – два венчика.

Для охлаждения электродвигателя используется вентилятор, устанавливаемый на валу электродвигателя.

Тип электродвигателя: универсальный коллекторный двигатель переменного тока с последовательным возбуждением.

Частота вращения электродвигателя (и венчиков) может регулироваться с помощью электронного регулятора напряжения, подаваемого на электродвигатель.

Устройство ручного миксера показано на рис.11, [23].

 

 

Рис.11. Устройство ручного миксера

1 – электродвигатель; 2 – выключатель; 3 – червяк; 4 – шестерня; 5 – венчики; 6 - вентилятор охлаждения; 7 - вентиляционные отверстия; 8 - прижимная планка шнура

 

Технические характеристики

Мощность:

- от 20 до 1000 Вт (для ручного миксера);

- от 100 до 1200 Вт (для стационарного миксера).

Частота вращения электродвигателя:

- от 1500 до 21000 об/мин (в разных моделях).

 

 

П10.9. Швейная машинка

Швейная машинка соединяет детали одежды ниточным швом, выполняет декоративную строчку, вышивку, обметывает края материала и т. д.

ЭМС в составе швейной машинки: электродвигатель.

Назначение и принцип работы: Механизм привода иглы сообщает игле, в ушко которой заправлена нить, возвратно-поступательное движение. В результате осуществляется прокол иглой материала, провод через него верхней нити и создание у ушка иглы петли. Механизм челнока обеспечивает захват петли, её обвод вокруг шпули с нижней нитью. Механизм нитепритягивателя сматывает нить с катушки, сдёргивает её с челнока и затягивает стежок. Механизм транспортёра ткани передвигает материал на длину стежка. Все механизмы получают движение от главного вала, приводимого во вращение электрическим приводом.

Устройство швейной машинки с навесным электродвигателем приведено на рис.12.

Рис. 12. Устройство швейной машинки с навесным электродвигателем:

 

Навесной электродвигатель 7 крепится к кронштейну 1 двумя скобами 6 посредством гаек 8. Кронштейн 1 крепится к корпусу машины болтом 2 (как и кронштейн корпуса ручного привода). Шкив 9, закрепленный на валу электродвигателя, через клиновой ремень 3 передает вращение маховику 5, закрепленному на главном валу машины фрикционным винтом 4.

Тип электродвигателя: однофазный коллекторный или асинхронный электродвигатель.

Пускорегулирующий реостат находится в карболитовом корпусе. Он выполнен в виде педали и служит для включения машины и регулирования частоты вращения главного вала в процессе ее работы.

Потребляемая мощность до 140 Вт.

 

 

П10.10. Электрорубанок

Электрорубанок – электрический инструмент, использующийся для строгания деревянных поверхностей.

ЭМС в составе электрорубанка: электродвигатель.

Тип электродвигателя: коллекторный асинхронный электродвигатель

Устройство электрорубанка приведено на рис.13.

Рис.13. Устройство электрорубанка

Принцип действия электрорубанка. Основная деталь любого электрического рубанка —барабан, вращающийся с закрепленными на нем ножами. Так как древесина по своей природе имеет неоднородную структуру, то для того, чтобы обрабатываемая поверхность получалась гладкой, электромотор, вращающий барабан, должен быть достаточно мощным.

Вращательное движение от электромотора к барабану передается с помощью зубчатого приводного ремня, а поскольку время от времени он изнашивается и требует замены, то его располагают под боковым съемным кожухом. Другой съемный кожух над мотором открывает доступ к угольным электрическим щеткам. Плавное увеличение скорости вращения при включении и электронное подержание постоянной скорости вращения практически полностью исключают перегрузку электромотора.

Технические данные:

Потребляемая мощность: от 0,4 до 2 кВт. 

Частота вращения: от 10000 до 18000 об/мин.

 

П10.11. Беговая дорожка

Назначение: предоставление возможности бега в закрытом помещении за счет перемещения не человека, а бегового полотна.

ЭМС в составе беговой дорожки: электропривод

Назначение электропривода: приведение в движение бегового полотна и регулирование скорости этого движения

Устройство электропривода беговой дорожки приведено на рис.14, [26].

а) [26]

б)

Рис. 14. Устройство электропривода беговой дорожки

Технические характеристики:

Мощность электродвигателя – 735-2200 Вт (1..3 л.с.) [25].

Забавно, но мощность электродвигателя для беговых дорожек указывают в «лошадиных силах» (1л.с.=735 Вт).

Диапазон регулирования скорости движения бегового полотна: как правило, от 1 км/ч до 20 км/ч [25].

 

 

П10.13. Шуруповерт

Назначение шуруповерта: вкручивание и выкручивание таких крепежных изделий, как шурупы, винты, саморезы и другие.

ЭМС в составе шуруповерта: электропривод (электродвигатель + редуктор).

Устройство и принцип работы: электродвигатель через редуктор приводит в движение вал с патроном, в котором закрепляется нужная насадка (рис.16 [28]). В качестве рабочих насадок, в шуруповёртах используются так называемые биты, один конец которых имеет форму отвертки, а другой сделан в виде шестигранного хвостовика.

Рис. 16. Устройство шуруповерта

1 - регулятор оборотов, 2 - реверс, 3 - транзистор регулятора оборотов прикрученный к радиатору,

 4 - электродвигатель, 5 - редуктор

 

Тип электродвигателя: коллекторный двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов

Тип редуктора: планетарный двухступенчатый

На вал электродвигателя запрессовывается ведущая шестеренка (солнечная).

Первая ступень. Солнечная шестерня двигателя вращает сателлиты по кругу кольцевой шестерни, соответственно водило вращается с меньшей скоростью, чем скорость двигателя.

Вторая ступень. Первое водило передает крутящий момент через свою солнечную шестерню ко второй троице сателлитов, которые также вращаются по кругу кольцевой шестерни, значит обороты второго водило уменьшаются еще больше. Второе водило соединено с валом патрона.

Регулирование частоты вращения

Регулятор частоты вращения изменяет напряжение, подаваемое на обмотку якоря (т.е. ротора) электродвигателя. Регулятор собран на основе ШИМ-контроллера и ключевого N-канального полевого транзистора. Управляет работой регулятора переменный резистор, положение которого зависит от усилия нажатия на кнопку включения (курок).

Изменение направления вращения (реверс)

Осуществляется путем изменения полярности напряжения, подаваемого на обмотку якоря электродвигателя. Для этого предусмотрены перекидные контакты, которые приводятся в действие рычажком реверса.

Источник питания:

а) аккумуляторные батареи (литий-ионные, никель-металл-гидридные или никель-кадмиевые);

б) электросеть.

Технические характеристики

Напряжение питания электродвигателя: от 9 В до 18 В. (для разных марок шуруповертов).

Мощность: от 230 до 750 Вт

 

П10.14. Фен

Назначение изделия: Предназначен для сушки волос потоком нагретого воздуха.

ЭМС в составе фена: электродвигатель

Тип электродвигателя: электродвигатель постоянного тока

Устройство фена приведено на рис.17, [14].

Рис.17. Устройство фена

1 – вентилятор; 2 – электродвигатель; 3 - решетка воздухозаборника; 4 - теплоэлектронагреватель; 5 - термостойкий держатель; 6 – выключатель; 7- выключатель тепловой защиты (термостат); 8 - гибкий шнур; 9 - прижимная планка; 10 - контактная колодка

Принцип действия фена: Вентилятор, приводимый в движение электродвигателем, втягивает воздух через решетку воздухозаборника, поток воздуха проходит мимо теплоэлектронагревателя (проволоку, намотанную на термостойком держателе), нагревается и покидает трубу через противоположный выход, на который могут быть установлены различные насадки, изменяющие конфигурацию воздушного потока.

Термостат защищает нагревательный элемент от перегрева, автоматически отключая нагревательный элемент, если поток воздуха через него слишком мал, чтобы успешно отбирать тепло у элемента.

Пример электрической схемы фена приведен на рис.18, [30].

Рис.18. Пример электрической схемы фена

 

Принцип работы (на примере простейшего фена):

Фен работает от бытовой сети 220 В, 50 Гц. На входе стоит бумажный конденсатор С2 для ликвидации помех от двигателя.

Фен обладает двумя регуляторами. Один регулятор включает двигатель и мощный теплоэлектронагреватель ТЭН-4, а второй – вспомогательные теплоэлектронагреватели ТЭН-1, ТЭН-2. Без включения обдува ни один из ТЭНов работать не начнет.

При включении обдува на первую скорость напряжение поступает изначально на диод VD1, рассчитанный на ток не менее 1 А. После диода провода разветвляются на ТЭН-3, ограничивающий напряжение на двигатель постоянного тока, включенный через диодный мост VD2-VD5 и на второй регулятор температуры обдува, включенный через размыкающий температурный контакт, расположенный внутри контура с ТЭНами. Напряжение после диода VD1 из 220 В становится примерно 155 В, а ТЭН-3 ограничивает напряжение на диодный мост до примерно 16 В. Конденсатор С1 выравнивает пульсирующее напряжение после диодного моста VD2-VD5.

На второй скорости обдува диод VD1 исключается из схемы и напряжение 220 В падает на ТЭН-3, ограничиваясь до примерно 27 В.

Технические характеристики:

Мощность электродвигателя: 2200 Вт

Первичное напряжение: 220 В, 50 Гц

Напряжение питания электродвигателя: 12, 24 и 36 Вольт.

Частота вращения: 8000- 20000 оборотов в минуту.

 

 

Рис. 19. Устройство посудомоечной машины

1 — передняя стенка (открыта), 2 — дозатор, 3 — воздушный тракт системы сушки, 4 — верхняя корзина, 5 — нижняя корзина, 6 — корзинка для столовых приборов, 7 — верхнее коромысло, 8 — нижнее коромысло, 9 — нагнетательный насос, 10 — фильтр

Применяемые электродвигатели:

- универсальный коллекторный двигатель;

- асинхронный двигатель (рис.21, [45]).

 

Рис.20. Электродвигатель посудомоечной машины

 

Принцип работы: Загружаемая в решетчатые поддоны посуда энергично промывается интенсивными струями воды, их разбрызгивают под давлением один или два вращающихся распылителя-коромысла, по всей длине которых имеются отверстия.

Насос работает в двух режимах (рис.21 [31]):

- режим мойки, когда насос подает воду в разбрызгиватели;

- режим слива, когда насос слива удаляет воду из бака.

Электродвигатель в этих режимах вращается в противоположные стороны.

 

Рис.21. Режимы работы насосов посудомоечной машины

 

Технические данные ЭД [45]:

- частота вращения ротора: около 2800 об/мин;

- мощность: от 60 до 180 ватт.

 

Рис.22. Устройство вытяжки

1 – выпускные вентиляционные решетки; 2 – центробежный вентилятор; 3 – выключатель освещения; 4 – выключатель вытяжки с переключателем скорости вентилятора; 5 – клеммная колодка; 6 – щиток; 7 - шнур питания; 8 – корпус электродвигателя; 9 – дополнительный угольный фильтр; 10 – воздухозаборная решетка; 11 – проволочные фиксаторы; 12 – фильтр-жироулавливатель; 13 – лампа; 14 – регулятор вентиляции

 

Технические данные ЭМС

Напряжение питания: 220 В

Потребляемая мощность: 20-200 Вт [32].

Пример: 70 Вт у «Electrolux» (Швеция) [32]

 

Рис. 23. Газонокосилка

 

Технические данные:

Потребляемая мощность: 0,75...2 кВт

Частота вращения: около 2700...3000 об/мин.

 

П10.19. Цепная электропила

Назначение цепной электропилы: распиливание древесины.

ЭМС в составе цепной пилы: электродвигатель.

Назначение и принцип работы ЭМС: электродвигатель создает вращающее движение, которое передается на звездочку прямым приводом (в электропилах с поперечным расположением двигателя) или через конический редуктор (в электропилах с продольным расположением двигателя). Звездочка, которая расположена в одной плоскости с режущим полотном, вращает цепь, которая благодаря специальным резцам на каждом звене, распиливает древесину [36]. Устройство цепной электропилы приведено на рис.24, [37].

 

 

Рис.24. Устройство цепной электропилы

 

Источник питания

Электропилы разделяют на:

а) сетевые, которые питаются от электросети;

б) аккумуляторные, которые питаются от аккумуляторных батарей (АБ), преимущественно от литий-ионных [38].

Тип электродвигателя:

а) однофазный коллекторный двигатель переменного тока - применяется в сетевых электропилах, так как их источником питания является сеть переменного тока [39];

б) коллекторный двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов [40] - используют в аккумуляторных электропилах, так как их источником питания является АБ постоянного тока.

Технические характеристики:

Напряжение питания электродвигателя: от сети 220 В, от аккумуляторной батареи 24(36) В

Мощность: от 1800 до 2500 Вт [36].

КПД: от 50 до 90 % [36].

 

Рис.25. Устройство типовой микроволновой печи

Синхронный двигатель поворотного стола состоит из статора представляющего собой одну кольцевую обмотку, на которую подается переменное однофазное напряжение, намотанную на каркасе, и ротора в виде кольцевого постоянного магнита (рис.26, [41]).

Студенту, который первым пришлет письмо с объяснением принципа действия этого двигателя, на КР будет выдан бонус.

Рис.26. Устройство электродвигателя поворотного стола

Вращение через систему пластмассовых зубчатых колес (редуктор) передается на ось поворотного стола: частота вращения при этом снижается, а момент в той же степени увеличивается.

Технические данные:

Частота вращения двигателя: 3000 об/мин.

Частота вращения стола: 5-6 об/мин.

Напряжение питания: в зависимости от микроволновой печи – 220 В, 21 В, 30 В однофазного переменного напряжения.

Потребляемая мощность двигателя: 4-5 Вт.

 

В микроволновке также есть вентилятор системы охлаждения магнетрона. Вентилятор приводится во вращение однофазным асинхронным двигателем (рис.27, [45]), мощностью от 10 до 50 ватт, скорость вращения ротора которого составляет 1200 - 1300 об/мин. Статор двигателя набран из пластин электротехнической стали, ротор — просто стальной цилиндр с впрессованным валом. Роль пусковой обмотки выполняют короткозамкнутые одиночные витки большого сечения, расположенные по краям статора, и формирующие при включении пусковой момент [45].

Рис.27. Электродвигатель вентилятора микроволновой печи

 

П10.21. Угловая шлифовальная машина (болгарка)

Назначение угловой шлифовальной машины (УШМ): резка камня и металла, обработка различных поверхностей.

Рис.28. Упрощенная электрическая схема УШМ

Устройство УВШ приведено на рис.29 [43].

 

Рис.29. Устройство угловой шлифовальной машины

 

Технические данные [44]:

Потребляемая мощность: 0,6-2,7 кВт

Частота вращения: 2800–11000 об/мин.

 

П10.22. Кофемолка

Назначение: перемалывание кофейных зерен

ЭМС в составе кофемолки: электродвигатель.

Назначение ЭМС: приведение в движение жернова, перемалывающего кофейные зерна.

Тип электродвигателя: однофазный коллекторный электродвигатель переменного тока.

Устройство кофемолки (на примере ЭКМЖ-125) приведено на рис.30 [46].

Рис.30. Устройство кофемолки на примере кофемолки ЭКМЖ-125

1 — устройство для хранения шнура; 2 — крышка; 3 — неподвижный жернов; 4 и 6 — бункера;

5 — подвижный жернов; 7 — электродвигатель; 8 — регулятор; 9 — помехоподавляющее устройство.

 

Принцип действия кофемолки. Помол зерен кофе в кофемолке, изображенной на рис.30, осуществляется двумя жерновами: подвижным 5 и неподвижным 3, находящимся в камере помола кофе. Жернов 5 приводится во вращение электродвигателем.

Электрическая схема кофемолки приведена на рис.31 [46].

 

Рис. 31. Электрическая схема кофемолки ЭКМЖ-125
S1 — блокировочное устройство; S2 — микровыключатель; LI, L2 — дроссели, М — электродвигатель

ДК-65-60-10; С1 — конденсатор 0,25 мкФ; С2, C3 — конденсаторы 0,01 мкФ.

 

Конденсаторы (рис.32, [47]) служат для защиты сети от помех, создаваемых коллекторным двигателем, и уменьшения искрения между щеткой и коллектором.

 

а)

б)

Рис.32. Электронные компоненты кофемолки ЭКМ-3У

а) конденсаторы; б) дроссели

Конструкция типового электродвигателя для кофемолки приведена на рис.33 [47].

 

 

а)

б)

 

Рис. 33. Конструкция коллекторного электродвигателя кофемолки

Технические данные ЭД типичных домашних кофемолок [45]

Мощность: до 180 Вт.

Частота вращения: до 20000 об/мин.

 

Приложение к Разделу 10. Примеры применения электропривода в бытовых устройствах

П 10.1. Стиральная машина

Назначение стиральной машины: стирка белья посредством механического перемешивания белья, помещенного в перфориро­ванный барабан, в стиральном растворе.

Электромеханическая система в стиральной машине: электродвигатель (рис.1, [14]).

Назначение ЭМС: вращение барабана.

 

Рис. 1. Устройство стиральной машины

1 - Ручка программирования; 2 - Вентили горячей и холодной воды; 3 - Подводящие шланги; 4 - Впускные клапаны; 5 - Дозатор детергента; 6 - Стационарный бак; 7 - Пружина подвески; 8 -Вращающийся барабан; 9 -Выключатель регулятора уровня воды; 10 - Нагревательный элемент; 11 - Электродвигатель; 12 - Приводной ремень; 13 - Водосборник; 14 - Насос; 15 - Выпускной шланг; 16 - Сливной стояк; 17 - Дверца; 18 - Уплотнение дверцы; 19 -Защёлка дверцы; 20 - Регулируемые ножки

Типы применяемых электродвигателей:

- двухфазные асинхронные двигатели;

В 2000-х годах были вытеснены другими типами электродвигателей [35].

- трехфазные асинхронные двигатели с преобразователями частоты;

- универсальные коллекторные двигатели (рис. 2, [15], [45]);

- вентильные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов из высококоэрцитивного сплава (рис.3, [45]).

На рис.3 представлен пример ЭД с внешним ротором с 12 постоянными магнитами, и внутренним 36-катушечным статором. В ЭД реализовано частотное управление скоростью вращения барабана (частота до 300 герц) посредством электронного преобразователя [45].

Достоинства ВД:

а) Общие достоинства ВД (Раздел 9.2.5).

б) большой пусковой момент, позволяющий начинать режим отжима при наличии в баке стирального раствора, что снижает уровень вибрации и исключает скручивание и сминание тканей;

в) хорошие тормозные характеристики, позволяющие осуществлять плавную остановку барабана в течение 4 сек после окончания отжима.

Реверсирование