Детали управления и обеспечения безопасности, редуктор и двигатель – без всего этого не было бы возможно существование электроинструмента. Ручные инструменты выбирают по таким параметрам, как легкость (чтобы не слишком уставали руки), высокая производительность с возможностью регулировки скорости, и не слишком большой размер. Этим условиям соответствуют приборы с двигателями постоянного тока, а именно коллекторные и вентильные.
Предлагаем узнать, как они работают и какие у них есть особенности, а также ознакомимся подробнее с редукторами, устройствами управления и безопасности.
Что такое коллекторный двигатель постоянного тока?
Разобраться с устройством коллекторного двигателя и принципом его работы не так сложно, если начать рассматривать вопросы по отдельно взятым составляющим. В числе основных деталей двигателя: вращающийся ротор (якорь), индуктор (еще называют статором) и щеточноколлекторный узел, работа которого напрямую связана с якорем, но об этом позднее.
Статор двигателя – это фиксированная деталь из стали, которая, как правило, имеет цилиндрическую форму и совмещается с корпусом устройства. К индуктору крепят главные и добавочные полюсы. Обмотка первых отвечает за создание магнитного поля, а обмотка вторых – за эффективную деятельность коллектора.
Вращающийся ротор – это деталь, в основе которой сердечник и обмотки. Её устанавливают на валу. Если взглянуть на конструкцию, то можно обнаружить, что пластины коллектора и концы обмотки смыкаются друг с другом. В то же время к пластинам примыкают щетки. Они нужны для создания соединения между внешней цепью и якорем.
Щетки всегда расположены по отношению к полюсам двигателя специальным образом. В некоторых магазинах предлагают купить электроинструмент с поворотным щеткодержателем-траверсом. Эта деталь отвечает за изменение состояния щеток.
У конструкции с поворотным траверсом реверсный (обратный) режим работы будет столь же мощным, что и при нормальном положении. Во всех остальных электроинструментах вращение после включения реверса начинается благодаря электронным магнитным пускателям.
Специфика работы коллекторного двигателя
В основе работы коллекторного двигателя лежит электромагнитная индукция. Напомним, что так называется процесс преобразования магнитного тока в электрический, который происходит в замкнутом контуре. Весь процесс выглядит следующим образом.
Сначала к графитовым щеткам подается напряжение. В этот момент они замыкаются с якорем, и ток уже продолжает двигаться по обмотке. Поскольку ротор располагается внутри магнитного поля, которое вырабатывает статор, возникает воздействие силы Ампера.
Крутящий момент (т.е. сила вращения коленчатого вала) появляется в тот момент, когда щетки на концах ротора направлены в противоположные стороны. После поворота якоря на 180 градусов, крутящий момент затухает и приравнивается к нулю. Чтобы он не прекращался, нужна коммутация (переключение направления тока). Щетки скользят по коллектору, который запустил вращение вместе с ротором. В определенный момент в обмотках происходит смена движения тока. Причина: щетки переходят с одной пластины на другую.
Вращение в двигателе меняют посредством влияния на статор (а именно, его магнитное поле). Повлиять на ток возбуждения двигателя, от которого зависит магнитное поле, можно с помощью транзисторов либо реостатов. Проще говоря, всех тех устройств, что могут создать сопротивление.
Таким образом, в электроприборах можно увеличивать либо уменьшать скорость работы.
Минусы коллекторного двигателя
У коллекторного двигателя недостаток кроется в графитовых щетках. Со временем они истираются. Поэтому тем, кто купил электроинструмент для регулярной интенсивной работы, стоит заранее подумать, где и как они в случае чего будет менять щетки.
Отдельно выделим такие недостатки, как шумность и вибрация. Особенно это ощутимо при работе с максимальной мощностью устройства. Но не у всех электроприборов есть эта проблема. Данные минусы коллекторного двигателя минимизируются качественными деталями в конструкции и, в особенности, добавлением антивибрационных элементов.
Что такое вентильный двигатель постоянного тока?
Ток может изменять направление не только с помощью графитовых щеток и коллекторных узлов. С этой задачей также справляются электронные переключатели. Моторы с такими элементами называют вентильными.
Алгоритм запуска и функционирования вентильного мотора имеет много общего с принципом работы коллекторного двигателя. Единственное отличие здесь в конструкции. На роторе расположены магниты, а на статоре – обмотка. Сигнал о том, что нужно поменять направленность движения тока, электронный блок получает от датчика углового положения ротора.
Основным минусом вентильного прибора является цена его деталей. Именно поэтому большинство ручных электроинструментов можно купить с коллекторным двигателем. Вентильный используют лишь в единичных экземплярах. Встретить их можно у таких изготовителей, как Makita и Hitachi. Компании предлагают купить шуруповерты ударные с аккумуляторами и вентильным двигателем. По мнению производителей, это электроинструменты будущего.
Однако не стоит теперь искать в магазинах только шуруповерты с вентильным двигателем. Неплохие модели ударных шуруповертов есть и у моделей с щеточным двигателем. Например, качественные экземпляры предлагает изготовитель Greenworks. Одна из популярных моделей – ударный шуруповерт Greenworks G24ID.
Щеточный двигатель имеет номинальное напряжение 24 вольт. Инструмент обладает интенсивностью ударной нагрузки 4000 ударов в минуту. Вместе с аккумулятором вес устройства достигает всего 1,57 кг, что довольно удобно для руки даже при продолжительных работах.
Редуктор: устройство и принцип работы
Чтобы механическая энергия, произведенная двигателем, запустила рабочую часть электроинструмента (шпиндель), нужен редуктор. Эту деталь часто называют понижающей. Причина тому: входной вал вращается с высокой скоростью, а механическая передача меняет её таким образом, что на выходе число оборотов получается не столь большим (но крутящий момент при этом высокий).
Для ручных электроинструментов выделяют несколько разновидностей механических передач:
- ременная – механическую энергию передает гибкий приводной ремень;
- планетарная – передачу вращательного движения выполняет система из нескольких планетарных зубчатых колёс (шестерён), вращающихся вокруг центральной;
- зубчатая – мощность передает вращательное движение трехзвеньевого механизма;
- цепная – механическую энергию передает гибкая цепь за счет сил сцепления.
Обычно выходному валу передается вращательное движение. Но сегодня на рынке представлено множество строительных инструментов, где вместо вращения по итогу наблюдается другой вид движения. Одним из таких является перфоратор. Здесь ударный механизм работает иначе.
Вращательное движение, вырабатываемое двигателем, становится поступательным для цилиндра благодаря специальному подшипнику – качающемуся приводу. Воздух, который находится между поршнем, цилиндром и бойком, сжимается. Таким образом, поршень меняет свое положение, продвигаясь сначала вперед к бойку, а потом обратно в первоначальное положение.
Тем, кто купил электролобзик, стоит знать, что здесь также есть отличия. Редуктор этого инструмента создает возвратно-поступательное движение ползуна, преобразуя вращение вала. Поскольку ползун находится в вертикальном положении, он перемещает пилку вверх/вниз. Опорный ролик – деталь, на которую опирается пилка. Наличие функции маятникового хода означает, что опорный ролик и вилка, на которой он держится, могут отклоняться назад. Таким образом, пилка может двигаться назад и вперед. Скорость прямолинейного среза при этом становится выше.
То, насколько отклонился ролик, влияет на величину ступени маятникового хода.
У вибрационных и эксцентриковых шлифовальных машин эксцентрик может давать разный результат. Так, у первого типа он преобразует вращательные движения таким образом, что колебания подошвы имеют незначительную амплитуду. А у второго типа вращательное движение рабочего органа сохраняется, но эксцентрик, напротив, добавляет ему колебания.
Благодаря этим преобразованиям с помощью шлифовальных машин можно выполнять тонкую работу.
Какие у редукторов есть особенности?
Срок службы электроинструмента напрямую зависит от того, из чего был изготовлен редуктор. Потому эта деталь вызывает больше всего вопросов у покупателей.
В бытовых изделиях чаще всего шестерни изготавливают из пластмассы. Профессиональные модели включают в себя исключительно металлические составляющие. Будет большим плюсом, если и корпус изготовитель выполнил из металла. За такой инструмент можно не переживать, если нечаянно ударил или уронил с небольшой высоты.
Одна из важнейших функций редуктора – ступенчатая регулировка частоты вращения выходного вала. Она присутствует в некоторых видах шуруповертов и дрелей. Благодаря механическому переключению скоростей можно работать на первой передаче с большим крутящим моментом на меньшей скорости, а на второй передаче – с более высоким числом оборотов.
Результативность двухскоростных редукторов отлично видна в сравнении с обычными моделями (трехскоростные редукторы тоже бывают, но встречаются крайне редко). У двухскоростных моделей количество оборотов больше, чем у тех, где скорость регулируется лишь электроникой. Данная особенность увеличивает производительность работы и позволяет более точно подобрать режим.
Устройства управления в электроинструментах
Чтобы обеспечить питание двигателя, в электроинструментах используют различные схемы, а также микропроцессорные электроприводы. В любой системе выпрямитель – это один из главных элементов. Он меняет переменный ток, который подается двигателю, в постоянный.
Отметим, что в электроинструментах, работающих от аккумуляторов, выпрямитель не нужен.
Преобразователь частоты отвечает за настройку скорости вращения. Он бывает разным, и самый простой экземпляр состоит из нескольких реле. С помощью последних можно вручную настраивать число оборотов. Помимо этого система может быть оснащена магнитными пускателями с функцией реверса.
Система управления двигателем обычно находится рядом с рукояткой либо под ней. На главный корпус выводят кнопку реверса (если он предусмотрен), выключатель и колесо регулировки скорости.
О безопасности электроинструментов
Ручные электроприборы относятся к опасным инструментам, требующим не только опыта и умения от пользователя, но и правильного оснащения со стороны изготовителя. Погрешности в тех или иных деталях, обеспечивающих безопасность устройства, могут привести к тяжелым последствиям.
Прежде всего, изготовители электроинструментов заботятся о создании надлежащей изоляции, предотвращающей поражение током. Помимо основной изоляции некоторые создают дополнительную (на тот случай, если первая повредится).
Будущим пользователям рекомендуем купить электроприбор с двойной защитой.
Защитные детали по типу фиксаторов и муфт устанавливают в электроприборы по мере необходимости. Каждый вид инструмента нуждается в определенных защитных элементах, изменяемых в зависимости от специализации и типа устройства.
Подведем итог
Ручные электроинструменты оснащают коллекторным либо вентильным двигателем. Первый уступает второму в силу того, что при регулярном и интенсивном использовании истираются графитовые щетки. В то же время вентильное устройство встречается в продаже намного реже. Отдельное внимание нужно обращать на материал изготовления деталей. Предпочтителен металл, а не пластик. Особенно для полупрофессионального и профессионального применения.
Найти и купить электроинструмент высокого качества для той или иной работы предлагает интернет-магазин Valles.ru. В каталоге представлен широкий перечень ручных инструментов для строительства, ремонта либо выполнения простых бытовых задач.
Источник: https://valles.ru/blog/instrument-i-oborudovanie/elektroinstrument-ustroystvo-i-printsip-raboty/