Угловые шлифовальные машины (Часть 1). Виды и устройство. Работа

В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

Что такое коллекторный двигатель?

Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

Виды КД

Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

  1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
  2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

  • независимыми;
  • параллельными;
  • последовательными;
  • смешанными.

Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

КД универсального типа

На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

Конструкция универсального коллекторного двигателя

Обозначения:

  • А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
  • В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
  • С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
  • D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
  • Е – Вал якоря.

У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

Особенности и область применения универсальных КД

Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

  • снижение КПД;
  • повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

КД с индуктором на постоянных магнитах

Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

  • высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
  • динамичность управления;
  • низкая стоимость.

Основные недостатки:

  • малая мощность;
  • потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

Независимые и параллельные катушки возбуждения

Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

Положительные черты:

  • отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Минусы:

  • стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
  • недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.

Последовательная катушка возбуждения

Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

Схема КД с последовательным возбуждением

Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

  • высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
  • низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
  • поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
  • работа без нагрузки приводит к поломке КД.

Смешанные катушки возбуждения

Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

Схема КД со смешанными катушками возбуждения

Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

  • не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
  • малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
  • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
  • простое и динамичное управление.

Угловая шлифмашина представляет электрический инструмент, который предназначен для абразивной обработки. Их также называют болгарками. Это одна из разновидностей шлифовальных машин. Угловыми их называют из-за особенности конструкции — вал электродвигателя и рабочий вал располагаются под прямым углом. Такие машины незаменимы при необходимости обработки твердых материалов – в особенности металла и камня, обдирки и зачистки заготовок от дефектов и заусенцев, шлифовке декоративных покрытий и плитки. К преимуществам этого инструмента можно отнести многофункциональность и сравнительно невысокой цены в зависимости от выбираемой модели.

Виды
Угловые шлифовальные машины могут быть:
  • Бытовыми.
  • Профессиональными.

Для личных нужд вполне достаточно бытового инструмента средней ценовой категории. Для постоянных и объемных работ потребуется профессиональный инструмент.

Угловая шлифмашина также разделяется по мощности и размеру. Условно выделяются три вида:
  • Маленькие болгарки с диаметром отрезного круга 125 и 115 мм. Подобные УШМ имеют мощность до 1500 Вт. В большинстве случаев подобный электроинструмент удобно применять как отрезной или шлифовальный для проведения точных и мелких работ.
  • Средние болгарки имеют мощность в пределах 1500-2000 Вт. Данный инструмент является более универсальным. Диаметр отрезного круга у него составляет 180 и 150 мм.
  • Большие болгарки имеют мощность свыше 2000 Вт. Отрезной круг имеет диаметр 230 мм. Поэтому указанным инструментом удобнее резать более объемные предметы. В качестве шлифовального круга его будет проблематично использовать.
По типу питания угловая шлифмашина может быть:
  • Аккумуляторной.
  • Сетевой.

Также они могут быть двурукими или однорукими. Дополнительно могут оснащаться рукояткой, которую для удобства работы можно переставлять.

Устройство
К основным элементам болгарки можно отнести:
  • Электродвигатель. Выполнен конструктивно по классической схеме: термозащита, контактные колодки, щетки, статор и ротор. Электродвигатель передает вращающий момент на ведомую шестерню редуктора.
  • Корпус болгарки выполнен из высококачественного ударостойкого пластика. В нем размещаются электродвигатель, колеса регулировки оборотов, кнопки пуска, фиксации электрокабеля и другие элементы. Состоит из двух частей, которые скрепляются саморезами. В месте нахождения электродвигателя в корпусе предусмотрены прорези для его охлаждения.
  • Механизм редуктора. Включает ведомую коническую шестерню планетарного вида, вращающуюся на двух подшипниках, а также ряд других шестерен.
  • Колесо регулировки оборотов. Обеспечивает управление реостатным сопротивлением, благодаря чему электродвигатель вращается с необходимой угловой скоростью.
  • Кнопка пуска. Обеспечивает пуск электродвигателя и его выключение.
  • Кнопка быстрой замены диска. Обеспечивает удобную и быструю смену диска. При откручивании гайки крепления диска она блокирует планетарную шестерню редуктора.
  • Защитный кожух. Защищает пользователя от возможного травмирования при разрыве диска.
  • Силовой кабель. Обеспечивает подачу напряжения на щетки электродвигателя через реостатное сопротивление.

Принцип действия
Угловая шлифмашина имеет следующий принцип работы:
  • Электродвигатель с блоком управления и передает крутящий момент на редуктор.
  • Редуктор обеспечивает вращение зажимного узла и соответственно шлифовальный камень или отрезной диск.
  • Пуск практически всегда выполняется при помощи контрольного устройства, который обеспечивает защиту от случайного включения. С этой целью применяется двухступенчатая клавиша или несколько клавиш.
  • Контроль частоты вращения производится при помощи реостата, который встроен в корпус инструмента.
  • Главным инструментом в болгарке являются насадки. Все они крепятся на шпиндель, а диски дополнительно фиксируются при помощи прижимной гайки и фланца. Для каждого вида работ применяется свой абразивный инструмент.
Применение
Угловая шлифмашина предназначена для следующих видов работ:
  • Для резки камня и твердых металлов.
  • Шлифовки поверхностей.
  • Зачистки, обдирки поверхностей.
  • Штробирование и так далее.

Штробирование представляет частный вид резки бетона. Часто используется электриками при необходимости монтажа электрической проводки в квартире или частном доме.
Зачистка. Операция обеспечивается специальной насадкой в виде металлической щетки, позволяя снимать старую краску с бетонной стены или ржавчину с металла.
Резка – операция, позволяющая разрезать дерево, камень, стекло, пластик, кирпич, бетон и металл.
Шлифовка – позволяет справиться даже с наиболее крупными дефектами на поверхностях разных типов;
Полировка. С этой целью на болгарку устанавливается специальный мягкий полировочный круг. С помощью этой операции можно бережно ухаживать за автомобилем.

Как выбрать
При выборе болгарки необходимо обратить внимание на определенные параметры:
  • Мощность инструмента. Данный параметр определяет продуктивность работы инструмента. Если перед Вами стоит задача работа в пределах квартиры или частного дома, то рекомендуется выбирать болгарку мощностью 0,7 – 1,0 КВт. При необходимости работ по бетону или постоянных шлифовальных работ, стоит присмотреться к устройствам с мощностью от 1,5 КВт.
  • Число оборотов диска. Разные модели могут иметь диски с частотой вращения 2700-11000 оборотов в минуту. Меньший диск обеспечивает более высокую скорость работы и наоборот. Но превышение допустимой скорости чревато изломом насадки и травмой мастера.
  • Диаметр диска. Подбирается в зависимости от толщины обрабатываемого материала. При необходимости применения большого диска требуется выбирать более мощную модель. Для бытовых нужд желательно выбирать модели с диском 125 мм, они позволяют удовлетворить все потребности.
  • Плавный пуск инструмента – дает возможность избежать резкой нагрузки на электрическую сеть. Также он позволяет избежать резких рывков в период включения инструмента. Это снижает риск излома обрабатываемой детали, а также получения травм пользователем.
  • Эргономичность инструмента, то есть удобство использования болгарки. Необходимо обратить внимание на наличие антивибрационной ручки и вес, что будет способствовать более приятной и комфортной работе.
  • Быстросъемный защитный кожух. Дает возможность установить в необходимое положение без применения дополнительных инструментов.
  • При подборе болгарки нельзя забывать и выборе рабочего инструмента устройства. В большинстве случаев это абразивный диск для шлифовки или резки определенного типа материала. Следует помнить, что каждый конкретный диск необходимо использовать строго для конкретного материала. В противном случае появляется высокая вероятность получить травму и лишиться диска.

Усовершенствованные болгарки хоть и увеличивают цену, однако оснащаются полезными опциями. Подобные нововведения облегчают работу и увеличивают срок службы.

Поэтому следует присмотреться к следующим опциям:
  • Автоматическое отключение электродвигателя в случае перебоев в подаче электричества.
  • Автоматическая балансировка диска (убирает вибрацию, которая возникает при дисбалансе диска от неравномерного износа).
  • Блокировка кнопки включения в случае продолжительной работы.
  • Управления приводом болгарки электроникой, то есть автоматическая регулировка скорости вращения.
  • Самозатягивающаяся гайка.
  • Улучшенная защита от попадания пыли и влаги внутрь электродвигателя.
  • Мгновенное отключение при заклинивании режущего диска.
  • Принудительное удаление пыли.
  • Непосредственное охлаждение двигателя. Данная опция позволяет последовательно охлаждать все элементы системы и так далее.
Нестандартное применение
Если у вас имеется угловая шлифмашина, но не хотите приобретать дополнительные инструменты, то угловая шлифмашина может заменить некоторые из них:
  • Электро-лобзик. Для этого вместо отрезного круга монтируется дисковая пила. Однако болгарку для этого следует тщательно закрепить и использовать с осторожностью. При помощи такого инструмента можно резать деревянные заготовки.
  • В болгарке боковую грань шлифовального или отрезного круга можно задействовать как точило.
Безопасность работы
Угловая шлифмашина – это полезный инструмент, но он может представлять опасность для пользователя, если его использовать неправильно.
  • Во время работы не торопитесь, все движения следует совершать плавно и медленно.
  • Во время реза не стоит погружать глубоко в материал.
  • При работе нельзя наступать на питающий провод.
  • Не стоит работать при недостаточном освещении и в стесненных условиях.
  • Нельзя использовать диски большего диаметра, которые не предусмотрены для указанной модели УШМ.
  • Следует избегать работы непосредственно в плоскости вращения оснастки.
  • Рез следует производить искрами от себя.
  • Нельзя работать без средств индивидуальной защиты и защитного кожуха.
  • Следует избегать перегрева машины.
  • При продолжительной работе следует обязательно выполнять перерывы через каждые 10-15 минут.
  • Зачистку металла следует проводить лишь абразивным кругом, который имеет толщину свыше 6 мм.
  • Возле рабочего места нельзя оставлять легковоспламеняющиеся вещества, ветошь и бумагу, так как искры способны поджечь их и вызвать пожар.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *