Электродвигатель синхронный устройство и принцип действия: Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Содержание

Синхронный двигатель | Промышленная автоматика, оборудование и запчасти

В нашем каталоге вы можете заказать синхронные двигатели производства ведущих западных фирм, таких как: Kollmorgen, Servostar, ATB, Electro ADDA, Phyton и другие.

Синхронным называют электрический двигатель, магнитное поле ротора в котором совпадает с магнитным полем статора, или частота вращения ротора совпадает с частотой магнитного поля индуктора.
Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимодействии магнитных полей якоря и индуктора. Как правило якорь располагается на статоре, а индуктор соответственно на роторе. В особо мощных двигателях в роли полюсов выступают электромагниты, тогда как в слабомощных устанавливаются постоянные магниты.

Следует заметить, что применяется так же и обращённая конструкция синхронного двигателя, когда якорь располагается на роторе, а индуктор на статоре. Однако такие конструкции применялись в основном в устаревших двигателях, но существуют и конфигурации современных криогенных синхронных машин, на которых в обмотках возбуждения используют сверхпроводники.

Для запуска синхронного двигателя необходимо разогнать его до частоты, сравнимой с частотой вращения магнитного поля. При таких условиях вращающееся поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора и входит с ним в синхронизм.

Для разгона синхронных двигателей чаще всего используют асинхронный режим, в котором обмотки индуктора замыкаются накоротко или через реостат. Для этого на роторе делают коротко замкнутую обмотку, которая выполняет также и роль успокоительной обмотки, которая помогает устранить раскачивание ротора в процессе синхронизации. После выхода на близкую к номинальной скорость индуктор запитывается постоянным током.
В синхронных двигателях на постоянных магнитах для разгона используют внешний двигатель.
На валу часто устанавливают генератор постоянного тока, питающий электромагниты.

При изменении возбуждения синхронные двигатели меняют импеданс с ёмкостного на индуктивный. Перевозбужденные двигатели на холостом ходу находят своё применение для компенсации реактивной мощности. В промышленности синхронные двигатели чаще всего применяются при единичных мощностях больше 300 кВт.

Шаговые двигатели. Принцип работы и управление

При большом числе зубцов ротора Zр его угол поворота значительно меньше угла поворота поля статора.

Величина углового шага редукторного реактивного шагового двигателя определяется выражением:

αш = 360 / Kt * Zр

В выражении для KT величину n2 следует брать равной 1, так как изменение направления поля не влияет на положение ротора.

Электромагнитный синхронизирующий момент реактивного двигателя обусловлен, как и в случае обычного синхронного двигателя, разной величиной магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям двигателя.

Основным недостатком шагового реактивного двигателя является отсутствие синхронизирующего момента при обесточенных обмотках статора.

Повышения степени редукции шаговых двигателей как активного, так и реактивного типа, можно достичь применением двух-, трех- и многопакетных конструкций. Зубцы статора каждого пакета сдвинуты относительно друг друга на часть зубцового деления. Если число пакетов — два, то этот сдвиг равен 1/2 зубцового деления, если три, то — 1/3, и т.д. В то же время, роторы-звездочки каждого из пакетов не имеют пространственного сдвига, то есть оси их полюсов полностью совпадают. Такая конструкция сложнее в изготовлении и дороже однопакетной. Кроме того, она требует сложного коммутатора.

Стремление совместить преимущества активного шагового двигателя (большой удельный синхронизирующий момент на единицу объема, наличие фиксирующего момента) и реактивного шагового двигателя (малая величина шага) привело к созданию гибридных индукторных шаговых двигателей.

В настоящее время имеется большое число различных конструкций индукторных двигателей, различающихся числом фаз, размещением обмоток, способом фиксации ротора при обесточенном статоре и т.д. Во всех конструкциях индукторных шаговых двигателей вращающий момент создается за счет взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмотками статора и постоянного магнита в зубчатой структуре воздушного зазора. При этом синхронизирующий момент шагового индукторного двигателя по природе является реактивным и создается намагничивающей силой обмоток статора, а постоянный магнит, расположенный либо на статоре, либо на роторе, создает фиксирующий момент, удерживающий ротор двигателя в заданном положении при отсутствии тока в обмотках статора.

По сравнению с шаговым двигателем реактивного типа у индукторного шагового двигателя при одинаковой величине шага — больший синхронизирующий момент, лучшие энергетические и динамические характеристики.

Принцип действия и устройство электрических машин переменного тока. Синхронные машины

Категория: Электромеханик.

Машины переменного тока по устройству несколько отличаются от машин постоянного тока. Каждая машина состоит из двух основных частей: неподвижной части, называемой статором, и вращающейся части, называемой ротором. В отличие от машин постоянного тока, у машин переменного тока на статоре обычно укладывают обмотку якоря, а на роторе — обмотку возбуждения. Вместо коллектора на роторе имеются изолированные кольца, по которым ток проводится в обмотку возбуждения.

Синхронными называют такие машины переменного тока, у которых скорость вращения ротора и частота переменного тока в обмотках изменяются одновременно и пропорционально друг другу, т. е. синхронно. С изменением частоты тока у таких машин одновременно (синхронно) меняется число оборотов.

Как правило, у синхронных машин по обмотке возбуждения проходит постоянный ток от постороннего источника. Синхронные машины обратимы, т.е. могут работать в качестве генераторов и электродвигателей. Конструкция синхронного двигателя почти не отличается от конструкции синхронного генератора.

Так как на судах морского флота сети переменного тока питаются от трехфазных синхронных генераторов, то остановимся на их устройстве и принципе работы.

Обмотка якоря трехфазного синхронного генератора располагается в статоре и состоит из трех отдельных обмоток — фаз, сдвинутых относительно друг друга на 120° (1/3 периода) с таким расчетом, чтобы индуктируемая э.д.с. в каждой фазе достигала своего максимума спустя 1/3 периода после максимума э.д.с. соседней фазы. Обмотку возбуждения укладывают на роторе и источником питания для нее может быть небольшой генератор постоянного тока (возбудитель), смонтированный на одном валу с синхронным генератором, или аккумуляторная батарея.

Обмотки статора соединяются между собой звездой или треугольником, при этом во внешнюю цепь от обмоток статора отходят три провода (три контакта). Продольный разрез синхронного генератора трехфазного переменного тока с возбудителем показан на рис. 172.

Ротор состоит из сердечников полюсов 1, катушки обмотки возбуждения 2, питаемого постоянным током через контактные кольца 5. Статор состоит из активной стали якоря 3, служащей магнитопроводом, и станины 6, служащей для крепления стали якоря и установки машины на фундамент. Активная сталь якоря набирается из листов специальной стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Листы изолируются с обеих сторон специальным лаком. Обмотка 4 укладывается в пазах, выштампованных в стали статора.

На рис. 173, а показано размещение трехфазной обмотки статора (на одной четвертой его части), а на схемах б и в — соединение обмотки статора в треугольник и в звезду. При соединении в треугольник начало первой фазы I соединяется с концом II, начало II — с концом III и начало III — с концом I.

При соединении обмоток статора звездой концы всех фаз соединяются в одну точку, называемую нулевой, а начала всех фаз остаются свободными и к ним присоединяется внешняя цепь, в которую подается вырабатываемая генератором электрическая энергия.

Синхронные трехфазные генераторы являются в настоящее время основными источниками электрической энергии как на береговых, так и на судовых электрических станциях любой мощности. За последние годы на морских судах получили широкое распространение синхронные генераторы, у которых обмотка возбуждения питается током статора, предварительно выпрямленным с помощью выпрямителей. При этом схема возбуждения этих машин обеспечивает такое изменение тока возбуждения, при котором напряжение на клеммах генератора поддерживается практически постоянным. Такие генераторы называются синхронными генераторами с самовозбуждением и саморегулированием напряжения.

Конструкция синхронного двигателя принципиально не отличается от конструкции синхронного генератора. Для того чтобы синхронный генератор работал в режиме двигателя, нужно отключить первичный двигатель и к фазным обмоткам статора подвести трехфазный ток из сети.

В этом случае генератор станет синхронным Электродвигателем, потребляющим ток. Проходя по фазным обмоткам, переменный трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с электромагнитом ротора, увлекает его в сторону своего вращения. В результате ротор будет вращаться с такой же скоростью, как вращающееся магнитное поле. При этом генератор не остановится, даже если дать ему нагрузку, соединив с каким-нибудь механизмом. В этом и заключается сущность работы синхронного электродвигателя.

Регулирование скорости вращения ротора синхронного двигателя производится изменением частоты тока сети, а изменение направления вращения ротора — переключением двух любых фаз, т.е. взаимным пересоединением двух питающих проводов.

Синхронный электродвигатель принцип работы — Всё о электрике

Устройство синхронного двигателя

Все электродвигатели построены на одном и том же принципе взаимодействия магнитных полей. Катушка с сердечником из ферромагнитного материала оказывает заметное механическое воздействие на другую аналогичную катушку. Разноименные полюсы соленоидов притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Поэтому в двигателе должно быть пространственное перемещение полюсов магнитного поля, создаваемое одной его частью. А другая часть движка создает свои полюсы и откликается вращением на пространственное перемещение полюсов. Она может содержать как постоянные магниты, так и катушки с сердечником. Далее расскажем о том, как магнитные поля функционируют в синхронных двигателях, а также предоставим другую информацию об этих машинах.

Конструктивные особенности

Синхронный двигатель содержит

  • часть конструкции, в которой создается перемещающееся магнитное поле, называемую статором;
  • часть двигателя, которая вращается от воздействия магнитного поля, называемую ротором;
  • провод, соединяющий движок с источником питания, который сравнивают с якорной цепью корабля. Чтобы указать на ту часть двигателя, которая присоединена к проводу, ее называют якорем. В рассматриваемой машине питающий провод присоединен к статору. Следовательно, это якорь.

Чем больше витков содержат взаимодействующие катушки, тем меньший ток потребуется для эффективной работы движка. Но сила тока — это не самая сложная проблема. Главное — создать пространственное перемещение магнитного поля, что весьма непросто.

По этой причине синхронный двигатель появился только после того, как заработал первый генератор. Его создал в 1891 г. М.О. Доливо-Добровольский. Обратимость электрических машин позволяет использовать их и генераторами, и двигателями. Обратима и синхронная машина. Но для движков существуют определенные конструктивные ограничения, которых нет у генераторов.

Принцип работы

Для получения направления вращения статор двигателя должен содержать как минимум две катушки. Только в такой конструкции можно создать направленное перемещение магнитного поля. Это определяет устройство и принцип работы многих электродвигателей, питаемых от сети. Для нормальной работы синхронной машины, если это генератор, статор может содержать только одну катушку и быть источником ЭДС. Его ротор вращается принудительно. При этом, независимо от направления вращения, на клеммах статора появится переменное напряжение.

Но если такой генератор используется как двигатель, направление вращения его ротора может быть в обе стороны.

Оно будет определяться

  • либо положением ротора в момент подачи напряжения на клеммы статора;
  • либо принудительно направлением стартового вращения.

Конструкцию большинства электрических машин в основном определяет система электроснабжения, с которой они связаны. В наши дни первичными источниками ЭДС являются трехфазные генераторы. Эти машины создают трехфазное напряжение. Оно позволяет непосредственно получать перемещающееся магнитное поле. Без него синхронные двигатели переменного тока не могут работать, так же, как и асинхронные движки.

Для этого используются три или две фазы, питающие обмотки статора движка. Устройство синхронного двигателя должно соответствовать схеме электропитания. Наилучший результат получается при трехфазной конструкции статора. В этом случае магнитное поле получается вращающимся. По этой причине трехфазный синхронный двигатель является наиболее эффективным, если его сравнивать с аналогами, но при меньшем числе фаз.

Электромагнитные процессы и вращение

Намагниченный ротор тянется за полем статора и поэтому вращается синхронно с ним. В этом и состоит принцип действия синхронного двигателя. Магнитный поток в теле ротора в основном определяет крутящий момент на вале движка. Чем больше магнитный поток, тем больше крутящий момент. При этом независимо от нагрузки на вал (в определенных пределах) его скорость вращения не изменяется. Меняется только взаимное положение полей статора и ротора, но не скорости вращения.

По мере увеличения нагрузки на вал полюсы ротора оказываются все больше позади поля статора. Число n оборотов в минуту ротора рассматриваемого двигателя зависит от того, сколько пар полюсов p у статора. Если он запитан переменным напряжением с частотой f , используется формула

В результате изменения положения ротора под нагрузкой уменьшается магнитный поток в сердечнике статора. Вследствие этого ток статора увеличивается и компенсирует уменьшение магнитного потока, противодействуя нагрузке на вале движка. Аналогичные процессы происходят в нагружаемом трансформаторе. Полюсы статора и ротора все больше удаляются друг от друга по мере увеличения нагрузки. Но частота оборотов остается неизменной до определенного момента.

Как только электромагнитные параметры конструкции статора оказываются меньше некоторого предельного значения, ротор останавливается. Время до полной остановки определяет привод, использующий синхронный электродвигатель. Конструкция ротора без специальных технических решений не позволяет получить крутящий момент за счет скольжения, как в асинхронном двигателе. То же самое получится, когда синхронные двигатели запускаются — скольжение отсутствует.

Но конструкция, в которой много пар полюсов и медленное вращение ротора, может быть исключением. На самостоятельный пуск движка влияет масса ротора и скорость перемещения поля статора мимо ротора. Обычно сила их взаимодействия может преодолеть инерцию ротора. Но после принудительной раскрутки тем или иным способом. Только при этих стартовых условиях возможна работа синхронного двигателя. Начальная скорость для входа в синхронизм обычно близка к параметрам вращающегося магнитного поля статора.

Разновидности движков

Конструкция ротора и принцип действия синхронной машины-двигателя напрямую связана

  • с мощностью, которую надо создать на его вале,
  • необходимой для этого величиной магнитного потока,
  • параметрами напряжения питания статора.

Устройство синхронных машин небольшой мощности получается более простым при изготовлении магнитного ротора из специальных материалов. Так же применяется явно полюсный ротор с малой начальной намагниченностью. В результате получаются конструкции с постоянными магнитами, а также гистерезисные и синхронные реактивные двигатели. На статор этих движков подается переменное напряжение. Число фаз и частота соответствуют конструкции двигателя. В однофазных движках может быть использован конденсатор, через который подключается одна из двух обмоток статора. Но может быть применена схема из показанных далее вариантов.

Гистерезисный движок похож на синхронный реактивный двигатель. Эти синхронные машины переменного тока характеризует одинаковый принцип действия. Его определяет магнитное поле статора, намагничивающее ротор. Гистерезисный движок и синхронный реактивный электродвигатель своей надежностью не уступают асинхронным двигателям. Однако роторы этих синхронных машин всегда бывают существенно дороже роторов асинхронных движков.

С целью получения максимального силового взаимодействия и больших по величине крутящих моментов в роторе используется принцип электромагнита. При этом его называют индуктором с обмоткой возбуждения. Для ее питания применяется постоянное напряжение, которое подается на щетки. Они расположены на статоре и скользят по кольцам, установленным на роторе. Через эту пару скользящих контактов течет постоянный ток возбуждения.

Такое классическое устройство синхронной машины существует и в наши дни, но преимущественно в наиболее мощных моделях. Для запуска движков обычно используются конструктивные решения со скольжением магнитных полей, характерные для асинхронных двигателей. При наличии индуктора для этого достаточно накоротко замкнуть щетки. В синхронных электрических машинах движки без щеток в роторе делаются с пусковыми обмотками типа беличьей клетки. Могут быть иные конструктивные решения для асинхронного старта.

Важной особенностью рассматриваемых двигателей, питаемых переменным напряжением, является их польза при работе без механической нагрузки или при ее небольшой величине. В таком режиме работы при небольшом возбуждении реактивная мощность из сети потребляется, а при значительном — отдается в сеть. Тем самым увеличивается эффективность электроснабжения. Для этой цели делаются специальные движки, называемые синхронными компенсаторами.

Развитие полупроводниковых приборов позволило создавать вращающееся магнитное поле путем преобразования постоянного напряжения. Очевидно то, что такое техническое решение расширило возможности управления электрическими двигателями. Регулирование частоты питающего напряжения и бесконтактный индуктор — это главные достижения полупроводниковых моделей. Но при этом существуют ограничения, определяемые возможностями электронных ключей.

По этой причине наиболее мощные из всех существующих движков по-прежнему являются трехфазными индукторными конструкциями со щетками и кольцами.

Принцип действия синхронного двигателя

Прежде чем рассматривать принцип действия синхронного двигателя, необходимо помнить, что это электрическая машина, работающая на переменном токе, у которой ротор вращается с частотой, которая равна частоте вращения магнитного поля в воздушной прослойке.

Синхронный двигатель состоит из основных частей – якоря и индуктора. Обычно, его исполнение сделано таким образом, что якорь расположен на статоре, а индуктор – на роторе, отделенном воздушной прослойкой. Данные агрегаты обладают высоким коэффициентом мощности. Существенным плюсом является возможность их использования в сетях с любым напряжением.

Устройство синхронного двигателя

Конструкция синхронного двигателя состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статор является неподвижной частью агрегата, а ротор – подвижной. В состав якоря входят одна или несколько обмоток переменного тока. При работе двигателя токи, поступающие в якорь, приводят к вращению магнитного поля, пересекающегося с полем индуктора и преобразующего энергию. Поле якоря носит другое название – поле реакции якоря. В генераторе такое поле создается с помощью индуктора.

В состав индуктора входят электромагниты постоянного тока, называемые полюсами. Во всех синхронных электродвигателях индукторы бывают двух конструкций – явнополюсная и не явнополюсная, отличающиеся расположением полюсов. Конструкция статора включает в себя корпус и сердечник, в состав которого входят двух- и трехфазные обмотки. Сами обмотки могут быть распределенными и сосредоточенными.

Чтобы уменьшить магнитное сопротивление и улучшить прохождение магнитного потока, используются ферромагнитные сердечники, расположенные в роторе и статоре, для изготовления которых используется электротехническая сталь. Она обладает интересными свойствами, например, повышенным содержанием кремния, с целью повышения ее электрического сопротивления и уменьшения вихревых токов.

Каждый синхронный электродвигатель обладает важным параметром – электромагнитным моментом. Он возникает в том случае, когда магнитный поток ротора начинает взаимодействовать с вращающимся магнитным полем. Данное поле образуется под влиянием трехфазного тока, протекающего по обмотке якоря.

В режиме холостого хода происходит совпадение осей магнитных полей ротора и статора. Поэтому электромагнитные силы, возникающие между их полюсами, принимают радиальное направление и значение электромагнитного момента агрегата становится равным нулю. При переходе устройства в двигательный режим, на ротор начинает воздействовать внешние нагрузочный момент, приложенный к валу. В результате, происходит смещение ротора на величину определенного угла против направления вращения.

Подобное электромагнитное взаимодействие между ротором и статором приводит к созданию электромагнитных сил, направленных в сторону вращения. Таким образом, действие вращающегося электромагнитного момента стремится к преодолению действия внешнего момента. Максимальное значение электромагнитного момента образует угол 90 градусов, при расположении полюсов ротора между осями полюсов статора.

Если значение нагрузочного момента, приложенного к валу двигателя, превысит максимальный электромагнитный момент, в этом случае двигатель остановится под влиянием внешнего момента. Из-за этого в неподвижном двигателе по обмотке якоря будет проходить очень высокий ток. Данный режим является аварийным, он представляет собой выпадение из синхронизма и на практике не должен допускаться.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам. Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации. После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой. Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля. Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Схема запуска двигателя и его регулировка

У синхронных двигателей отсутствует начальный пусковой момент. При подключении якорной обмотки к источнику переменного тока, электромагнитный момент дважды изменить свое направление за один период изменения тока. Это происходит, когда ротор находится в неподвижном состоянии, а в обмотке возбуждения протекает постоянный ток.

Таким образом, величина среднего момента в течение одного периода будет иметь нулевое значение. Чтобы увидеть, как работает синхронный двигатель при пуске, нужно выполнить разгон его ротора под действием внешнего момента до вращения с частотой, приближенной к синхронной.

Сам запуск агрегата может производиться разными способами:

  • В первом случае используется схема асинхронного включения, основой которой служит глухо подключенный возбудитель. Данный способ применяется при статическом моменте нагрузки ниже 0,4, когда отсутствует падение напряжения. Сопротивление разряда замыкается в обмотке возбуждения, за счет чего исключаются перебои с возбуждением обмотки во время впуска, поскольку незначительная скорость вращения ротора приводит к перенапряжению. Когда скорость становится близкой к синхронной, контактор реагирует на это изменение, в результате происходит переключение обмотки возбуждения из разрядного сопротивления непосредственно на якорь возбудителя.
  • Во втором варианте пуска используется тиристорный возбудитель. Этот способ считается более надежным из-за высокого КПД. Управление возбуждением значительно облегчается. Подача возбуждение осуществляется автоматически с помощью электромагнитного реле.

Различия синхронных и асинхронных двигателей

Все электродвигатели переменного тока по принципу действия могут быть асинхронными и синхронными. В первом случае вращение ротора будет медленнее, по сравнению с магнитным полем, а во втором – вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью.

В асинхронном двигателе вращающееся переменное магнитное поле создается обмотками, закрепленными на статоре. Концы этих обмоток выведены в общую клеммную коробку. Во избежание перегрева на валу двигателя устанавливается вентилятор. Ротор выполнен из металлических стержней, замкнутых с двух сторон между собой. Он представляет единое целое с валом и получил название короткозамкнутого ротора.

Вращение магнитного поля происходит под действием постоянной смены полюсов. Соответственно, в обмотках изменяется направление тока. На скорость вращения вала оказывает влияние количество полюсов магнитного поля.

Синхронный электродвигатель конструктивно отличается от асинхронных агрегатов. Здесь вращение ротора и магнитного поля происходит с одинаковой скоростью. Напряжение на ротор для зарядки обмоток подается с помощью щеток, а не индуцируется действием переменного магнитного поля. Направление тока в обмотках изменяется одновременно с направлением магнитного поля, поэтому вал синхронного двигателя всегда вращается в одну сторону.

Что такое синхронный двигатель и где он используется

Синхронные электродвигатели (СД) не так распространены, как асинхронные с короткозамкнутым ротором. Но используются там, где нужен большой крутящий момент и в процессе работы будут происходить частые перегрузки. Также такой тип двигателей используются там, где нужна большая мощность, чтобы приводить в движение механизмы, благодаря высокому коэффициенту мощности и возможности улучшать коэффициент мощности сети, что существенно снизит затраты на электроэнергию и нагрузку на линии. Что такое синхронный двигатель, где он используется и какие у него плюсы минусы мы рассмотрим в этой статье.

Определение и принцип действия

Если говорить простым языком, то синхронным называют электродвигатель, у которого скорость вращения ротора (вала) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.

Кратко рассмотрим принцип действия такого электродвигателя — он основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, которое обычно создаётся трёхфазным переменным током и постоянного магнитного поля ротора.

Постоянное магнитное поле ротора создаётся за счет обмотки возбуждения или постоянных магнитов. Ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле, тогда как ротор в рабочем режиме представляет собой постоянный магнит, его полюса устремляются к противоположным полюсам магнитного поля статора. В результате ротор вращается синхронно с полем статора, что и является его основной особенностью.

Напомним, что у асинхронного электродвигателя скорость вращения МП статора и скорость вращения ротора отличаются на величину скольжения, а его механическая характеристика «горбатая» с пиком при критическом скольжении (ниже его номинальной скорости вращения).

Скорость, с которой вращается магнитное поле статора, может быть вычислена по следующему уравнению:

f – частота тока в обмотке, Гц, p – количество пар полюсов.

Соответственно по этой же формуле определяется скорость вращения вала синхронного двигателя.

Большинство электродвигателей переменного тока, используемых на производстве, выполнены без постоянных магнитов, а с обмоткой возбуждения, тогда как маломощные синхронные двигатели переменного тока выполняются с постоянными магнитами на роторе.

Ток к обмотке возбуждения подводится за счет колец и щеточного узла. В отличие от коллекторного электродвигателя, где для передачи тока вращающейся катушке используется коллектор (набор продольно расположенных пластин), на синхронном установлены кольца поперек одного из концов статора.

Источником постоянного тока возбуждения в настоящее время являются тиристорные возбудители, часто называемые «ВТЕ» (по названию одной из серий таких устройств отечественного производства). Ранее использовалась система возбуждения «генератор-двигатель», когда на одном валу с двигателем устанавливали генератор (он же возбудитель), который через резисторы подавал ток в обмотку возбуждения.

Ротор почти всех синхронных двигателей постоянного тока выполняется без обмотки возбуждения, а с постоянными магнитами, они хоть и похожи по принципу действия на СД переменного тока, но по способу подключения и управления ими очень сильно отличаются от классических трёхфазных машин.

Одной из основных характеристик электродвигателя является механическая характеристика. Она у синхронных электродвигателей приближена к прямой горизонтальной линии. Это значит, что нагрузка на валу не влияет на его обороты (пока не достигнет какой-то критической величины).

Это достигается именно благодаря возбуждению постоянным током, поэтому синхронный электродвигатель отлично поддерживает постоянные обороты при изменяющихся нагрузках, перегрузках и при просадках напряжения (до определенного предела).

Ниже вы видите условное обозначение на схеме синхронной машины.

Конструкция ротора

Как и любой другой, синхронный электродвигатель состоит из двух основных частей:

  • Статор. В нём расположены обмотки. Его еще называют якорем.
  • Ротор. На нём устанавливают постоянные магниты или обмотку возбуждения. Его также называют индуктором, из-за его предназначения — создавать магнитное поле).

Для подачи тока в обмотку возбуждения на роторе устанавливают 2 кольца (так как возбуждение постоянным током, на одно из них подают «+», а на другое «—»). Щетки закреплены на щеткодержателе.

Роторы у синхронных электродвигателей переменного тока бывают двух типов, в зависимости от назначения:

  1. Явнополюсные. Четко видны полюса (катушки). Используют при малых скоростях и большом числе полюсов.
  2. Неявнополюсные – выглядит как круглая болванка, в прорези на которой уложены провода обмоток. Используют при больших скоростях вращения (3000, 1500 об/мин) и малом числе полюсов.

Пуск синхронного двигателя

Особенностью этого вида электрических машин является то, что его нельзя просто подключить к сети и ожидать его запуска. Кроме того, что для работы СД нужен не только источник тока возбуждения, у него и достаточно сложная схема пуска.

Запуск происходит как у асинхронного двигателя, а для создания пускового момента кроме обмотки возбуждения на роторе размещают и дополнительную короткозамкнутую обмотку «беличью клетку». Её еще называют «демпфирующей» обмоткой, потому что она повышает устойчивость при резких перегрузках.

Ток возбуждения в обмотке ротора при пуске отсутствует, а когда он разгоняется до подсинхронной скорости (на 3-5% меньше синхронной), подаётся ток возбуждения, после чего он и ток статора совершает колебания, двигатель входит в синхронизм и выходит на рабочий режим.

Для ограничения пусковых токов мощных машин иногда уменьшают напряжение на зажимах обмоток статора, подключив последовательно автотрансформатор или резисторы.

Пока синхронная машина запускается в асинхронном режиме к обмотке возбуждения подключаются резисторы, сопротивление которых превышает сопротивление самой обмотки в 5 — 10 раз. Это нужно чтобы пульсирующий магнитный поток, возникающий под действием токов, наводимых в обмотке при пуске, не замедлял разгон, а также чтобы не повредить обмотки из-за индуцируемыми в ней ЭДС.

Видов таких машин очень много, выше была описана конструкция синхронного электродвигателя переменного тока с обмотками возбуждения, как самого распространенного на производстве. Есть и другие типы, такие как:

  • Синхронные двигатели с постоянными магнитами. Это различные электродвигатели, такие как PMSM – permanent magnet synchronous motor, BLDC – Brushless Direct Current и прочие. Отличия, между которыми, состоят в способе управления и форме тока (синусоидальная или трапецивиденая). Их еще называют бесколлекторными или бесщеточными двигателями. Используются в станках, радиоуправляемых моделях, электроинструменте и т.д. Они работают не напрямую от постоянного тока, а через специальный преобразователь.
  • Шаговые двигатели — синхронные бесщеточные двигатели, у которых ротор точно удерживает заданное положение, их используют для позиционирование рабочего инструмента в ЧПУ станках и для управления различными элементами автоматических систем (например, положение дроссельной заслонки в автомобиле). Состоят из статора, в этом случае на нём расположены обмотки возбуждения, и ротора, который выполнен из магнито-мягкого или магнито-твёрдого материала. Конструктивно очень похожи на предыдущие типы.
  • Реактивные.
  • Гистерезисные.
  • Реактивно-гистерезисные.

Последние три типа СД также не имеют щеток, они работают за счет особой конструкции ротора. У реактивных СД различают три их конструкции: поперечно-расслоенный ротор, ротор с явновыраженными полюсами и аксиально-расслоенный ротор. Объяснение принципа их работы достаточно сложно, и займет большой объём, поэтому мы опустим его. Такие электродвигатели на практике вы, скорее всего, встретите нечасто. В основном это маломощные машины, используемые в автоматике.

Сфера применения

Синхронные двигатели стоят дороже чем асинхронные, к тому же требуют дополнительного источника постоянного тока возбуждения – это отчасти снижает ширину области применения этого вида электрических машин. Однако, синхронные электродвигатели используют для привода механизмов, где возможны перегрузки и требуется точное поддерживание стабильных оборотов.

При этом чаще всего используются в области больших мощностей — сотен киловатт и единиц мегаватт, и, при этом, пуск и остановка происходят достаточно редко, то есть машины работают круглосуточно долгое время. Такое применение обусловлено тем, что синхронные машины работают с cosФи приближенном к 1, и могут выдавать реактивную мощность в сеть, в результате чего улучшается коэффициент мощности сети и снижается её потребление, что важно для предприятий.

Преимущества и недостатки

Если говорить простыми словами, то у любой электрической машины есть свои плюсы и минусы. У синхронного двигателя положительными сторонами является:

  1. Работа с cosФи=1, благодаря возбуждению постоянным током, соответственно они не потребляют реактивной мощности из сети.
  2. При работе, с перевозбуждением отдают реактивную мощность в сеть, улучшая коэффициент мощности сети, падение напряжения и потери в ней и повышается КМ генераторов электростанциях.
  3. Максимальный момент, развиваемый на валу СД, пропорционален U, а у АД — U² (квадратичная зависимость от напряжения). Это значит, что у СД хорошая нагрузочная способность и устойчивость работы, которые сохраняются при просадке напряжения в сети.
  4. В следствие всего этого скорость вращения стабильна при перегрузках и просадках, в пределах перегрузочной способности, особенно при повышении тока возбуждения.

Однако существенным недостатком синхронного двигателя является то, что его конструкция сложнее, чем у асинхронных с КЗ-ротором, нужен возбудитель, без которого он не сможет работать. Всё это приводит к большей стоимости по сравнению с асинхронными машинами и сложностями в обслуживании и эксплуатации.

Пожалуй, на этом достоинства и недостатки синхронных электродвигателей заканчиваются. В этой статье мы постарались кратко изложить общие сведения о синхронных электродвигателях. Если у вас есть чем дополнить материал – пишите в комментариях.

{SOURCE}

Устройство и принцип работы электродвигателя

Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Содержание статьи

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться.

В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.

На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

  1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
  2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

  1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
  2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

 

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щетокили их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора.Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.

Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.

 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Устройство электродвигателя и принцип действия

Электродвигатель представляет собой электрическое устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня электродвигатели широко используются в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве их устанавливают в стиральную машину, холодильник, соковыжималку, кухонный комбайн, вентиляторы, электробритвы и т. д. Электродвигатели приводят в движение связанные с ним устройства и механизмы.

В этой статье я расскажу о наиболее распространенных типах и принципах работы электродвигателей переменного тока, широко используемых в гараже, домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта , открытого Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что непрерывное вращение может происходить при взаимодействии электрического тока в проводнике и магните.

Если в однородном магнитном поле расположить рамку в вертикальном положении и пропустить через нее ток, то вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов.От одной рамки будет отталкиваться, а к другой притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, при котором влияние магнитного поля на проводник будет нулевым. Чтобы вращение продолжалось, необходимо добавить еще один кадр под углом или изменить направление тока в кадре в подходящий момент. На рисунке это делается с помощью двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от аккумулятора. В результате после совершения пол-оборота полярность меняется и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов используются катушки индуктивности или электромагниты для создания магнитного поля. Если разобрать любой двигатель, то вы увидите витки провода, покрытые изолирующим лаком. Эти витки являются электромагнитом или как их еще называют обмоткой возбуждения.

Дома такие же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки.Вращающаяся часть у них называется ротором, а неподвижная часть – статором.

Типы электродвигателей

На сегодняшний день существует довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу питания :

  1. Переменный ток , работающий непосредственно от сети.
  2. Постоянный ток , работающие от батарей, аккумуляторов, источников питания или других источников.

По принципу работы:

  1. Синхронный , у которого имеются обмотки на роторе и щеточный механизм подвода к ним электрического тока.
  2. Асинхронный , самый простой и распространенный тип двигателя. У них нет ни щеток, ни обмоток на роторе.

Синхронный двигатель вращается синхронно с вращающим его магнитным полем, а в асинхронном двигателе ротор вращается медленнее, чем вращающееся магнитное поле в статоре.

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя уложены обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле.Их концы для подключения выведены на специальную клеммную колодку. Обмотки охлаждаются благодаря вентилятору, установленному на валу в конце электродвигателя.

Ротор , представляющий собой одно целое с валом, выполнен из металлических стержней, замкнутых между собой с двух сторон, поэтому его называют короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподводящих щеток, значительно повышается надежность, долговечность и безотказность.

Обычно основной причиной поломки Асинхронного двигателя является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы ротор вращался медленнее, чем электромагнитное поле статора, в результате чего в роторе индуцируется ЭДС (возникает электрический ток). Важным условием здесь является то, что если бы ротор вращался с той же скоростью, что и магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в нем не индуцировалась бы ЭДС и, следовательно, не было бы вращения.Но в реальности из-за трения подшипников или нагрузки на вал ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках двигателя, а направление тока в роторе постоянно меняется. В один момент времени, например, направление токов в обмотках статора и ротора показано схематично в виде крестов (ток идет от нас) и точек (ток к нам). Вращающееся магнитное поле показано пунктирными линиями.

Например, как работает циркулярная пила … Имеет самую высокую скорость без нагрузки. Но как только мы начинаем резать плату, скорость вращения уменьшается и при этом ротор начинает вращаться медленнее относительно электромагнитного поля и по законам электротехники в нем индуцируется ЭДС еще большей величины . Ток, потребляемый двигателем, увеличивается, и он начинает работать на полную мощность. Если нагрузка на вал настолько велика, что он глохнет, то может произойти повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимального значения ЭДС, наведенной в нем.Вот почему так важно выбрать правильную мощность двигателя. Если брать больше, то энергозатраты будут неоправданными.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2-х полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равная максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50Гц. Чтобы уменьшить скорость вдвое, необходимо увеличить число полюсов в статоре до четырех.

Существенным недостатком двигателей асинхронных является то, что они питаются регулировкой скорости вращения вала только изменением частоты электрического тока.В противном случае невозможно добиться постоянной частоты вращения вала.

Принцип действия и устройство синхронного двигателя переменного тока

Этот тип электродвигателя используется в быту, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а также если требуется скорость вращения более 3000 об/мин (это максимум для асинхронных).

Синхронные двигатели устанавливаются в электроинструментах, пылесосах, стиральных машинах и т.п.

В случае синхронного двигателя переменного тока имеются обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны на ротор или якорь (1).Их выводы припаяны к секторам контактного кольца или коллектора (5), на которые подается напряжение с помощью графитовых щеток (4). Причем клеммы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частые поломки коллекторных двигателей :

  1. Износ щеток или их плохой контакт из-за ослабления нажимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора. Очистите либо медицинским спиртом, либо нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип действия. Крутящий момент в электродвигателе создается в результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком в обмотке возбуждения. При изменении направления переменного тока направление магнитного потока будет изменяться одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одном направлении.

Регулятор скорости вращения изменяется методом изменения величины приложенного напряжения.В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит так же, как и у двигателей постоянного тока, о которых я расскажу в

Самое главное про синхронные двигатели я постарался изложить, более подробно вы можете их прочитать на .

Режимы работы электродвигателя v .

Аналогичные материалы.

производителей электродвигателей | Поставщики электродвигателей

Список производителей электродвигателей

Применение электродвигателей

Электродвигатели как переменного, так и постоянного тока имеют одно общее применение — приведение в действие оборудования.В этом контексте машинным оборудованием может быть что угодно, от полуприцепа до электрической зубной щетки.

Электродвигатели используются в бесчисленных отраслях промышленности, включая электронику, строительство, товары для дома и офиса, бытовую технику (моторы миксеров, холодильников и т. д.), автомобилестроение, транспорт и промышленное производство. Самые большие электродвигатели используются для сжатия трубопроводов, движения кораблей и гидроаккумулирующих устройств, а самые маленькие электродвигатели могут поместиться внутри электрических часов.

Электродвигатели имеют несколько применений, таких как электромобили, бытовая техника, электроинструменты, вентиляторы и гибридные автомобили. Взаимодействие магнитных и электрических полей имеет решающее значение для работы электродвигателя. Электродвигатели делятся на две категории; Двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. Двигатель переменного тока питается от переменного тока, тогда как двигатель постоянного тока питается от постоянного тока.

История электродвигателей

Электрические двигатели появились в 1740-х годах, когда шотландский монах по имени Эндрю Гордон создал первое электростатическое устройство.Примерно 60 лет спустя, в 1820 году, французский физик Андре-Мари Ампер открыл, как можно создать механическую силу, облегчая взаимодействие между двумя проводниками с током. Он записал этот принцип, и позже он стал известен как закон силы Ампера. От его имени мы также получили базовую единицу измерения электрического тока в системе СИ — ампер или ампер.

Через год после того, как Ампер открыл закон силы Ампера, британский ученый Майкл Фарадей успешно провел эксперименты, демонстрирующие этот принцип.Сначала он окунул проволоку в ртуть и прикрепил к ней постоянный магнит. Затем он пропускал через провод ток. Когда ток двигался по проволоке, проволока вращалась вокруг магнита. Это доказало, что ток создал круговое магнитное поле вокруг провода. В 1822 году человек по имени Питер Барлоу провел аналогичный, но обновленный эксперимент. Во время своего эксперимента он погружал кончики колеса в форме звезды (колеса Барлоу) в ртуть, когда оно вращалось. Результаты его эксперимента повторили результаты Фарадея.


Бесщеточный двигатель постоянного тока – Решения для электродвигателей

Подобные эксперименты установили определенные принципы, такие как электромагнитная индукция, которые позже ученые и инженеры могли использовать в качестве отправной точки. Например, в 1827 году венгерский священник и ученый Аниос Едлик построил первый известный электродвигатель — он содержал ротор, статор и коммутатор. Несколько лет спустя он построил модель автомобиля с электродвигателем. В 1832 году британский ученый Уильям Стерджен построил первый электродвигатель постоянного тока.В 1834 году американский кузнец Томас Давенпорт изобрел электродвигатель с батарейным питанием, с помощью которого он приводил в движение небольшие модели автомобилей на гусеницах. Через три года после этого Давенпорт и его жена Эмили запатентовали конструкцию первого электродвигателя, который можно было использовать в коммерческих целях. В 1840 году он использовал свой электродвигатель для питания станков и печатного станка, чтобы напечатать собственную газету по механике. Это была первая газета, которая печаталась с использованием электроэнергии. Изобретения Дэвенпорта были гениальными, но, поскольку батареи еще не были экономически жизнеспособными, он обанкротился.

Примерно в это же время немецкий физик и инженер Мориц фон Якоби создал вращающийся электродвигатель, с помощью которого он мог перемещать по реке небольшую электрическую лодку. В 1871 году бельгийский инженер-электрик Зеноб Грамм построил первый двигатель постоянного тока, который принес хоть какие-то деньги. В 1887 году Никола Тесла изобрел двигатель переменного тока, продукт, который использует переменный ток и не требует коммутатора. Примерно в это же время, в 1886 году, американец Фрэнк Дж. Спраг изобрел первый безыскровый двигатель постоянного тока, который мог двигаться с одной и той же скоростью независимо от нагрузки.Между 1887 и 1888 годами Спраг изобрел электрические тележки, которые инженеры первыми начали использовать в Ричмонде, штат Вирджиния. В 1892 году он изобрел электрический лифт и спроектировал чикагскую L-систему, более известную как South Side Elevated Railroad.

В 20 веке электродвигатели изменили мир. Они сократили количество рабочей силы повсюду, от заводского цеха до дома, они сделали машины более эффективными, повысили уровень жизни, позволили производить более качественную продукцию и расширили возможности путешествий.Сегодня электродвигатели являются неотъемлемой частью нашей жизни.

Конструкция электродвигателя

При выборе или разработке нестандартных двигателей для вас производители электродвигателей будут учитывать различные аспекты вашего применения, в том числе желаемую скорость работы двигателя, частоту его использования, окружающую среду в которые вы будете использовать, и загрузите детали (вес, местоположение и т. д.). Основываясь на этих факторах, они будут принимать решение о мощности переменного тока и мощности постоянного тока, лошадиных силах/ваттах (выходная мощность), об/мин (оборотов в минуту), изменчивости скорости и мощности постоянного тока.фиксированная скорость вращения и текущие номиналы. Производители также могут варьировать ваши электродвигатели по количеству роторов и магнитных полюсов статора и размерам. Узнайте больше, ознакомившись с вашей заявкой с потенциальными поставщиками.

Характеристики электродвигателя

Компоненты
В общем случае электродвигатели состоят из ротора, статора, обмоток, воздушного зазора и коллектора.

Ротор
В этом контексте ротор представляет собой движущуюся часть, которая передает механическую энергию при движении вала.Для достижения этого вращательного движения ротор обычно проектируется со встроенными проводниками с током, которые взаимодействуют с магнитным полем, создаваемым статором. Однако в некоторых случаях ротор несет магниты, а статор удерживает проводники.

Статор
В отличие от ротора, статор неподвижен. Скорее, это фиксированный компонент электромагнитной цепи двигателя. Как правило, он состоит из сердечника и либо постоянных магнитов, либо обмоток. Этот сердечник состоит из нескольких тонких металлических листов, называемых пластинами, которые используются для уменьшения потерь энергии.

Обмотки
Обмотки представляют собой спиральные провода. Когда они намотаны на сердечник и после того, как на них подается ток, целью этих катушек является формирование магнитных полюсов.

Воздушный зазор
Воздушный зазор — это расстояние между ротором и статором. Воздушный зазор обеспечивает большую часть низкого коэффициента мощности, при котором работают двигатели, за счет увеличения и уменьшения тока намагничивания по мере необходимости. Таким образом, поскольку большой воздушный зазор оказывает сильное негативное влияние на работу двигателя и может вызвать механические проблемы, потери и шум, воздушный зазор должен быть как можно меньше.

Коммутатор
Наконец, коммутатор — это часть, используемая для периодического переключения направления тока между внешней цепью и ротором. Он используется с большинством двигателей постоянного тока и с универсальными двигателями. Коллектор состоит из цилиндра, состоящего из нескольких металлических контактов или контактных колец, сегментов и якоря, на котором сегменты вращаются. Два или более электрических контакта, называемых щетками, создают скользящий контакт с сегментами, прижимаясь к ним во время их вращения, позволяя току течь через них и достигать ротора.

Конфигурации
Все электродвигатели имеют две основные конфигурации полюсов магнитного поля, из которых можно выбрать: явно выраженный полюс и неявнополюсный.

Явнополюсный
Магнитное поле явнополюсной машины создается обмоткой, намотанной ниже поверхности полюса.

Неявнополюсный
В случае машины с неявнополюсным ротором, также известной как машина с круглым ротором или машина с распределенным полем, обмотки создают магнитное поле, наматываясь на пазы на поверхности полюсов.

Затененный полюс
Третья конфигурация полюса, заштрихованный полюс, задерживает фазу магнитного поля полюса. Для этого требуется обмотка, состоящая из медного стержня или кольца, называемая затеняющей катушкой, которая проходит вокруг определенной части этого полюса.

Типы электродвигателей

Типы по источнику тока
Электродвигатели переменного тока питаются от переменного тока. Переменные токи, проходящие через катушки, создают вращающееся магнитное поле, которое, в свою очередь, создает крутящий момент на выходном валу.Им не нужен коммутатор. Обычные источники питания переменного тока включают инверторы, генераторы и электрические сети.

Электродвигатели постоянного тока получают питание от постоянного тока. Напряжение, генерируемое токами, заставляет вращаться обмотку якоря, в то время как невращающаяся каркасная обмотка возбуждения якоря действует как постоянный магнит. Пользователи двигателей постоянного тока могут управлять их скоростью, регулируя ток каркаса возбуждения или изменяя приложенное напряжение. Постоянный ток часто обеспечивают выпрямители, электромобили и аккумуляторы.

Двигатели универсальные могут работать как на переменном, так и на постоянном токе.

Типы по внутренней конструкции
Коллекторные двигатели , иногда называемые коммутируемыми электродвигателями, являются одним из двух основных типов электродвигателей, классифицируемых по внутренней конструкции. Коллекторные двигатели, которые почти всегда используют постоянный ток, получили свое название от коммутатора, который поставляется с несколькими щетками. Эти щетки всегда изготавливаются из мягкого проводящего материала; почти исключительно производители используют углерод, иногда с добавлением медного порошка для улучшения проводимости.Пять основных типов коллекторных двигателей: двигатели с независимым возбуждением, двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой, двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, составные двигатели постоянного тока и двигатели постоянного тока с параллельной обмоткой.

Бесщеточные двигатели гораздо более эффективны, чем щеточные двигатели, и они быстро заменяют их. В этих двигателях вместо щеток используются датчики, известные как датчики Холла, для передачи тока. Они состоят из трехфазной катушки, внешнего ротора с постоянными магнитами, приводной электроники и датчика.Трехфазная катушка — это элемент двигателя, относящийся к другому типу классификации двигателей, основанному на способе движения двигателя.

Мотор-редукторы используют редукторы для изменения скорости.

Электродвигатели-колеса — это двигатели, встроенные во ступицу колеса. Они непосредственно приводят в движение колесо.

Типы по способу движения
Наиболее распространенные классификации двигателей включают трехфазные двигатели, однофазные двигатели, линейные двигатели, шаговые двигатели и двигатели 12 В.

Трехфазные электродвигатели отличаются достаточно простой конструкцией и высоким КПД. Обычно это тип асинхронного двигателя, трехфазные двигатели работают с использованием трех переменных токов, которые распределяют преобразованную механическую энергию.

Однофазные двигатели являются еще одним примером асинхронного двигателя. На этот раз они используют однофазный источник питания двигателя, который обычно представляет собой переменный ток.

Линейные двигатели обеспечивают механическую энергию по прямой или линейной линии.Другими словами, линейные двигатели обеспечивают движение по одной плоскости.

Шаговые двигатели очень похожи на трехфазные синхронные двигатели. Основное различие между ними заключается в том, что трехфазные синхронные двигатели вращаются непрерывно, а шаговые двигатели должны непрерывно запускаться и останавливаться. Шаговые двигатели широко распространены в 3D-принтерах и роботах.

Двигатели 12 В генерируют движение, используя 12 вольт электроэнергии, что является стандартным.

Типы по методу преобразования энергии
Наконец, электродвигатели по-разному преобразуют энергию.Таким образом, двигатели делятся на синхронные двигатели, асинхронные двигатели, электростатические двигатели и серводвигатели.

Синхронные двигатели представляют собой двигатель переменного тока. Они преобразуют напряжение в энергию, используя проходящий ток и ротор, которые движутся с одинаковой скоростью. Вместе эти элементы создают вращающееся магнитное поле. Синхронные двигатели обладают способностью поддерживать постоянную скорость при изменении крутящего момента.

Асинхронные двигатели , иногда называемые асинхронными двигателями, работают по принципу электромагнитной индукции.В основном они работают, когда электрический проводник движется через магнитное поле и впоследствии создает напряжение. Асинхронные двигатели дешевле синхронных.

Электростатические двигатели работают, используя притяжение и отталкивание электрического заряда. Обычно они потребляют много энергии, но доступны модели меньшего размера, использующие более низкое напряжение. Например, небольшие электростатические двигатели являются обычными компонентами микромеханических систем (МЭМС).

Серводвигатели работают с использованием сервомеханизмов (сервоприводов), которые обнаруживают ошибки и автоматически их исправляют.У них также есть встроенные микроконтроллеры, которые позволяют пользователям предлагать им перемещать точное количество градусов, когда они захотят. Серводвигатели исключительно малы. Они распространены в роботизированных приводах, автомобилях с дистанционным управлением и самолетах для хобби.

Аксессуары

Электродвигатели имеют бесчисленное количество аксессуаров. Примеры обычных аксессуаров для электродвигателей включают преобразователи фазы (используемые для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока и наоборот), подшипники, кожухи вентиляторов, комплекты двигателей, монтажные комплекты, дождевики, комплекты тормозов, пульты дистанционного управления, регуляторы скорости/напряжения и трубопроводные коробки.

Стандарты электродвигателей

В Соединенных Штатах одним из наиболее важных наборов стандартов, связанных с электродвигателями, являются стандарты, разработанные NEMA или Национальной ассоциацией производителей электрооборудования. NEMA присваивает разным двигателям стандартные размеры, которые вы можете просмотреть в таблицах, которые они рассылают производителям. Другие стандартные требования связаны с вашей отраслью, областью применения и местоположением. Узнайте стандарты, которым должны соответствовать ваши электродвигатели, поговорив с лидерами отрасли.

Общие причины сбоев электродвигателя и как защитить против него

8

Причины

    1. Электрическая перегрузка
    5
    5
    • Чрезмерный текущий поток в обмотках двигателя вызывает электрическую перегрузку. Это может быть вызвано низким напряжением питания, что приводит к более высокому крутящему моменту двигателя. Это также может быть вызвано коротким замыканием или чрезмерным напряжением питания.
    1.     Перегрев
      • Перегрев вызван низким качеством электроэнергии или высокими температурами.Приблизительно 55% отказов изоляции двигателей происходят из-за перегрева.
    1.     Низкое сопротивление
      • Низкое сопротивление является наиболее частым типом отказа двигателя и, возможно, самым трудным для устранения. Пробой изоляции обмоток вызывается коррозией, перегревом или физическим повреждением.
    1.     Эксплуатационная перегрузка
      • Эксплуатационная перегрузка составляет до одной трети всех отказов двигателя и возникает при перегрузке двигателя.Это приводит к недостаточному крутящему моменту, электрическим перегрузкам или возможному перегреву, который может привести к износу таких компонентов, как ролики и обмотка двигателя.

    Защита электродвигателя

    Двигатели защищены различными системами защиты двигателей. В зависимости от активности двигателя, защита двигателя классифицируется на несколько видов. Различные категории защиты двигателя подробно описаны ниже:

    1.     Защита от перегрузки
      • Защита от перегрузки — это своего рода функция безопасности, которая защищает от механической перегрузки.Проблемы с перегрузкой могут привести к перегреву двигателя, что может привести к его повреждению.
    1.     Защита от низкого напряжения. Когда напряжение выравнивается до нормального значения, двигатель снова запускается.
      1.     Защита от перегрузки по току
        • Блок защиты двигателя срабатывает всякий раз, когда через двигатель проходит избыточный ток.Поэтому для защиты различных двигателей следует использовать автоматические выключатели и предохранители.
      1.     Защита от обрыва фазы
        • Защита от обрыва фазы используется для защиты двигателя, когда двигатель используется во время любого обрыва фазы. Обычно используется в трехфазных двигателях, и двигатель отключается от источника питания при выходе из строя на любой стадии.

      Что следует учитывать при выборе электродвигателя

      Если вы ищете электродвигатель, первое, что вам нужно сделать, это убедиться, что вы знаете его технические характеристики.Мы рекомендуем, прежде чем звонить каким-либо производителям, перечислить все, что вы ищете (или не ищете), включая детали вашего приложения, ваш бюджет, срок доставки, ваши предпочтения в отношении обслуживания после доставки (помощь в установке, техническая поддержка и т. д.). .), и ваши стандартные требования. Подробное обсуждение этих вопросов с компанией, производящей электродвигатели, поможет вам понять, подходите ли вы друг другу.

      Чтобы найти именно то, что «подходит», ознакомьтесь с производителями высокого качества, которые мы перечислили на этой странице.Просмотрите их профили и веб-страницы, чтобы узнать, могут ли они работать на вас. Выберите трех или четырех главных претендентов, а затем позвоните каждому из них, чтобы обсудить вашу заявку. После того, как вы поговорили с каждым из них, сравните и сопоставьте свои разговоры и выберите тот, который, по вашему мнению, предложит вам лучший сервис в рамках вашего бюджета и сроков. Удачи!

      Информационное видео об электродвигателе

      Конструкция, принцип работы и применение

      Синхронный двигатель представляет собой двигатель переменного тока, аналогичный генератору переменного тока или синхронному генератору.Подобно генератору постоянного тока, синхронный генератор может работать как синхронный двигатель при электрическом приводе. Синхронный двигатель преобразует входную электрическую энергию в механическую энергию.

      В синхронном двигателе вращение ротора (или вала) синхронизировано с частотой питающего напряжения. Как следует из названия, в синхронном двигателе магнитное поле ротора и статора работает с синхронной скоростью.

      Конструкция синхронного двигателя

      Он состоит из статора, являющегося неподвижной частью, и ротора, являющегося вращающейся частью.Статор состоит из сердечника и пазов для удержания обмотки якоря, аналогично синхронному генератору.

      Поскольку это трехфазный электродвигатель, трехфазная обмотка намотана в пазы якоря. На обмотку статора подается трехфазное питание.

      Ротор может быть как явнополюсным, так и неявнополюсным. Ротор намотан обмоткой возбуждения, которая возбуждается от источника постоянного тока. Подробное объяснение см. в конструкции генератора переменного тока.

      Особенности синхронного двигателя

      1. Синхронный двигатель поддерживает постоянную скорость во время работы, которая зависит от частоты питания. Скорость может изменяться только при изменении частоты питания, независимо от нагрузки.
      2. Синхронные двигатели не запускаются автоматически. Его необходимо заставить работать на скорости, близкой к синхронной, с помощью некоторых внешних средств, прежде чем его можно будет синхронизировать с источником питания.
      3. Синхронные двигатели могут работать в широком диапазоне коэффициентов мощности.Следовательно, он используется для целей коррекции коэффициента электрической мощности.

      Работа синхронного двигателя

      Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия между магнитным полем ротора и статора. Синхронный двигатель работает по принципу магнитной блокировки .

      При подаче трехфазного питания на обмотку статора в статоре создается магнитный поток, называемый вращающимся магнитным полем. Это вращающееся магнитное поле имеет постоянную величину и вращается с синхронной скоростью .

      Скорость синхронного двигателя определяется по формуле

         

      где

      Н с — синхронная скорость вращающегося магнитного поля

      f — частота питающего напряжения

      P — число полюсов в роторе

      Рассмотрим двухполюсный статор, как показано ниже. Оба полюса вращаются с синхронной скоростью по часовой стрелке.

      Когда обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока, в роторе создается магнитное поле.Полюса ротора обозначены как N R и S R на рисунке ниже.

      При показанном положении ротора северный (N S ) и южный (S S ) полюса статора находятся в точках A и B соответственно. Как вы могли заметить, северный полюс статора (N S ) и северный полюс ротора (N R ) ближе на рис. Точно так же южные полюса обоих ротора и статора и ближе друг к другу. Поскольку одинаковые полюса отталкиваются друг от друга, ротор будет пытаться вращаться против часовой стрелки.

      Но через полпериода полюса в статоре вращаются и меняются местами, то есть N S будут в точке B, а S S будут в точке A. Это показано на рис. При этом условии N S привлечет S R , а S S привлечет N R . Теперь ротор будет стремиться вращаться по часовой стрелке. (Это прямо противоположно первому направлению.)

      Следовательно, из-за непрерывного и быстрого вращения полюсов статора ротор будет подвергаться быстро изменяющемуся крутящему моменту.Из-за большой инерции ротора он не может реагировать на быстро изменяющийся крутящий момент и, таким образом, остается неподвижным. Следовательно, синхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем .

      Теперь вместо того, чтобы быть неподвижным, считайте, что ротор вращается по часовой стрелке. Поскольку вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается с синхронной скоростью, ротор приводится во вращение вблизи синхронной скорости с помощью некоторых внешних средств.

      Когда ротор достигает почти синхронной скорости, включается возбуждение постоянного тока.Когда противоположные полюса ротора и статора сближаются, они притягиваются друг к другу. Это устанавливает магнитную блокировку, и, следовательно, двигатель продолжает вращаться с однонаправленным крутящим моментом.

      Запуск синхронного двигателя

      По работе синхронного двигателя видно, что двигатель не запустится сам по себе. Итак, как начать?

      Для запуска синхронный двигатель механически соединяется либо с трехфазным асинхронным двигателем, либо с параллельным двигателем постоянного тока.Первоначально возбуждение постоянным током не подается на обмотку ротора.

      Ротор разгоняется до синхронной/близкой к синхронной скорости внешним первичным двигателем, а затем возбуждается источником постоянного тока. В этот момент ротор магнитно блокируется со статором. Поскольку полюса ротора входят в зацепление с полюсами статора, и оба синхронно движутся в одном направлении.

      Из-за блокировки полюсов статора и ротора двигатель должен работать либо синхронно, либо не работать вообще.Когда происходит магнитная блокировка, питание внешнего двигателя отключается через короткий промежуток времени.

      Применение синхронного двигателя

      Синхронные двигатели находят широкое применение для улучшения коэффициента мощности, работы двигателей с постоянной скоростью и балансировки напряжения.

      1. Синхронный двигатель с перевозбуждением, на валу которого не подключена нагрузка, имеет опережающий коэффициент мощности. Он широко используется для улучшения коэффициента мощности. Особенно в случае асинхронного двигателя, который имеет отстающий коэффициент мощности.
      2. Высокоскоростные синхронные двигатели (выше 600 об/мин) хорошо подходят для нагрузок, где требуется постоянная скорость. Примеры включают центробежные насосы, воздуходувки, компрессоры, резиновые и бумажные фабрики и т. д.
      3. Низкоскоростные синхронные двигатели (менее 600 об/мин) используются для приводов, таких как центробежные насосы, шаровые и трубные мельницы, вакуумные насосы, прокатные станы и т. д.
      4. При наличии больших индуктивных нагрузок напряжение на конце длинной линии передачи сильно меняется. Из-за емкости линии при резком отключении индуктивной нагрузки напряжение имеет тенденцию значительно превышать свое нормальное значение.Это повышение напряжения можно контролировать, подключив синхронный двигатель вместе с регулятором возбуждения.

      Часто задаваемые вопросы

      Объяснение паспортной таблички и номинальных характеристик двигателя

      Объяснение паспортной таблички электродвигателя. Фото: TestGuy

      Электродвигатель — это рабочая лошадка, которая преобразует электрическую энергию в механическую, используя принципы электромагнетизма. Эти вращающиеся машины используются почти во всех формах современной жизни, от простых бытовых приборов до крупных промышленных объектов и производственных предприятий.

      Детские игрушки, пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, электромобили, механические насосы, лифты и грузовые поезда — вот лишь несколько примеров широкого спектра применений, в которых вы найдете электродвигатель той или иной формы. Магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами, являются движущей силой двигателей, создающих крутящий момент, необходимый для выполнения полезной работы.

      При таком разнообразии применений двигателей и разнообразии питающих их электрических систем неудивительно, что при выборе электродвигателя для конкретного применения необходимо учитывать множество различных номинальных характеристик и рабочих характеристик. .

      Стремясь стандартизировать эти основные характеристики и рабочие параметры двигателя, Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) взяла на себя ведущую роль в определении этих характеристик в стандарте NEMA MG-1. Рабочие характеристики, определенные в этом стандарте, закодированы на паспортной табличке двигателя во время изготовления, чтобы помочь конечному пользователю сориентироваться в безопасном и надежном применении.

      Национальный электротехнический кодекс определяет требуемую маркировку для обычных двигателей в разделе 430 NEC.7(A) для безопасной установки и эксплуатации в определенных условиях. Когда дело доходит до испытаний и технического обслуживания электродвигателей, четкое понимание этих номинальных значений имеет первостепенное значение для определения процедур испытаний и ожидаемых значений испытаний для конкретной машины.

      В этой статье мы объясним маркировку, указанную в NEC, а также другие общие термины и номинальные значения, указанные на паспортных табличках двигателей.

      Пример паспортной таблички электродвигателя. Фото: North American Electric

      Производитель

      Указывает, какая компания произвела двигатель, и обычно включает адрес компании и страну происхождения.Производитель обычно имеет конкретную модель или заводской номер, связанный с двигателем.

      Номинальное напряжение

      Указывает рабочее напряжение, необходимое для оптимальной работы, как это предусмотрено производителем двигателя. Вращающиеся машины обычно проектируются с допуском 10% для напряжения выше и ниже номинального значения, указанного на паспортной табличке.

      Допуск по напряжению, как правило, не указан на двигателе, что может ввести в заблуждение тех, кто не знаком с этим значением.Ожидается, что двигатель с номинальным напряжением 460 В, указанным на паспортной табличке, будет работать в диапазоне от 414 В до 506 В. Двигатель на 230 вольт может работать в диапазоне от 207 до 253 вольт.

      Некоторые двигатели могут работать с более чем одним напряжением, и эта возможность будет указана на паспортной табличке. Двойное номинальное напряжение позволяет разделить обмотки статора пополам для использования либо в последовательном, либо в параллельном соединении.

      Важно отметить, что многие другие характеристики, указанные на паспортной табличке, такие как коэффициент мощности, эффективность, крутящий момент и ток, применяются только при номинальном напряжении и частоте.

      Ток полной нагрузки (FLA)

      По мере увеличения подключенной нагрузки и требуемого крутящего момента электродвигателя сила тока, необходимая для питания двигателя, также увеличивается. Ток полной нагрузки (FLA) — это максимальный ожидаемый ток, потребляемый двигателем при работе с максимальным крутящим моментом и максимальной мощностью.

      Фирменная табличка FLA является очень важным параметром, который используется для выбора правильного размера провода, пускателя двигателя и устройств защиты от перегрузки, необходимых для обслуживания и защиты двигателя.Для многоскоростного двигателя ток полной нагрузки указан только для максимальной скорости.

      Чтобы рассчитать падение напряжения в цепи двигателя, возьмите сопротивление цепи питания и умножьте на FLA двигателя. Для определения падения напряжения в процентах разделите ранее полученное значение на напряжение питания холостого хода и умножьте на 100%.

      Номинальная частота и количество фаз (двигатели переменного тока)

      Частота энергосистемы означает, сколько раз волна синусоидального напряжения переменного тока повторяет одну и ту же последовательность значений в течение заданной единицы времени.В США и Канаде частота энергосистемы составляет 60 Гц.

      В других частях мира частота может быть либо 50 Гц, либо 60 Гц. Количество фаз зависит от того, подключен ли двигатель к одному проводнику под напряжением и нейтрали (однофазный) или к трем проводникам под напряжением (трехфазный).

      Синхронная скорость

      Скорость, с которой работает вращающееся поле внутри двигателя, зависит от частоты входной мощности и количества электрических магнитных полюсов внутри.Это называется синхронной скоростью, которая не зависит от скорости выходного вала.

      Синхронная скорость = количество циклов (Гц) x 60 (секунд в 1 мин) x 2 (импульсы цикла) / количество полюсов.

      Четырехполюсный двигатель без подключенной нагрузки, например, будет иметь синхронную скорость 1800 об/мин при 60 Гц и синхронную скорость 1500 об/мин при 50 Гц. Если двигатель предназначен для работы на разных скоростях при управлении частотно-регулируемым приводом (ЧРП), диапазон входной частоты должен быть указан на паспортной табличке.

      Номинальная скорость при полной нагрузке

      Для двигателя почти невозможно достичь синхронной скорости, потому что даже ненагруженному двигателю все еще приходится преодолевать некоторую форму трения. По мере увеличения нагрузки двигателя требуется более высокий крутящий момент, что подразумевает снижение числа оборотов в минуту.

      Номинальная скорость при полной нагрузке — это фактическое значение об/мин, указанное на заводской табличке двигателя. Термин «скольжение» относится к разнице между синхронной скоростью и фактической скоростью при полной нагрузке (также называемой асинхронной скоростью или скоростью скольжения).

      Слип

      Разница между синхронной скоростью магнитного поля электродвигателя и скоростью вращения вала является скольжением — измеряется в об/мин или частоте. Скольжение обычно выражается как отношение скорости вращения вала к скорости синхронного магнитного поля.

      Скольжение увеличивается с нагрузкой, обеспечивая больший крутящий момент. Чтобы рассчитать скольжение двигателя в процентах, вычтите асинхронную скорость из синхронной скорости, затем разделите на синхронную скорость и умножьте на 100.

      Скольжение = ((фактическая скорость синхронной скорости) / синхронная скорость) x 100

      Используя приведенную выше формулу, двигатель со скоростью вращения 1400 об/мин и синхронной скоростью 1500 об/мин будет иметь скольжение 6,7%

      Когда ротор не вращается, скольжение равно 100 %. Проскальзывание при полной нагрузке варьируется от менее 1 % в двигателях высокой мощности до более 5-6 % в двигателях малой мощности.

      Лошадиная сила (л.с.)

      Наиболее простой и распространенной оценкой электродвигателя является его мощность в лошадиных силах, которая была первоначально принята в конце 18 века шотландским инженером Джеймсом Уаттом, который хотел сравнить мощность паровых двигателей с мощностью тягловых лошадей.

      Этот термин был создан, чтобы помочь клиентам лучше понять, какую работу могут производить паровые двигатели. Позже он был расширен за счет включения выходной мощности других типов поршневых двигателей, а также турбин, электродвигателей и другого оборудования.

      Мощность на валу — это показатель механической выходной мощности двигателя. Выражается как его способность создавать крутящий момент, необходимый для нагрузки при номинальной скорости.

      л.с. = (крутящий момент) x (скорость) / 5250. Крутящий момент выражается в фунтах-футах, а скорость выражается в об/мин.

      Для электродвигателя одна лошадиная сила эквивалентна 746 ваттам электроэнергии и является стандартной номинальной мощностью в Соединенных Штатах. В Европе мощность двигателя в киловаттах стала стандартной.

      1 л.с. = 746 Вт. Двигатель мощностью 100 л.с. будет производить 74,6 кВт электроэнергии. NEC требует, чтобы номинальная мощность в лошадиных силах была указана на заводской табличке для двигателей мощностью более 1/8 л.с.

      КПД двигателя

      Индикация того, сколько электрической энергии, подаваемой на двигатель, преобразуется в механическую энергию выходного вала.Выражается в процентах. Оставшаяся тепловая энергия, не преобразованная в механическую энергию, теряется в основном в виде тепла, которое может повредить изоляцию двигателя.

      Эффективность определяется как выходная мощность, деленная на входную мощность, выраженная в процентах: (Выход / Вход) 100.

      Потери в двигателе из-за перегрева могут сильно повлиять на КПД. Существует пять различных типов потерь двигателя:

      1. Потери в сердечнике: Энергия, необходимая для намагничивания сердечника, и потери на вихревые токи в сердечнике статора.
      2. Потери в статоре: I 2 R Нагрев статора за счет протекания тока в обмотках статора.
      3. Потери ротора: I 2 нагрев стержней ротора при протекании индуцированного тока
      4. Потери на трение и ветер: Подшипник и трение воздуха на валу ротора и охлаждающем вентиляторе.
      5. Блуждающие потери в нагрузке: Потоки реактивного сопротивления утечки, вызванные током нагрузки.

      Первые три категории (сердечник, статор и ротор) обычно составляют более 80% общих потерь двигателя.

      Сервис-фактор

      Эксплуатационный коэффициент двигателя (SF) является мерой периодической перегрузочной способности, при которой двигатель может работать без перегрева или другого повреждения двигателя, когда на двигатель подается номинальное напряжение и частота.

      Двигатели, которые постоянно работают с эксплуатационным коэффициентом выше 1, будут иметь меньший ожидаемый срок службы по сравнению с двигателями, работающими при номинальной мощности, указанной на паспортной табличке.

      Пример: двигатель мощностью 1 л.с. с сервис-фактором 1.15 может работать с мощностью 1,15 л.с. без перегрева (11.15)

      Номинальное превышение температуры, класс системы изоляции и номинальная температура окружающей среды

      NEMA определяет допустимое повышение температуры для двигателей, работающих при полной нагрузке и при эксплуатационном коэффициенте, если применимо. Спецификация стандартизирована для температуры окружающей среды 40°C или 104°F для всех классов изоляции.

      Каждый класс изоляции имеет максимальное превышение температуры обмотки двигателя и максимальную номинальную температуру.Кроме того, указано повышение температуры в горячих точках, которое относится к обмоткам двигателя, окруженным другими обмотками.

      Допустимое повышение температуры при полной нагрузке для двигателей с эксплуатационным коэффициентом 1,0

      • Изоляция класса A 60°C, 5°C Горячая точка
      • Класс B Изоляция 80°C, 10°C Горячая точка
      • Класс F Изоляция 105°C, 10°C Горячая точка
      • Класс H Изоляция 125°C, 15°C Горячая точка

      Допустимое превышение температуры при эксплуатационном коэффициенте для двигателей с эксплуатационным коэффициентом 1.15

      • Изоляция класса A 70°C
      • Изоляция класса B 90°C
      • Изоляция класса F — 115°C

      Максимальная температура изоляции обмотки двигателя

      • Изоляция класса A 105°C
      • Изоляция класса B 130°C
      • Изоляция класса F 155°C
      • Изоляция класса H — 180°C

      Пример: для изолированного двигателя класса F с эксплуатационным коэффициентом 1.0, добавьте допустимое повышение NEMA на 105 °C к эталонной температуре 40 °C, чтобы получить максимальную рабочую температуру двигателя (105 + 40 = 145 °C).

      Максимальная номинальная температура, указанная NEMA, выше допустимого повышения температуры, чтобы обеспечить запас для температуры «горячей точки» обмотки, в данном случае 10 ° C для машины класса F.

      Двигатели

      класса F традиционно используются в большинстве промышленных применений. С ростом использования приводов переменного тока с регулируемой скоростью (VFD) и связанным с этим нагревом, вызванным гармониками, создаваемыми этими приводами, класс H стал более распространенным.

      Рейтинг времени

      Электродвигатели имеют номинальную выдержку времени, которая указывает, как долго они могут работать при номинальной нагрузке и температуре окружающей среды. Стандартные двигатели рассчитаны на непрерывный режим работы, который можно эксплуатировать круглосуточно (24 часа в сутки, 7 дней в неделю) без перерыва.

      В зависимости от применения некоторые двигатели могут быть рассчитаны только на кратковременную работу. Двигатели с сокращенным сроком службы могут быть изготовлены в облегченной конструкции, поэтому их цена ниже, чем у двигателей, рассчитанных на непрерывный режим работы.

      Примером двигателя повторно-кратковременного режима может служить привод клапана. Во многих случаях механические клапаны периодически открываются и закрываются, в отличие от двигателя насоса, который может работать в течение многих часов или дней подряд.

      Время работы электродвигателя обычно выражается в минутах. Некоторыми примерами рейтингов времени являются 5, 15, 30, 60 минут прерывистого режима.

      Кодовая буква или ампер с заблокированным ротором

      Электродвигатели обычно имеют большой пусковой ток, связанный с ними, когда они запускаются с их полным номинальным напряжением, приложенным к обмоткам.Во многих случаях этот пусковой ток во много раз превышает значение тока полной нагрузки.

      Значение заблокированного ротора важно, поскольку большой пусковой ток может снизить напряжение, подаваемое на двигатель, что может повлиять на другое оборудование в той же цепи. Пониженное напряжение и пускатели двигателя по схеме «звезда-треугольник» могут помочь ограничить этот пусковой ток путем подачи на двигатель меньшего напряжения в течение короткого периода времени, пока двигатель не наберет скорость, прежде чем подавать полное номинальное напряжение.

      Заблокированный ротор относится к кВА на л.с., которые будут потребляться, когда ротор заблокирован на месте.Кодовые буквы для этого рейтинга будут варьироваться от A до V, при этом двигатели класса A имеют наименьшую номинальную мощность в кВА, а двигатели с кодом V — наибольшую.

      Стандартные значения тока блокировки можно найти в статье 430 NEC. Это значение требуется, если двигатель переменного тока мощностью 0,5 л.с. или более. На многофазных двигателях с фазным ротором буквенное обозначение обычно не указывается.

      Буквенный код дизайна

      Электродвигателям присваивается буквенный код конструкции, указанный NEMA, который определяет характеристики крутящего момента и тока двигателя.Некоторым машинам могут потребоваться двигатели с особыми характеристиками, обозначенными этим кодом.

      • Код A Нормальный пусковой момент, высокий пусковой ток
      • Код B Нормальный пусковой момент, низкий пусковой ток
      • Код C Высокий пусковой момент, низкий пусковой ток
      • Код D Высокий пусковой момент, низкий пусковой ток, высокое скольжение

      Определения букв конструкции двигателя можно найти в ANSI/NEMA MG 1-1993, Двигатели и генераторы, часть 1, определения, и в IEEE 100-1996, Стандартный словарь электрических и электронных терминов.Двигатели NEMA Code B являются наиболее широко используемым типом двигателей и могут запускать широкий спектр промышленных нагрузок.

      Буквенные коды конструкции электродвигателя. Фото: TestGuy

      Ток возбуждения и напряжение

      Для синхронных двигателей с возбуждением от постоянного тока номинальные ток возбуждения и напряжение указываются на паспортной табличке.

      Обмотка

      Тип конструкции обмотки, используемой для электродвигателя, такой как прямой шунт, стабилизированный шунт, составной или последовательный, если двигатель постоянного тока.

      Термически защищенный

      Двигатели, снабженные термозащитой, указаны на заводской табличке либо с пометкой Thermally Protected, либо с надписью T.P. Этот тип защиты отключает питание двигателя, если двигатель перегревается из-за перегрузки или невозможности запуска. Питание возобновляется после того, как двигатель остынет до приемлемой температуры.

      Тип корпуса

      Часто обозначаемый как ENCL на паспортной табличке, тип корпуса определяет степень защиты двигателя от рабочей среды и метод охлаждения.Стандартные типы корпуса двигателя включают:

      Открытая защита от капель (ODP) — подходит только для чистых и сухих помещений.

      Полностью закрытый с вентиляторным охлаждением (TEFC) — обычно используется на открытом воздухе и в грязных местах, но не является воздухонепроницаемым или водонепроницаемым. Количество воды и наружного воздуха, попадающих в двигатель, не влияет на его работу.

      Полностью закрытый невентилируемый (TENV) — используется в местах, подверженных воздействию сырости или грязи, и не оснащен вентилятором для охлаждения.Эти двигатели используют естественную конвекцию для охлаждения и не должны использоваться в опасных зонах или в местах с повышенной влажностью.

      Totally Enclosed Air Over (TEAO) — пыленепроницаемый корпус, предназначенный для воздуходувок и вентиляторов, установленных на валах. Двигатель должен быть установлен на самом валу по направлению воздушного потока.

      Totally Enclosed Wash Down (TEWD) — предназначен для струй воды высокого давления и повышенной влажности. Этот тип корпуса является лучшим выбором для влажной среды.

      Полностью закрытые, агрессивные и суровые условия окружающей среды предназначены для неопасных сред с экстремальным присутствием влаги или химических веществ.

      Взрывозащищенный (EXPL) разработан, чтобы выдерживать внутренние взрывы определенных газов или паров, не допуская распространения взрыва во внешнюю атмосферу.

      Опасные зоны (HAZ) — Общая классификация опасных зон. Эти двигатели подразделяются на классы, подразделения и группы.

      Размер корпуса

      Размеры двигателя указаны размером рамы и определяют важные установочные размеры, такие как схема установки отверстий для ног, диаметр вала и высота вала.

      Напряжение нагревателя

      Двигатели, используемые для наружной установки или в местах, где может образовываться конденсат, часто оснащаются нагревателями для предотвращения образования конденсата. Этот тип оборудования обычно маркируется номинальным напряжением нагревателя, количеством фаз и номинальной мощностью в ваттах.

      Нагреватели конденсата включаются при выключении двигателя. Статья 430.7(A)(15) NFPA 70-2017 требует, чтобы производитель маркировал двигатель, оснащенный конденсационным нагревателем, чтобы предупредить установщика о необходимости обеспечить надлежащее электропитание нагревателя.

      Каталожные номера

      Комментарии

      Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий.

      Устройство и принцип работы синхронного двигателя

      Принцип работы синхронного двигателя примерно такой же, как и у асинхронного.Но есть несколько отличий, которые являются ключевыми при выборе мотора для той или иной конструкции. Асинхронные машины широко используются в промышленности — их доля достигает 96% от общего количества электродвигателей. Но это не значит, что не существует других типов электрических сборок.

      Отличие от асинхронного двигателя

      Основное отличие синхронной машины состоит в том, что скорость вращения якоря такая же, как и аналогичная характеристика магнитного потока.И если в асинхронных двигателях используется короткозамкнутый ротор, то в синхронных двигателях на него намотана проволока, на которую подается переменное напряжение. В некоторых конструкциях используются постоянные магниты. Но это удорожает двигатель.

      При увеличении нагрузки, подключенной к ротору, скорость его вращения не изменится. Это одна из ключевых особенностей данного типа машин. Обязательным условием является то, что движущееся магнитное поле должно иметь столько пар полюсов, сколько электромагнит на роторе.Именно это гарантирует постоянную угловую скорость вращения этого элемента двигателя. И это не будет зависеть от приложенного к нему момента.

      Конструкция двигателя

      Устройство и принцип действия синхронных двигателей просты. В конструкцию входят такие элементы как:

      1. Неподвижная часть — статор. На нем три обмотки, которые соединены по схеме «звезда» или «треугольник». Статор собран из пластин электротехнической стали с высокой степенью проводимости.
      2. Подвижной частью является ротор. У него тоже есть обмотка. При работе на него подается напряжение.

      Между ротором и статором воздух. Он обеспечивает нормальную работу двигателя и позволяет магнитному полю беспрепятственно воздействовать на элементы агрегата. В конструкции присутствуют подшипники, в которых вращается ротор, а также клеммная коробка, расположенная в верхней части двигателя.

      Как работает двигатель

      Вкратце, принцип действия синхронного двигателя, как и любого другого, заключается в преобразовании одного вида энергии в другой.А конкретно — электрическое в механическое. Двигатель работает следующим образом:

      1. Обмотки статора питаются переменным напряжением. Он создает магнитное поле.
      2. Переменное напряжение также подается на обмотки ротора, создавая поле. Если используются постоянные магниты, это поле уже доступно по умолчанию.
      3. Два магнитных поля пересекаются, противодействуют друг другу — одно толкает другое. Благодаря этому ротор движется. Он установлен на шарикоподшипниках и способен свободно вращаться, нужно только дать толчок.

      Вот и все. Теперь остается только использовать полученную механическую энергию в необходимых целях. Но нужно знать, как правильно вывести синхронный двигатель на нормальный режим. Принцип работы отличается от асинхронного. Поэтому необходимо соблюдать определенные правила.

      Для этого двигатель подключается к оборудованию, которое необходимо привести в движение. Обычно это механизмы, которые должны работать практически без остановки – вытяжки, насосы и так далее.

      Синхронные генераторы

      Обратная конструкция — синхронные генераторы. В них процессы протекают несколько иначе. Принцип работы синхронного генератора и синхронного двигателя различен, но не существенно:

      1. Обмотка статора не находится под напряжением. С ним снимается.
      2. На обмотку ротора подается переменное напряжение, необходимое для создания магнитного поля. Потребляемая мощность крайне мала.
      3. Ротор электрогенератора раскручивается с помощью дизельного или бензинового двигателя или силой воды и ветра.
      4. Вокруг ротора существует движущееся магнитное поле. Поэтому в обмотке статора наводится ЭДС, и на концах появляется разность потенциалов.

      Но в любом случае необходимо стабилизировать напряжение на выходе генераторной установки. Для этого достаточно запитать обмотку ротора от источника, напряжение которого постоянно и не изменяется при колебаниях частоты вращения.

      Полюса обмотки двигателя

      В конструкции ротора имеются постоянные или электрические магниты.Их обычно называют полюсами. В синхронных машинах (двигателях и генераторах) катушки индуктивности могут быть двух типов:

      1. Это электрическое поле.
      2. Они неявно поляризованы.

      Отличаются только взаимным расположением полюсов. Для снижения сопротивления со стороны магнитного поля, а также улучшения условий проникновения потока применяют сердечники из ферромагнетиков.

      Эти элементы расположены как в роторе, так и в статоре.Для изготовления используется только электротехническая сталь. В нем много кремния. Это отличительная черта данного вида металла. Это позволяет существенно уменьшить вихревые токи, повысить электрическое сопротивление сердечника.

      Воздействие полюсов

      В основе конструкции и принципа действия синхронных двигателей лежит обеспечение воздействия пар полюсов ротора и статора друг на друга. Для обеспечения работы необходимо разогнать индуктор до определенной скорости.Он равен тому, с которым вращается магнитное поле статора. Именно это позволяет обеспечить нормальную работу в синхронном режиме. В момент, когда происходит пуск, магнитные поля статора и ротора пересекаются друг с другом. Это называется «запись синхронизации». Ротор начинает вращаться со скоростью, аналогичной скорости магнитного поля статора.

      Пуск двигателей синхронного типа

      Самое сложное в синхронном двигателе — это его запуск. Именно поэтому его используют крайне редко.Ведь конструкция усложняется системой запуска. Долгое время работа синхронного двигателя зависела от ускоряющего асинхронного, механически связанного с ним. Что это значит? Второй тип двигателя (асинхронный) позволял разогнать ротор синхронной машины до подсинхронной частоты. Обычные асинхронные устройства не требуют специальных устройств для пуска, достаточно лишь подать рабочее напряжение на обмотки статора.

      После набора требуемой скорости двигатель разгона выключается.Магнитные поля, взаимодействующие в электродвигателе, сами приводят его в работу в синхронном режиме. Для ускорения нужен другой двигатель. Его мощность должна составлять примерно 10-15% от аналогичной характеристики синхронной машины. Если вы хотите поставить в режим электродвигатель мощностью 1 кВт, для этого потребуется форсированный двигатель мощностью 100 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы машина могла работать как в режиме холостого хода, так и с небольшой нагрузкой на вал.

      Более современный способ разгона

      Стоимость такой машины оказалась намного выше.Поэтому проще использовать обычный асинхронный двигатель, хоть и с множеством недостатков. Но именно его принцип работы был использован для уменьшения габаритов и стоимости всей установки. С помощью реостата обмотки замыкаются на ротор. В результате двигатель становится асинхронным. Да и эксплуатировать его намного проще — он просто подает напряжение на обмотки статора.

      При выходе на подсинхронную скорость возможно раскачивание ротора. Но этого не происходит за счет работы его обмотки.Наоборот, действует как успокаивающее. Когда скорость вращения становится достаточной, на обмотку индуктора подается постоянное напряжение. Двигатель работает в синхронном режиме. Но этот способ можно реализовать только при использовании двигателей с обмоткой на роторе. Если вы используете постоянный магнит, вам придется установить дополнительный ускоряющий двигатель.

      Преимущества и недостатки синхронных двигателей

      Основное преимущество (по сравнению с асинхронными машинами) — за счет независимого питания обмотки ротора агрегаты могут работать и при высоком коэффициенте мощности.Также можно выделить такие достоинства, как:

      1. Уменьшается потребляемый электродвигателем ток, увеличивается КПД. Если сравнивать с асинхронным двигателем, то эти характеристики у синхронной машины лучше.
      2. Крутящий момент прямо пропорционален напряжению питания. Поэтому даже при снижении напряжения в сети нагрузочная способность значительно выше, чем у асинхронных машин. Надежность устройств этого типа намного выше.

      Но есть один большой недостаток — сложная конструкция. Поэтому при производстве и последующем ремонте затраты будут выше. Кроме того, питание обмотки ротора обязательно требует наличия источника постоянного тока. А скорость вращения ротора можно регулировать только с помощью преобразователей — их стоимость очень высока. Поэтому синхронные двигатели применяют там, где нет необходимости часто включать и выключать агрегат.

      р>

      Какие бывают типы электродвигателей? — Бык Наука

      Электродвигатель представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.В основном существует три типа электродвигателей: двигатели переменного тока (синхронные и асинхронные двигатели), двигатели постоянного тока (щеточные и бесщеточные) и двигатели специального назначения.

      Каков принцип работы электродвигателя?

      • Когда проводник с током находится во внешнем магнитном поле, перпендикулярном проводнику, на проводник действует сила, перпендикулярная ему самому и внешнему магнитному полю.
      • Правило правой руки   для силы, действующей на проводник, можно использовать для определения направления силы, действующей на проводник: если большой палец правой руки указывает в направлении тока в проводнике, а пальцы силы на проводнике проводник направлен наружу от ладони правой руки.
      • Аналоговые электрические счетчики (например, гальванометр, амперметр, вольтметр) работают по принципу двигателя. Электродвигатели являются важным применением принципа двигателя.

      Строительство

      Электродвигатель состоит из постоянного внешнего магнита (статора) и проводящего амперметра (ротора), который может свободно вращаться внутри магнита возбуждения. Щетки и коммутатор (устроенный иначе, если на якорь подается переменный или постоянный ток) подключают якорь к внешнему источнику напряжения.Скорость вращения двигателя зависит от величины протекающего через него тока, числа витков на якоре, силы магнитного поля, магнитной проницаемости якоря и механической нагрузки, присоединенной к валу.

      Типы электродвигателей

      Обычно электродвигатели делятся на два типа (двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока).
      Сейчас!
      Подробно узнаем о подтипах двигателей переменного и постоянного тока.

      Типы двигателей переменного тока

       Синхронные двигатели

      Существует два типа синхронных двигателей.

      1. Обычная
      2. Супер

      Асинхронные двигатели

      • Асинхронные двигатели
      • Коллекторные двигатели
        • Серия
        • Компенсированный
        • Шунт
        • Отвращение
        • Индукция отталкивания-старта
        • Индукция отталкивания

      Классификация по роду тока

      Классификация по скорости работы

      • Постоянная скорость.
      • Переменная скорость.
      • Регулируемая скорость.

      Классификация на основе конструктивных особенностей

      • Открыть
      • Закрытый
      • Полузакрытый
      • Вентилируемый
      • Трубчатая вентиляция
      • Заклепочная проушина и т. д.

      Типы двигателей постоянного тока

      Наиболее распространенные типы двигателей постоянного тока:

      • Двигатели с постоянными магнитами
      • Коллекторный двигатель постоянного тока
      • Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением
      • Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением
      • Составной двигатель постоянного тока
      • Кумулятивный состав
      • Дифференциальный состав
      • Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами
      • Отдельное возбуждение
      • Бесщеточный двигатель постоянного тока
      • Электродвигатели постоянного тока без сердечника или без сердечника
      • Двигатели постоянного тока с печатным якорем или блинчатым двигателем
      • Универсальные двигатели

      Двигатель постоянного тока

      В общем, двигатели постоянного тока наиболее желательны в двух ситуациях.Во-первых, когда единственной доступной энергией является постоянный ток, что происходит в автомобилях и небольших устройствах с батарейным питанием. Другой случай, когда необходимо тщательно подкорректировать кривую крутящий момент-скорость. По мере развития технологий и манипуляций с двигателями переменного тока этот аспект становится менее важным, но исторически двигатель постоянного тока было легко настроить, что делает его пригодным для сервоприводов и тяговых приложений. С относительной скоростью высокого тока и низкого напряжения. Вариантами стандартного двигателя постоянного тока являются мощность и бесщеточный двигатель постоянного тока, который представляет собой очень сложное устройство по сравнению со стандартным двигателем.Двигатели постоянного тока используются в приложениях, требующих управления скоростью или положением, а также когда необходим высокий пусковой момент, поскольку двигатели переменного тока имеют трудности в этой области.

      Смотрите также:

      Двигатели с постоянными магнитами (PM)

      • Двигатель с постоянными магнитами (ПМ) отличается от двигателя постоянного тока с возбуждением в одном отношении: двигатель с постоянными магнитами получает свое поле от постоянного магнита, тогда как в двигателе постоянного тока с возбуждением поле создается, когда ток возбуждения протекает через катушки поля.
      • В двигателе с возбуждением поток остается постоянным только до тех пор, пока ток возбуждения поддерживается постоянным. Но, напротив, в двигателе с постоянными магнитами поток всегда постоянен.
      • Мощность любого двигателя определяется по формуле:

      Где, P ° = выходная мощность (в л.с.)

      T= крутящий момент (в фунтах – футах)

      N rt  = скорость вращения ротора (об/мин)

      • Таким образом, выходная мощность пропорциональна произведению крутящего момента и скорости.

      Двигатели с постоянными магнитами можно разделить на 3 типа:

      1. Обычный двигатель с постоянными магнитами
      2. Двигатель с подвижной катушкой
      3. Бесщеточный двигатель постоянного тока

      Обычный двигатель с постоянными магнитами

      Обычные электродвигатели с постоянными магнитами включают узел ротора с полюсными постоянными магнитами, соединенными со ступицей ротора и помещенными в немагнитную металлическую втулку. Обычные узлы ротора включают немагнитный материал, такой как, например, пластик, между каждым из постоянных магнитов для сохранения желаемой ориентации постоянных магнитов на втулке ротора.Посадка с натягом между металлической втулкой и постоянными магнитами плотно прилегает к ротору.

      Ротор с подвижной катушкой

      Двигатель с подвижной катушкой (MCM), хотя и является двигателем с постоянными магнитами, отличается от обычного двигателя с постоянными магнитами первичной обмоткой якоря. MCM является результатом инженерного требования, согласно которому двигатели должны иметь высокий крутящий момент, малую инерцию ротора и малую электрическую постоянную времени. Эти требования выполняются в MCM.

      Моментный двигатель

      Можно сделать вывод, что все двигатели создавали крутящий момент.Таким образом, все двигатели можно назвать моментными. Однако моментный двигатель отличается от большинства других двигателей постоянного тока тем, что он должен работать в течение длительного времени в остановленном или низкоскоростном состоянии. Не все двигатели постоянного тока предназначены для этой операции. Низкая ЭДС означает, что будет протекать большой ток якоря. Большинство обычных двигателей постоянного тока не предназначены для рассеивания тепла, создаваемого этим большим током. Но моментные двигатели предназначены для работы на низкой скорости или в остановленном состоянии в течение длительных периодов времени и используются в таких приложениях, как намотка или ленточные накопители.При намотке натяжение часто контролируется моментным двигателем.

      Шаговый двигатель

      • Шаговый двигатель — это полностью цифровой двигатель.
      • После того, как ротор сделает шаг, он останавливается до получения импульса.
      • Шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические движения.
      • Вал или шпиндель шагового двигателя вращается с дискретным приращением шага, когда на него подаются электрические импульсы управления в правильной последовательности.
      • Вращение двигателя имеет несколько прямых связей с этими приложенными входными импульсами.
      • Последовательность подаваемых импульсов напрямую связана с направлением вращения вала двигателя. Скорость вращения валов двигателя зависит от частоты входных импульсов, а длина вращения напрямую зависит от количества подаваемых входных импульсов.

      Похожие темы

      Применение синхронных конденсаторов в промышленности

      Дата публикации: 20 сентября 2020 г. Последнее обновление: 20 сентября 2020 г. Абдур Рехман

      Синхронный конденсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки и в режиме перевозбуждения.Синхронный двигатель в режиме перевозбуждения ведет себя как конденсатор, на что указывает опережающий ток или подача реактивной мощности в цепь синхронным двигателем.

      Принцип работы синхронного конденсатора:

      Поскольку синхронный конденсатор представляет собой синхронный двигатель, его принцип работы будет таким же, как у синхронного двигателя. Синхронный двигатель работает по принципу ЭДС движения, то есть проводник стремится вращаться под действием магнитного поля.Для создания магнитного поля используются два способа: подача трехфазного переменного тока и подача постоянного тока на статор.

      Цель обеспечения двух способов возбуждения заключается в том, что он может вращаться с синхронной скоростью, поскольку синхронный двигатель работает на блокировке магнитного поля, создаваемого статором и обмоткой возбуждения постоянного тока.

      👉🏼 Мы запустили новый курс, т. е. IEEE 1584-2018 (Руководство по расчету опасности вспышки дуги) . В этом курсе мы рассказали о введении, истории и некоторых основных изменениях в утвержденном стандарте IEEE 1584-2018.В настоящее время мы предлагаем скидку 50% в течение ограниченного времени. Мы надеемся, что вы присоединитесь к нам и получите от этого пользу.

      Изменение возбуждения поля постоянного тока, которое может привести к трем возможным результатам, указанным ниже:

      1.  При первоначальном увеличении источника постоянного тока ток якоря уменьшается, что показывает, что статор использует меньший ток для создания магнитного потока. Это также показывает, что двигатель потребляет меньший реактивный (отстающий) ток. Это называется режимом недовозбуждения .
      2.  При дальнейшем увеличении возбуждения постоянного поля наступает точка, в которой ток якоря наименьший, и считается, что двигатель работает с коэффициентом мощности, равным единице. Все требования к возбуждению поля выполняются за счет источника постоянного тока (поле с концов статора не требуется). Этот режим называется режимом нормального возбуждения синхронного двигателя.
      3.  При дальнейшем увеличении тока возбуждения за счет источника постоянного тока поток чрезмерно увеличивается, и, чтобы уравновесить его, статор начинает отдавать реактивную мощность, а не поглощать ее.В результате двигатель потребляет опережающий ток.
      Вышеупомянутый третий результат синхронного двигателя формирует принцип работы синхронного конденсатора.

      Применение синхронного конденсатора в энергосистемах:

      Благодаря преимуществу регулировки ВАРС (реактивной мощности) синхронного двигателя путем изменения возбуждения возбуждения, синхронный двигатель можно использовать во многих приложениях, некоторые из которых указаны ниже

      Коррекция коэффициента мощности:

      ​Коэффициент мощности — это отношение фактической потребляемой мощности к общей подаваемой мощности.Это дается как:

      коэффициент мощности  =

      активная мощность (P) полная мощность (S)

      Где кажущаяся мощность – это фактическая мощность, вырабатываемая любыми средствами генерации без нагрузки, а активная мощность – это мощность, потребляемая нагрузкой для выполнения какой-либо полезной работы. Коэффициент мощности также известен как косинус угла между подаваемым напряжением и током. Коэффициент мощности также помогает определить соотношение сопротивления и реактивного сопротивления (емкостного и индуктивного сопротивления) в рассматриваемой цепи.Разница в подаваемой и потребляемой мощности обусловлена ​​наличием индуктивной и емкостной нагрузок.

      Например, каждому двигателю требуется некоторый ток намагничивания для целей индукции (трехфазное напряжение статора создает вращающееся магнитное поле и имеет тенденцию индуцировать напряжение в роторе), из-за чего не вся подводимая мощность преобразуется в полезную работу в В двигателях некоторая мощность используется для намагничивания, которая известна как реактивная мощность (Q).

      Во многих отраслях промышленности используется асинхронный двигатель, работающий в режиме отстающей нагрузки.Необходимо иметь более высокий коэффициент мощности, что означает, что любая отстающая нагрузка должна иметь как можно меньше тока намагничивания по той причине, что она не выполняет никакой полезной работы, а требуется только для наведения ЭДС в цепи.

      Учитывая пример, когда двигатель мощностью 500 кВт работает с отставанием 0,8 пФ, учитывая, что напряжение остается постоянным, ток, необходимый для намагничивания (I * sin θ), будет значительно ниже, чем ток, необходимый для выполнения полезной работы (I * cos θ). .Теперь, если для одного и того же двигателя коэффициент мощности станет равным 0,5, теперь потребуется больший ток со стороны питания, общая реактивная мощность будет намного больше, чем требуется. Короче говоря, наличие коэффициента мощности приводит к растрате электроэнергии, поэтому коммунальные службы налагают штраф за низкий коэффициент мощности.

      Рис.: влияние изменения коэффициента мощности

      Для поддержания хорошего коэффициента мощности используются конденсаторные батареи, которые обеспечивают требуемый ток для отстающей нагрузки, тем самым снижая потребность в токе со стороны питания.Проще говоря, батарея конденсаторов в качестве ведущей нагрузки просто нейтрализует эффект отстающей нагрузки, уменьшая нагрузку со стороны источника питания для обеспечения тока.

      Батареи статических конденсаторов не являются предпочтительными для мест, где нагрузки слишком сильно меняются, по той причине, что переменная нагрузка вызывает изменение потребности в токе, а поскольку ток изменяется по отношению к статическому конденсатору, возникает проблема, связанная с перекомпенсацией или недостаточной компенсацией можно наблюдать коэффициент мощности.

      Например, два двигателя мощностью 500 кВт имеют компенсацию коэффициента мощности, равную 0.-6. Здесь мы можем рассмотреть два случая:

      • Перекомпенсация:  Один из двигателей не используется в течение некоторого времени, тогда произойдет перекомпенсация коэффициента мощности для одного работающего двигателя. Сверхкомпенсация вызывает повреждение теплоизоляции, так как чрезмерная компенсация вызывает протекание большого количества тока через двигатель (поскольку конденсатор компенсирует запаздывающий ток, чрезмерная компенсация через конденсатор вызывает увеличение I*cosθ, что может увеличить допустимое допустимое значение проводников для потока). тока), вызывает нагрев проводников и изоляции и приводит к повреждению изоляции.
      • Недостаточная компенсация :  Другой причиной может быть то, что к этим двум двигателям подключен еще один двигатель мощностью 500 кВт. Теперь будет недокомпенсация через батарею конденсаторов. Потребуется установка новой конденсаторной батареи.

      Короче говоря, установка батареи статических конденсаторов не является хорошей идеей для целей коррекции коэффициента мощности. Для этой цели синхронный конденсатор будет лучшим вариантом, так как синхронный конденсатор может иметь переменную компенсацию за счет изменения тока возбуждения.Например: если нам требуется компенсация для двух двигателей мощностью 500 кВт, то изменение тока возбуждения синхронного двигателя в соответствии с заданной нагрузкой приведет к требуемому коэффициенту мощности. если один из двигателей остановится, то уменьшение тока возбуждения приведет к меньшему опережающему току от синхронного конденсатора, и будет достигнут требуемый коэффициент мощности.

      В основном в линиях электропередач синхронный конденсатор используется для коррекции коэффициента мощности. Для этой цели могут использоваться контроллеры, которые определяют общие требования к реактивной мощности и пропорционально изменяют возбуждение синхронного конденсатора.

      Компенсатор реактивной мощности:

      ​В энергосистеме короткое замыкание приводит к серьезным последствиям, включая отключение электроэнергии, срок службы другого оборудования сокращается, а также могут возникнуть проблемы со стабильностью, если их не устранить должным образом.

      Короткое замыкание относится к непреднамеренному соединению между двумя проводниками, имеющими разную разность потенциалов (имеющих разную величину или углы сдвига фаз), что приводит к сильному течению тока, а также к падению напряжения в этом месте.

      Падение напряжения в любой точке системы может быть устранено путем предоставления (реактивной мощности) VARS в этой точке. Для этой цели может быть использован синхронный конденсатор, так как он может обеспечить требуемую ВАРС за счет регулировки своего возбуждения.

      Инерция:

      Потеря инерции относится к проблеме, которая обычно возникает в ветровой и солнечной системе, поскольку в этой системе существует большое колебание частоты по сравнению с обычной системой производства электроэнергии (ископаемое топливо, пар, газ и гидротурбины). ).Противостоять этому могут синхронные конденсаторы с их вращающейся массой.

      Ограничения синхронного конденсатора:

      • Неэкономично при компенсации менее 500 кВАр
      • Шум и переходные процессы
      • Требуется отдельное возбуждение, увеличение стоимости
      • Высокая стоимость обслуживания
      • Имеются значительные потери в двигателях
      • Стоимость защитных устройств увеличивается из-за высокой стойкости к короткому замыканию

      Заменители синхронных конденсаторов:

      • Статический компенсатор реактивной мощности (SVC)
      • Статический синхронный компенсатор (STATCOM)
      • Конденсаторы и реакторы серии
      • Шунтирующие конденсаторы
      • Отвод трансформатора
      • Устройство FACT (гибкая передача переменного тока)

      Сравнение:

      Конденсаторы
      Характеристики Статический компенсатор реактивной мощности (SVC Синхронный конденсатор Статический компенсатор (СТАТКОМ)
      Механизм переключаются через тиристоры для компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности за счет изменения возбуждения поля Использует схемы с электронной коммутацией для компенсации
      Стоимость Поскольку он имеет только стационарную часть, общая стоимость намного меньше. Синхронный конденсатор имеет высокую общую стоимость Общая стоимость меньше
      Техническое обслуживание Меньше Высокий Меньше
      Потери мощности Меньше Высокий  Меньше
      Снижение напряжения SVC зависит от квадрата напряжения.Неисправность при понижении напряжения не зависят от падения напряжения и обычно используются для компенсации напряжения при коротком замыкании нет конденсатора, следовательно, нет неисправности из-за падения напряжения
      Переходное переключение Переходный процесс переключения из-за цепи силовой электроники Нет переходных процессов переключения Переходные процессы при переключении из-за цепи силовой электроники

      • Об авторе

        Абдур Рехман — профессиональный инженер-электрик с более чем восьмилетним опытом работы с оборудованием от 208 В до 115 кВ как в сфере коммунального хозяйства, так и в промышленной и коммерческой сфере.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.