Электродвигатели двухфазные

Двухфазные асинхронные бесколлекторные и коллекторные электродвигатели используются для подключения к трехфазной сети переменного тока посредством двух проводов. Кроме обмотки, которая включена в сеть непосредственно, у двухфазных двигателей есть еще и вторая обмотка. Она последовательно соединяется либо с конденсатором, либо с катушкой – с одним из фазосмещающих устройств электродвигателя. Двухфазные обмотки, которые перпендикулярны друг другу, могут создавать вращающиеся магнитные поля. Для этого фазы обмотки необходимо запитать токами, которые смещены по фазе на 90 градусов. В этом случае мы имеем вращающее магнитное поле, как в трехфазном двигателе.

Достоинства и недостатки двухфазных электродвигателей

В двухфазном электродвигателе, по аналогии с трехфазным, ротор самого двигателя получает ускорение, пока не достигнет конечной частоты вращения. Вращающий момент двухфазного электродвигателя обусловлен токами, которые вызываются вращающимся магнитным полем стержней ротора.

При этом конечная частота вращения ротора ниже частоты вращения магнитного поля.

• В случае, если фазы обмотки двигателя питать только от одной фазы электросети с однофазным током, для получения вращающегося магнитного поля применяют конденсаторы. Такой двигатель имеет свои недостатки. Это пульсация тока, которая, в свою очередь, уменьшает вращающий момент. Для компенсации данного недостатка установку усложняют путем отключения части емкости.
• Электродвигатели двухфазные могут быть выполнены не только с короткозамкнутым, но и с полым ротором. В таком случае ротор выполнен в виде алюминиевого цилиндра, который вращается в воздушном зазоре между внутренним и внешним статором. В алюминиевом цилиндре вращающееся поле вызывает вихревые токи. В воздушном зазоре между статорами они взаимодействуют с магнитным полем, и тем самым создают вращающийся момент электродвигателя. Конечная асинхронная частота вращения цилиндра соответствует нагрузке на валу.
• Благоприятные рабочие характеристики электродвигателя обусловлены малым моментом инерции полого ротора. Такие электродвигатели рассчитаны в первую очередь на малые мощности.

Сферы применения двухфазных электродвигателей

Основная сфера применения двухфазных двигателей – автоматические устройства. Например, электродвигатели с полым ротором зачастую применяют для  автоматического регулирования в мостовых и компенсационных схемах.

Также двухфазные электродвигатели используют, как управляемые двигатели, регулируя частоту вращения, вращающий момент, изменяя фазы напряжения обмоток. Купить качественные электродвигатели Вы можете в нашей компании. 

Просмотров: 3819

Дата: Суббота, 18 Январь 2014

Конденсаторный двигатель

Конденсаторный двигатель или конденсаторный асинхронный электродвигатель — двухфазный асинхронный электродвигатель одна фаза которого постоянно подключена к сети переменного тока через конденсатор.

В ГОСТ 27471-87 [1] дано следующее определение:
Конденсаторный двигатель — двигатель с расщепленной фазой, у которого в цепь вспомогательной обмотки постоянно включен конденсатор.

Конденсаторный двигатель, хотя и питается от однофазной сети, по существу является двухфазным.

Ёмкостной сдвиг фаз с рабочим конденсатором

Ёмкостной сдвиг фаз с пусковым и рабочим конденсатором

Конструктивно конденсаторный асинхронный двигатель представляет из себя двухфазный двигатель. На статоре располагают две обмотки фаз, оси которых смещены относительно друг друга на 90 электрических градусов. Обе обмотки занимают равное число пазов. Питание электродвигателя осуществляется от однофазной сети переменного тока, при этом одна обмотка подключается непосредственно к сети, а другая через конденсатор. Таким образом, в отличии от однофазного двигателя, который после пуска работает с пульсирующим магнитным потоком, конденсаторный электродвигатель работает с вращающимся магнитным потоком.

Емкость рабочего конденсатора, требуемая для получения кругового вращающегося поля, определяется по формуле [2]

,

• где С_раб – емкость рабочего конденсатора, Ф,
• I_A — ток обмотки A, А,
• I_B — ток обмотки B, А,
• — угол фазового сдвига между током I_A и напряжением питания U при круговом вращающемся поле, градусов,
• U — напряжение питания сети, В,
• f — частота сети, Гц,
• k — коэффициент, определяемый отношением эффективных чисел витков в обмотках фаз статора B и A.

,

• где – число последовательно соединенных витков в обмотки фазы А и B статора,
• k_обА и k_обВ — обмоточный коэффициент обмоток фаз статора А и B

Для повышения пускового момента параллельно рабочему конденсатору С_р включают пусковой конденсатор C_п. Для создания пускового момента, равного номинальному, требуется пусковой конденсатор C_п в 2 — 2,5 раза больше рабочего C_р.

Фазы двигателей

Электродвигатели осуществляют питание с помощью переменного тока.  Электродвигатели разделяются на синхронные и асинхронные, отличие этих двигателей в принципе их работы. Синхронные движутся синхронно с магнитным полем, питающего их напряжения. Они в основном используются при наличии большой мощности. Асинхронные двигатели – это электродвигатели, которые работают с помощью переменного тока, где частота вращения ротора зависит от частоты вращающего магнитного поля.

Такие двигатели широко применяются в наше время. Также электродвигатели переменного тока отличаются количеством фаз. Они подразделяются на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Особенности фаз электродвигателей

• Однофазные двигатели применяются для подключения к однофазной сети переменного тока. Это асинхронный двигатель, у которого статор имеет одну обмотку, подключающуюся к сети однофазного тока.
• Двигатель с однофазной обмоткой подключается с помощью вращающегося магнитного поля.
• Магнитное поле создается основной обмоткой и дополнительной пусковой обмоткой.
• Преимущество однофазного двигателя, заключается в  простоте конструкции (короткозамкнутый ротор), а недостаток это малый пусковой объем и низкое КПД.

Двигатели двухфазные

• Двухфазные двигатели имеют две рабочие обмотки, которые сдвинуты на 90 градусов.
• При подаче переменного тока они питаются по двум токам, и образуется вращающееся магнитное поле.
• В двухфазном асинхронном двигателе создается вращающийся момент в стержнях ротора электродвигателя.
• Ротор ускоряется до достижения конечной частоты вращения поля. В настоящее время чаще используется асинхронный двухфазный электродвигатель, имеющий полый ротор.
• Если двухфазный электродвигатель питать от однофазной сети, то сдвиг фаз может произойти путем подключения конденсатора, имеющего достаточную емкость.

Трехфазный двигатель

• Трехфазный двигатель предназначен для работы от трехфазной сети переменного тока.
• Это электродвигатель, статор которого состоит из трех обмоток. В этом случае магнитное поле сдвинуто на 120 градусов.
• Наибольшее распространение получил асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой  обмоткой ротора.

При необходимости приобретения однофазных, двухфазных двигателей обращайтесь в компании, которые сотрудничают с испытанными временем производителями.  В нашей компании имеется широкий выбор электродвигателей разных моделей и марок.

Просмотров: 3011

Дата: Воскресенье, 15 Декабрь 2013

двухфазный двигатель переменного тока — патент РФ 2088029

Область использования: асинхронные и синхронные двигатели малой мощности. Сущность изобретения: магнитопровод статора двигателя состоит из кольцевого разомкнутого ярма, кольцевой магнитной обоймы и трех полюсов, шихтованных из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя, ярмо и магнитная обойма шихтуются обычным образом из листов, плоскости которых перпендикулярны оси машины, полюса установлены в пазах выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы, два полюса расположены диаметрально противоположно друг другу, а третий полюс расположен посередине между ними, в обойме диаметрально среднему полюсу выполнена прорезь, на внешней поверхности обоймы выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами в 45

o к осям полюсов, кольцевое разомкнутое ярмо напрессовано на выступы обоймы и полюса, одна фаза обмотки включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны от среднего полюса, а ругая состоит из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны от каждого из двух других полюсов. Технический результат: уменьшение расхода активных материалов, повышение технологичности и уменьшение трудоемкости, улучшение рабочих характеристик. 1 ил. Рисунок 1

Формула изобретения

Двухфазный двигатель переменного тока, содержащий разъемный статор с явно выраженными полюсами и с двухфазной обмоткой, состоящей из вставных катушек, наматываемых и изолируемых отдельно, отличающийся тем, что статор содержит три полюса, шихтованные из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя, полюса установлены в пазах, выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы, шихтованной из пластин, перпендикулярных пластинам полюсов, два полюса расположены диаметрально противоположно друг другу, третий расположен посередине между ними, в обойме диаметрально среднему полюсу выполнена прорезь, препятствующая замыканию потока мимо ротора, на внешней поверхности обоймы выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами 45^o к осям полюсов, на выступы и полюсы напрессовано кольцевое ярмо, разомкнутое между двумя выступами обоймы, размещенными по обе стороны от прорези в ней, а катушка двухфазной обмотки расположена на ярме, причем одна из фаз состоит из двух катушек, расположенных по обе стороны от среднего полюса, а другая из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны каждого из двух других полюсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве асинхронных и синхронных двигателей малой мощности, предназначенных для питания от однофазной сети. Такие двигатели по своему внутреннему устройству обычно являются двухфазными, причем одна фаза включается в сеть непосредственно, а другая через фазосмещающий элемент (чаще всего конденсатор). Обычно обмотка статора выполняется распределенной по его пазам, причем она укладывается в пазы или вручную, что представляет очень трудоемкую операцию, или с помощью дорогостоящих, сложных и ненадежных станков, требующих постоянной профилактики и наладки. Для уменьшения трудоемкости изготовления и повышения технологичности двигателя малой мощности выполняют с сосредоточенными обмотками на статоре, например, асинхронные двигатели серии ДКВ [1]
Прототипом предлагаемого изобретения является двухфазный конденсаторный двигатель, предназначенный для питания от однофазной сети, [2] с. 15, рис. 1.3, б. В этом двигателе статор выполняется разъемным. Полюсная система состоит из четырех явно выраженных полюсов, противоположные пары которых принадлежат одной из фаз, полюсные наконечники всех четырех полюсов одинаковы и соединяются между собой перемычками, в результате чего образуется единая крестовина полюсов, которая запрессовывается в ярмо статора. Катушка обмотки статора наматываются отдельно на специальные каркасы, надеваются на полюса до запрессовывания последних в ярмо статора. Несмотря на четыре явновыраженных полюса в магнитной системе статора, каждая его фаза создает двухполюсное магнитное поле. Катушка каждой фазы занимает два противоположных полюса, а зона действия магнитного поля фазы простирается лишь на половину окружности ротора. Отсюда вытекает основные недостатки этих двигателей плохое использование по основной (двухполюсной) пространственной гармоник поля (фазы действуют «рядом» друг с другом, их зоны действия не перекрывают друг друга, как в машинах с обмоткой, распределяемой по пазам). Кроме того, кривая индукции поля каждой фазы близка к прямоугольной, причем ширина прямоугольника равна половине полупериода кривой, у второй половины полупериода индукция данной фазы имеет нулевое значение (там располагается поле другой фазы). Такая прямоугольная кривая имеет такое же высокое удельное содержание высших пространственных гармонических, как и прямоугольная кривая без нулевых полочек, когда ширина прямоугольника равна всему полюсному делению. В предлагаемом электродвигателе достигаются уменьшение расхода активных материалов, повышение технологичности и уменьшение трудоемкости изготовления двигателя, а также возможность регулирования формы кривой распределения магнитного поля в зазоре машины за счет выбора конструктивных соотношений в магнитопроводе статора, в результате чего можно улучшить рабочие характеристики двигателя. Предлагается двухфазный двигатель переменного тока, содержащий разъемный статор с явновыраженными полюсами и с двухфазной обмоткой, состоящей из вставных катушек, наматываемых и изолируемых отдельно, в котором статор содержит три полюса, шихтованные из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя, полюса установлены в пазах, выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы, шихтованной из пластин, перпендикулярных пластинам полюсов, два полюса расположены диаметрально противоположно друг другу, третий расположен посередине между ними, в обойме диаметрально противоположно среднему полюсу выполнена прорезь, препятствующая замыканию потока мимо ротора, на внешней поверхности обоймы выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами 45^o к осям полюсов, на выступы и полюса напрессовано кольцевое ярмо, разомкнутое между двумя выступами обоймы, размещенные по обе стороны от прорези в ней, а катушки двухфазной обмотки расположены на ярме, причем одна из фаз состоит из двух катушек, расположенных по обе стороны от среднего полюса, а другая из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки, расположенные по обе стороны каждого из двух других полюсов. На чертеже показан поперечный разрез предлагаемого электродвигателя. Магнитопровод статора состоит из кольцевого разомкнутого ярма 1, кольцевой магнитной обоймы 2 и трех полюсов 3, 4, 5, шихтованных из пластин, плоскости которых параллельны радиальной плоскости, проходящей через ось данного полюса и ось двигателя. Ярмо 1 и магнитная обойма 2 шихтуются обычным образом из листов, плоскости которых перпендикулярны оси машины. Полюса 3-5 установлены в пазах, выполненных на внешней поверхности цилиндрической обоймы 2. Полюса 4 и 5 расположены диаметрально противоположно друг другу, полюс 3 расположен посередине между ними, в обойме 2 диаметрально среднему полюсу 3 выполнена прорезь 6, препятствующая замыканию потока фазы, состоящей из катушек 7 и 8, мимо ротора. На внешней поверхности обоймы 2 выполнены четыре выступа, радиальные оси которых расположены под углами в 45^o к осям полюсов. Кольцевое разомкнутое ярмо 1 напрессовано на выступы обоймы 2 и полюса 3-5. Ярмо должно быть разомкнуто для того, чтобы силовые линии поля, создаваемого фазой, состоящей из катушек 7 и 8, не замыкались вкруговую мимо ротора, а также для возможности заведения катушек обмотки статора 7-12 на своим места до запрессовывания ярма. Часть ярма против прорези 6 между двумя примыкающими к ней выступами отсутствует. Катушки 7-12 обмотки статора наматываются отдельно на каркасах и надеваются на ярмо со стороны разомкнутой его части перед запрессовыванием в него магнитной обоймы 2 и полюсов 3-5. Внутренние стороны катушек располагаются между выступами магнитной вставки и полюсами, одна фаза обмотки включает в себя две катушки 7 и 8, расположенные по обе стороны от среднего полюса 3, а другая состоит из двух полуфаз, каждая из которых включает в себя две катушки (9, 10, 11, 12), расположенные по обе стороны от каждого из двух других полюсов (4 и 5). Катушки фаз соединяются между собой таким образом, что ось поля фазы, состоящей из катушек 7 и 8, совпадает с осью полюсов 4 и 5 (силовые линии этого поля имеют на чертеже горизонтальные стрелки), а ось поля фазы, состоящей из катушек 9 и 10, 11 и 12, совпадает с осью полюса 3 и прорези 6 (стрелки силовых линий этого поля вертикальны). Двигатель работает следующим образом. Каждая фаза статора при ее включении под напряжение создает пульсирующее магнитное поле. Распределение полей фаз в пространстве, от характера которого зависят свойства двигателя, определяется конструкцией двигателя. Так, часть поля фазы катушек 7, 8 проникает в ротор через выступы магнитной обоймы и полюса 4, 5. Силовые линии этого поля имеют на чертеже горизонтальные стрелки, его ось совпадает с осью полюсов 4, 5. Поле этой фазы действует на всей окружности ротора и характер его распределения можно регулировать, изменяя соотношения между шириной полюса, выступов магнитной обоймы, толщиной кольцевой части магнитной обоймы и диаметром отверстий в выступах обоймы (которые нужны для стяжки пакета листов вставки). Для его усиления в месте расположения полюсов 4 и 5 (именно здесь индукция этого поля должна быть максимальной) и предназначены эти полюса. Ось поля другой фазы, состоящей из полуфаз 9, 10 и 11, 12, совпадая с осью полюса 3, сдвинуто в пространстве на 90^o по отношению к полю фазы 7, 8. Силовые линии этого поля имеют на чертеже вертикальные стрелки. Если поля двух фаз пульсируют и со сдвигом во времени (что должно обеспечиваться системой питания), то результирующее поле будет вращаться, что и является основным требованием к полю статора двигателя переменного тока. При этом будет создаваться вращающий электромагнитный момент, действующий на ротор (в асинхронном двигателе за счет токов, наведенных вращающимся полем статора в короткозамкнутой обмотке ротора, в синхронном двигателе с возбуждением на роторе за счет взаимодействия вращающегося поля статора и поля возбуждения ротора, в синхронном реактивном двигателе за счет стремления силовых линий вращающегося поля статора замкнуться по оси ротора с меньшим магнитным сопротивлением; во всех трех типах двигателей конструкция статора может быть одной и той же такой, как показано на чертеже). Для усиления этого поля по вертикальной оси служит полюс 3. Однако диаметрально с этим полюсом (на месте прорези 6) нельзя размещать еще один полюс, так как он должен был бы быть, как и полюса 3-5, охвачен снаружи ярмом, что, во-первых, привело бы к замыканию поля фазы 7-8 по ярму вкруговую, минуя ротор, а во-вторых, при замкнутом ярме исчезла бы возможность надевать на него катушки 7-11. В предлагаемом двигателе, как и в машинах с распределенной обмоткой, зоны действия двух фаз перекрывают друг друга, каждая фаза создает поле по всей окружности зазора. Распределение поля каждой фазы может быть близким к синусоидальному и регулироваться за счет выбора конструктивных соотношений в магнитопроводе статора: ширины полюса, толщины кольцевой обоймы, толщины ее части под полюсом, ширины выступов обоймы, диаметра отверстий в них (под стяжные шпильки или заклепки). При распределении поля по закону, близкому к синусоидальному, уменьшается отрицательное влияние высших пространственных гармоник, улучшаются рабочие характеристики двигателя. Сопряжение взаимно перпендикулярных пластин полюсов 3-5 и магнитной обоймы 2 обеспечивает специальный эффект: магнитная проводимость поперек узкой полоски обоймы под полюсом для поля, силовые линии которого проходят по этому полюсу, и проводимость для поля, силовые линии которого стремятся пройти вдоль полоски, существенно различны: если поперек полоски поле проходит практически беспрепятственно, то поле, стремящееся пройти вдоль узкой «подполюсной» части вставки, насыщает ее вдоль этого направления» и, встречая большое магнитное сопротивление, вытесняется в ротор. Поперек же листов полюсов это поле также практически не проходит. В результате участки магнитной системы статора приобретают «избирательную» магнитную проводимость, способствующую получению требуемого закона распределения в зазоре машины магнитных полей двух фаз: там, где поле одной фазы максимально и созданы все условия для максимальной магнитной проводимости этому полю, силовые линии другой фазы встречают наибольшее магнитное сопротивление, вытесняется в ротор и кривая его распределения проходит через ноль. Это и требуется в двухфазных машинах, где кривые распределения полей разных фаз сдвинуты на четверть периода. При намотке катушек вокруг ярма существенно уменьшаются длина витка и расход меди по сравнению с двигателями, имеющими распределенные обмотки, и даже с явнополюсными двигателями, например по сравнению с прототипом. Экономия меди достигается несмотря на то, что катушки одной из фаз (9 и 10, 11 и 12) использованы лишь наполовину, так как с каждой из этих катушек сцеплена лишь половина потока фазы. Зато катушки другой фазы (7 и 8) сцеплены со всем ее потоком и использованы полностью. Для уменьшения расхода как меди, так и электротехнической стали ярмо 1 может иметь ступенчатое сечение (как показано на чертеже), участки ярма с меньшим потоком можно выполнить с меньшей толщиной.

Появление электродвигателей переменного тока — Control Engineering Russia

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

В предыдущих статьях [1, 2] описывались первые электрические двигатели с питанием от гальванических батарей. Однако во второй половине XIX века в связи с развитием электрического освещения и дальней передачи электроэнергии появились сети однофазного переменного тока [3]. Это и дало толчок к изобретению электродвигателей переменного тока.

Рис. 1. Двигатель Уитстона

Первый однофазный двигатель был предложен в 1841 г. английским физиком Чарльзом Уитстоном (Charles Wheatstone), известным также своими изобретениями в области электрогенераторов и измерительной техники. Такой двигатель подключается к источнику переменного тока и содержит (рис. 1) статор с шестью электромагнитами (1) и ротор (2) в виде медного диска с тремя подково­образными магнитами (3) полярностью N и S.

Все электромагниты включены последовательно так, что при любой полярности питающего напряжения в промежутках между ними формируются магнитные потоки или полюса чередующейся полярности n и s, показанные на рис. 1 в начальный момент времени t₁ для положительного полупериода питающего напряжения. Предположим, что ротор вращается против часовой стрелки, и рассмотрим силы, действующие на верхний магнит ротора (аналогично работают и остальные магниты). Поскольку разноименные полюса магнитов притягиваются, а одноименные отталкиваются, вращающий момент ротора будет направлен против часовой стрелки, поддерживая его вращение. Если ротор двигателя успеет за полупериод напряжения повернуться на 60°, то в следующий полупериод все полюса статора поменяют полярность и ротор повернется еще на 60°. Таким образом, ротор будет поворачиваться синхронно с частотой перемагничивания электромагнитов (частотой сети), отчего подобные двигатели по предложению Чарльза Штейнмеца и получили название синхронных.

Рис. 2. Векторная диаграмма двигателя

Магнитное поле статора такого двигателя можно изобразить в виде вектора (рис. 2), где Ф₁, Ф₂,… Ф₆ — магнитные потоки статора, взаимодействующие с ротором в последовательные моменты времени t₁, t₂, … t₆, когда питающее напряжение меняет свой знак. Получается, что вектор магнитного потока статора шагает по окружности синхронно с ротором, поэтому такое магнитное поле можно назвать шагающим.

При реальных частотах сети 50–60 Гц такой двигатель, конечно, запуститься не сможет, но если его ротор раскрутить, например, вручную или другим двигателем до синхронной скорости, то он будет устойчиво работать с частотой вращения, пропорциональной частоте сети. При электрификации Лондона посредством однофазного напряжения в 1889 г. в качестве такого «раскруточного» двигателя применили так называемый универсальный двигатель (рис. 3) с обмотками якоря (1) и возбуждения (2). Его конструкция была разработана в 1884–85 гг. независимо друг от друга Вернером Сименсом и соавторами трансформатора, венгерскими инженерами Микша Дери и Отто Блати [4–6].

Рис. 3. Универсальный двигатель

Универсальные двигатели до сих пор широко применяются при мощности до нескольких киловатт, особенно в бытовой технике. Они привлекают производителей легкостью изменения скорости с помощью регулирования напряжения, как в обычном двигателе постоянного тока. Однако для мощных приводов такое регулирование было в то время затруднительным. Поэтому для электрической тяги на железных дорогах и в лифтах с питанием от сети переменного тока стали применять так называемый репульсионный двигатель, изобретенный в 1885 г. знаменитым американским электротехником Илайю Томсоном (Elihu Thomson) и усовершенствованный позднее Микша Дери [3, 5, 6].

Рис. 4. Репульсионный двигатель

Илайю Томсон (1853–1937), родом из Англии, соединял в себе таланты блестящего университетского профессора, крупного инженера, плодовитого изобретателя (696 патентов) и успешного предпринимателя [7]. Он разработал различные системы электрического освещения, высокочастотные генератор и трансформатор, самопишущий ваттметр, один из способов электросварки, а также, например, улучшил рентгеновские трубки. Томсон основал электротехнические компании в Англии, Франции и США. В 1892 г. его компания Thomson–Houston слилась с компанией Эдисона, образовав крупнейшую электротехническую компанию мира — General Electric.

По конструкции репульсионный двигатель, схема которого показана на рис. 4, похож на универсальный двигатель с якорем (1) и возбуждением в виде электромагнита (2). Отличие состоит в том, что щетки двигателя (3) закорочены и могут вручную поворачиваться [8]. При питании переменным напряжением в закороченной обмотке якоря наводится ЭДС и идет ток, направление которого, в соответствии с законом Ленца, таково, что создаваемый им поток противодействует магнитному потоку статора.

Тогда, если в некоторый полупериод питающего напряжения электромагнит (2) имеет полюс N внизу, то якорь (1) — такой же полюс наверху, как показано на рис. 4, что приведет к их взаимному отталкиванию и вращению ротора по часовой стрелке. Это и объясняет название двигателя, которое в дословном переводе означает «отталкивающийся». При этом величина наводимой ЭДС, а значит, и вращающего момента определяются положением щеток. Когда они горизонтальны, ЭДС и момент максимальны (режим пуска). Далее при повороте щеток против часовой стрелки момент будет падать, а скорость нарастать. Таким образом, пуск и скорость репульсионного двигателя легко регулируются разворотом щеток без изменения напряжения питания.

Тем не менее проблемы всех коллекторных двигателей, связанные с искрением, помехами и быстрым износом, были решены лишь после создания асинхронного двигателя. По своему устройству он гораздо проще любого двигателя постоянного тока, поэтому удивительно, что он был изобретен почти на полстолетия позже, несмотря на то, что, как отмечал Илайю Томсон: «Трудно составить такую комбинацию из магнитов переменного тока и кусков меди, которая не имела бы тенденции к вращению» [5].

Рис. 5. Галилео Феррарис (1847–1897)

Асинхронный двигатель базируется на концепции вращающегося магнитного поля, выдвинутой практически одновременно в середине 1880-х гг. двумя выдающимися учеными — Николой Теслой [3] и итальянским профессором физики Галилео Феррарисом (Galileo Ferraris) (рис. 5). Последний родился на севере Италии в семье фармацевта и после окончания Туринского университета стал профессором Музея индустрии, где изучал трансформаторы, многофазные цепи, линии передачи переменного тока, а также оптические приборы. Он прожил короткую жизнь, но успел заслужить в Европе звание «отца трехфазного тока» [5, 9, 10].

Если вернуться к концепции, то во вращающемся магнитном поле вектор магнитного потока статора постоянен по величине, но, в отличие от шагающего поля (рис. 2), непрерывно (равномерно) вращается с синхронной скоростью. Тогда очевидно, что ротор в виде магнита, помещенный внутри такого поля, будет вовлекаться им в синхронное вращение, что и происходит в рассмотренном выше двигателе Уитстона. Однако выяснилось, что аналогично будет вращаться и немагнитный ротор из любого проводящего металла. Еще в 1824 г. известный французский физик академик Доминик Араго (Dominique Arago) продемонстрировал опыт, названный им «магнетизмом вращения» [5] и показанный на рис. 6.

Рис. 6. Опыт Араго

Диск (1) из меди или стали на стеклянной пластине (2) вращался в том же направлении, что и вращающийся магнит (3). Объяснение этому загадочному явлению нашел Майкл Фарадей в 1831 г. после открытия закона электромагнитной индукции (закона Фарадея). Согласно ему, вращающееся магнитное поле магнита индуцирует в диске вихревые токи, создающие собственное магнитное поле, взаимодействующее с вращающимся.

Рис. 7. Опыт Бейли

Этот принцип и лежит в основе современных асинхронных двигателей (в английской литературе — индукционных), имеющих металлический ротор и отличающихся только тем, что в них вращающееся магнитное поле образуется неподвижной обмоткой статора. Первый шаг к созданию такого двигателя был сделан английским физиком Уолтером Бейли (Walter Bailey) в 1879 г., заменившим в опыте Араго вращающийся магнит на четыре электромагнита (2–5), токи в которых переключались последовательно вручную (рис. 7) [5, 10]. Но такое устройство создавало шагающее через 90^o магнитное поле. А как получить непрерывно (равномерно) вращающееся магнитное поле?

На этот вопрос ответил вышеупомянутый Феррарис в 1888 г. в докладе Туринской академии наук, математически сформулировав два условия [5, 10]:

1. Обмотка двигателя должна содержать две независимые части (называемые теперь фазами), магнитные потоки которых геометрически взаимно перпендикулярны.
2. Фазы должны быть запитаны двумя гармоническими напряжениями, сдвинутыми на четверть периода (синус и косинус).

Позднее Михаил Осипович Доливо-Добровольский предложил называть такую систему токов Drehstrom, что в дословном переводе с немецкого означает «вращательный ток» [6].

Рис. 8. Двухфазный двигатель Феррариса

Свою теорию Феррарис блестяще подтвердил макетом двигателя мощностью 3 Вт (рис. 8), имеющего ротор (1) в виде полого медного стаканчика и статор (2) с фазами A и B. Фазы разделены на две секции с разным числом витков, намотанных проводом разного диаметра так, чтобы создавать индуктивный сдвиг фаз токов в 90° при питании от однофазной сети.

В 1890 г. французские инженеры Морис Хитин (Maurice Hutin) и Морис Леблан (Maurice Leblanc) предложили использовать для сдвига фаз токов конденсатор [6]. В таком виде двухфазный двигатель дожил до наших дней под названием конденсаторного двигателя. При этом габариты конденсатора соизмеримы с размерами самого двигателя, поэтому данное техническое решение пригодно только для маломощных двигателей.

Сам Феррарис также заявлял, что «…аппарат, основанный на исследованном нами принципе, не может иметь никакого промышленного значения как двигатель» [10]. Поэтому он его не запатентовал (как, впрочем, и остальные свои открытия) и отклонил, в отличие от Теслы, предложение Вестингауза о сотрудничестве. Тем не менее его работы дали впоследствии повод оспаривать патенты Теслы в некоторых из 25 судебных процессов компании Вестингауза [5, 9]. Пессимистический вывод о перспективах своего двигателя Феррарис сделал, оценив величину его КПД в точке максимума мощности на валу — ниже 50%. Однако в данной точке это справедливо и для двигателей постоянного тока. Поэтому в дальнейшем рабочие точки стали выбирать ближе к скорости холостого хода, где в идеале КПД любого электродвигателя стремится к 100%.

Рис. 9. Двигатель Теслы

Совершенно по другому пути пошел Тесла, предложив в 1887 г. многофазные системы, где сдвинутые напряжения питания фаз вырабатывались питающим генератором, как показано, например, на рис. 9, где: 1 — генератор, 2 — двухфазный двигатель, 3 — контактные кольца генератора, 4 — обмотка ротора (кольца двигателя не показаны) [5, 10].

При положении переключателя ON ротор запитывается постоянным напряжением, и это двухфазный синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением. В положении OFF обмотка ротора закорачивается, и получается асинхронный двигатель, названный Теслой индукционным. Эксперт патентного ведомства поначалу не поверил в работоспособность такого странного двигателя, пока Тесла не продемонстрировал ему действующий макет (рис. 10).

Рис. 10. Макет двигателя Теслы

Двигатели Теслы и Феррариса легко запускались от питающей сети, однако с увеличением нагрузки их скорость падала, что подтверждается принципиальным отличием асинхронного двигателя от синхронного. Действительно, асинхронный двигатель развивает вращающий момент лишь при наличии тока, а следовательно, и ЭДС, индуцируемой в роторе. А, по закону Фарадея, это возможно лишь тогда, когда ротор пересекает силовые линии поля статора, т. е. когда скорости их вращения не одинаковы (не синхронны).

Как описано в статье [3], Тесла вместе с Вестингаузом начали активно внедрять асинхронные двигатели в жизнь, однако они были доведены до совершенства и приняли современный вид лишь благодаря трудам нашего соотечественника Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, которые будут рассмотрены в следующих статьях.

Что касается многофазных синхронных двигателей, то они нашли широкое применение там, где требуется стабильная скорость вращения, например в компрессорах, приводах генераторов и т. д. Синхронные двигатели с постоянными магнитами входят в состав современных вентильных двигателей, создающих все большую конкуренцию пока еще наиболее распространенным электродвигателям постоянного тока.

• Потребность в двигателях переменного тока возникла при внедрении однофазных осветительных сетей. Первым стал синхронный двигатель Уитстона с постоянными магнитами (1841 г.).

• Однако такие двигатели не имели пускового момента, поэтому на практике применялись универсальные двигатели Сименса и репульсионные двигатели Томсона (1884-5 гг).

• Достаточно мощные двигатели для промышленности были созданы только в середине 1880-х гг., после того как концепция вращающегося магнитного поля была математически сформулирована Феррарисом и реализована в многофазных синхронных и асинхронных двигателях Теслы, запущенных в производство на заводах Вестингауза.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

9.3. Электродвигатели переменного тока — Энергетика: история, настоящее и будущее

9.3. Электродвигатели переменного тока

Поскольку направление вращения электродвигателя не зависит от направления доставляемого ему тока, то каждый электродвигатель можно приводить в движение и переменным током. Однако в этом случае значительно уменьшается его мощность. Причина этого заключается в том, что переменный ток, проходя по обмотке электромагнитов, создает в сплошных сердечниках так называемые токи Фуко, на образование которых уходит значительная часть доставляемой к двигателю электрической энергии. Кроме того, у двигателей постоянного тока энергия возбуждения электромагнитов расходуется только один раз в начале действия, после чего намагничивание сердечников остается неизменным. В двигателе же переменного тока сердечники перемагничиваются при каждой перемене направления тока, на что затрачивается часть энергии. Уменьшить потери от токов Фуко пытались, делая сердечник не сплошным, а состоящим из отдельных изолированных друг от друга металлических полос. Однако это не дало приемлемого результата, а практическое применение поначалу получили лишь синхронные двигатели переменного тока.

Особенность действия первых синхронных электродвигателей переменного тока состояла в том, что для поддержания вращения двигателя ему предварительно необходимо сообщить определенный вращательный момент, величина которого определялась частотой переменного тока. После этого переменный ток будет поддерживать частоту вращения двигателя, синхронную с частотой переменного тока. Если после этого придать двигателю тормозной момент, то в зависимости от величины этого момента вращение может либо восстановиться, либо постепенно затухнуть. Именно такой синхронный двигатель переменного тока «Ганца и К о» приведен на рис. 9.24.

Он состоит из кольцеобразного многополюсного магнита с изменяющимися под действием переменного тока полярностями, а также расположенного на оси вращающегося звездообразного электромагнита. Для возбуждения этого подвижного электромагнита рабочий переменный ток двигателя преобразуется в постоянный с помощью расположенного на оси специального коммутатора с токосъемными угольными щетками. В момент начального пуска такой двигатель приходит в действие как двигатель постоянного тока. И лишь при достижении им скорости, соответствующей синхронному ходу, начинает работать как синхронный двигатель переменного тока. Такая конструкция обеспечивала, по данным фирмы «Ганца и К о», коэффициент полезного действия до 80%, чего двигатели постоянного тока не достигали даже приблизительно. Кроме того, двигатель «Ганца и К о» не изменял своей скорости вращения при перемене нагрузки на валу, изменялась лишь величина потребляемого тока.

Рис. 9.24. Синхронный двигатель переменного тока «Ганца и Ко»

Тем не менее, таким синхронным двигателям переменного тока присущ тот недостаток, что синхронность хода должна быть установлена до принятия нагрузки, после чего двигатель готов начать работу. При значительных перегрузках синхронность хода нарушалась, вплоть до полной остановки двигателя, что весьма ограничивало область его применения.

В 1870 г. была разработана конструкция асинхронных двигателей переменного тока, лишенных вышеуказанного недостатка. Появление такого двигателя, еще называемого индукционным, позволило при наличии систем распределения и трансформации переменного тока необыкновенно расширить сферу практического применения электрической энергии. В очень упрощенном виде принцип действия индукционных двигателей переменного тока основан на эффекте возникновения вращающегося магнитного поля, получаемого от действия двух переменных токов, сдвинутых по фазе на 1/4 часть периода (рис. 9.25).

К открытию эффекта вращающегося магнитного поля в современном его понимании пришли независимо друг от друга итальянский ученый Галилео Феррарис и сербский ученый и изобретатель Николо Тесла. Способ получения вращающегося магнитного поля Феррарис нашел в 1885 году, а впервые сообщил о своем открытии в докладе Туринской академии наук в марте 1888 года. Двумя месяцами позже, в мае того же года, с изложением существа своих открытий в Американском институте инженеров-электриков выступил Тесла, хотя идея бесколлекторного электродвигателя переменного тока у него появилась ещё в 1882 году.

Николо Тесла (1856–1943) родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны (ранее Австро-Венгрия, теперь Хорватия). В 1878 году окончил Политехнический институт в Граце и в 1880 году – Пражский университет. Работал инженером в Будапеште и Париже. Уехав в 1884 году в Нью-Йорк, Тесла организовал лабораторию и в 1888 году, исходя из принципа вращающегося магнитного поля, построил двухфазные генератор и электродвигатель переменного тока. В 1891 году сконструировал резонансный трансформатор трансформатор Тесла), позволяющий получать высокочастотные колебания напряжения, и первым указал на физиологическое воздействие токов высокой частоты. Он исследовал возможность беспроволочной передачи сигналов и энергии на значительные расстояния. В 1899 году публично продемонстрировал лампы и двигатели, работающие на высокочастотном токе без проводов. Построил радиостанцию в Колорадо и радиоантенну в Лонг-Айленде. Именем Теслы названа единица измерения плотности магнитного потока (магнитной индукции). 

Рис. 9.25. Эффект возникновения вращающегося магнитного поля от действия двух переменных токов, сдвинутых по фазе на 1/4 часть периода

Замечательным свойством двухфазных электрических машин (рис. 9.26) является возможность сообщить движение якорю без непосредственного подвода к нему переменного тока. Тем самым исчезает потребность в использовании скользящих контактов, коммутатора или коллектора. Фирма «Вестингауз», где работал Тесла, построила несколько станций по его системе. Наибольшей по масштабам была Ниагарская гидроэлектростанция, построенная в 1896 году, где были установлены такого рода двухфазные машины переменного тока. Однако экономические и технические трудности использования двухфазной системы привели через некоторое время к полной ее замене на трехфазную.

Недостатком электродвигателей Тесла было то, что они имели большое магнитное сопротивление и крайне неблагоприятное распределение намагничивающей силы вдоль воздушного зазора, что приводило к ухудшению характеристик машины. Неудачным оказался и выбор двухфазной системы токов из всех возможных многофазных систем. Встретившиеся экономические и технические трудности задерживали внедрение двухфазной системы в практику.

Рис. 9.26. Асинхронный электродвигатель переменного тока конструкции Тесла

Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1862–1919), блестяще окончив курс Одесского реального училища, в 1880 году становится студентом Рижского политехнического института, решив посвятить себя деятельности инженера-механика. За участие в политических выступлениях студентов в марте 1881 года он был исключен из института без права поступления в какое-либо русское высшее учебное заведение. Электротехникой М.О. Доливо-Добровольский заинтересовался ещё в Рижском политехническом институте и при решении вопроса о продолжении своего обучения за пределами России он остановился на Дармштадтском высшем техническом училище. С осени 1881 г. по 1884 г. М.О. Доливо-Добровольский учился на машиностроительном факультете в Дармштадте, специально изучая электротехнику. Уже в ранних студенческих работах проявились выдающиеся инженерные способности ДоливоДобровольского. Он в совершенстве изучил постоянный ток и его применение и на последнем курсе в Дармштадте впервые предложил пусковую схему для шунтового двигателя постоянного тока, что оказало непосредственное и сильное влияние на развитие электрического привода на постоянном токе. В 1884 году, окончив с отличными оценками Дармштадтское высшее техническое училище, он поступил на работу конструктором на заводы электротехнической компании Т. Эдисона (впоследствии фирма AEG; с 1909 г. – директор этой фирмы). В 1887–1888 годах работал над усовершенствованием электромагнитных амперметров и вольтметров для измерения постоянного и переменного токов. Для различного рода измерительных приборов удачно применил принцип двигателя с вращающимся магнитным полем, создал приборы для устранения в телефонах помех от электрических сетей сильных токов, изобрел способ деления напряжения постоянного тока, основанный на применении неподвижной катушки индуктивности, которую назвал делителем напряжения. Последние годы своей жизни М.О. Доливо-Добровольский был занят мыслью о передаче энергии на большие расстояния. Свои взгляды по этому вопросу он изложил в обстоятельном докладе «О пределах возможности передачи энергии на расстояние переменным током». Смерть М.О. Доливо-Добровольского 15 ноября 1919 года прервала его работы в самом разгаре.

 

 

Рис. 9.27. Двигатель трехфазного переменного тока мощностью в 100 л.с. конструкции Доливо-Добровольского

 

Рис. 9.28. Отделение электродвигателей переменного тока на заводе Шуккерта в Нюрнберге

Более совершенной электрической системой оказалась трехфазная. Наибольшая заслуга среди ученых и инженеров разных стран (немец Ф. Хазельвандер, француз М. Депре, американец Ч. Бредли) принадлежит русскому электротехнику Михаилу Осиповичу ДоливоДобровольскому, сумевшему придать своим работам практический характер, создавшему трехфазные асинхронные двигатели, трансформаторы, разработавшему четырехи трехпроводную цепи. Его по праву считают основоположником трехфазных систем.

Доливо-Добровольский усовершенствовал двигатель Тесла, используя три сдвинутых по фазе переменных тока вместо двух. В 1888 году он построил первый трехфазный генератор переменного тока мощностью около 3 кВт, от которого привел в действие свой первый трехфазный двигатель со статором в виде кольца Грамма и ротором в виде сплошного медного цилиндра. Дальнейшие работы привели его к построению асинхронного трехфазного двигателя с ротором из литого железа с насаженным полым медным цилиндром. В 1889 году конструкция асинхронного электродвигателя была значительно улучшена применением ротора типа «беличьего колеса». Опытная установка такой машины поражала всех электротехников своими небольшими размерами при заданной мощности трехфазного электродвигателя. На рис. 9.27 показан двигатель трехфазного переменного тока мощностью в 100 л.с. конструкции ДоливоДобровольского.

Одновременно М.О. Доливо-Добровольский исследовал соединения звездой и треугольником, экспериментировал с токами различных напряжений и с машинами, имеющими разное число пар полюсов, разработал все элементы трехфазных цепей переменного тока: трансформаторы трехфазного тока (1890), пусковые реостаты, измерительные приборы, схемы включения генераторов и двигателей звездой и треугольником.

На рис. 9.28 приведен общий вид цеха по производству электродвигателей переменного тока на заводе Шуккерта в Нюрнберге. С изобретением трехфазной системы переменного тока такие электродвигатели в дальнейшем получили массовое распространение во всем мире.

Асинхронный двухфазный двигатель 5M90GN-CF 220В/90Вт с редуктором 5GN3K 500 об/мин

Технические характеристики

• Модель: 51K90RGN-CF 500RPM
• Вес изделия: 4.45+0.21 кг
• Температура эксплуатации: -10°С … +50°С
• Электродвигатель
• Маркировка: 5M90GN-CF
• Рабочее напряжение: 220В АС, 50/60 Гц
• Потребляемый ток: 0.6 А
• Мощность, макс.: 90 Вт
• Режим работы: продолжительный
• Номинальная скорость вращения вала, об/мин: 1400/1700
• Направление вращения: по/против часовой стрелке (CW/CCW)
• Пусковой момент: 0. 48 N.m
• Крутящий момент: 0.64 N.m
• Механизм обратной связи
• Размер мотора: 90 х 90 х 152 мм (± 1мм)
• Дина соединительного шнура: 300 мм
• Редуктор
• Маркировка: 5GN3K
• Конструкция: цельнометаллический
• Расположение вала: параллельное
• Крутящий момент: 1.55 N.m / 50 Гц, 1.35 N.m / 60 Гц
• Соотношение: 1/3
• Обороты в минуту: 500 (433-566)
• Диаметр вала: 12 мм
• Вылет вала: 27 мм
• Размер редуктора с валом: 90 х 90 х 92 мм (± 1мм)
• Регулятор оборотов
• Маркировка: BS-51
• Рабочее напряжение: 220В АС, 50/60 Гц
• Диапазон регулировки, об/мин: 0-1400 / 50 Гц; 90-1700 / 60 Гц
• Максимальная мощность мотора: 90 Вт
• Размер регулятора: 100 х 60 х 115 мм (± 1мм)
• Дина соединительного шнура: 650 мм

Промышленный мотор-редуктор 51K90RGN-C 200RPM собран на базе двухфазного асинхронного двигателя, работающего в однофазных сетях переменного напряжения 220В 50/60Гц. На одной стороне двухстороннего вала установлен съёмный цельнометаллический параллельный редуктор, состоящий из нескольких ступеней шестерёнчатых передач с шарикоподшипниковой опорой. Редуктор влияет на изменение соотношений крутящего момента и скорости вращения между валом мотора и валом редуктора, снижая скорость и обеспечивая необходимое усилие на валу редуктора. С второй стороны вала закреплены металлические лопасти вентилятора, выполняющие функцию активного охлаждения корпуса двигателя. Механизм вентилятора накрыт защитным кожухом, в котором присутствует множество широких воздухозаборных отверстий, способствующих максимально свободной циркуляции воздушного потока при разностороннем вращении вала.

 

Мотор-редуктор 51K90RGN-CF поддерживает схемы подключения, предусматривающие вращение вала по часовой стрелке (прямое направление, CW) или против часовой стрелки (реверсивное направление, CCW). В условиях автоматического или ручного управления, запрещается быстрая смена направления без полной остановки мотора.

Индивидуальное подключение двигателя 5M90GN-CF к силовой сети переменного напряжения

Конструкция статора двигателя 5M90GN-CF содержит две равнозначные обмотки для разгона (фазосдвигающая цепь) и постоянной работы двигателя, использующие метод вращающегося магнитного поля. Обмотки объединены между собой общим проводом — у двигателя выведены наружу три питающих провода. Выравниванием крутящего момента при вращении ротора асинхронного двухфазного электродвигателя должен заниматься пусковой конденсатор номиналом 5мкФ/450В, который необходимо самостоятельно включить в цепь питания. Установка конденсатора между независимыми выводами позволяет создать схему универсального управления, при котором можно переназначать роли для пусковой или рабочей обмоток, и выбирать таким образом направление вращения ротора. Пример подключения выводов обмоток мотора к силовой сети 220В:

Кроме проводов питания двигателя, к 6-контактному разъёму выведены линии обратной связи из пары белых тонких проводов, предназначенные для совместного использования с блоками управления, учитывающие скорость вращения вала.

Блок управления двигателем BS-51, регулировка оборотов

В комплектацию с мотором-редуктором переменного напряжения 5M90GN-CF входит регулятор оборотов BS-51 для двухфазных конденсаторных асинхронных двигателей мощностью не более 90Вт с 3-проводным подключением. Простые и интуитивно понятные элементы управления в виде поворотной ручки и двухпозиционного переключателя позволяют вручную запускать и останавливать двигатель, а также плавно регулировать скорость мотора в сторону ускорения или замедления. Для большей наглядности, на лицевую панель регулятора нанесена процентная шкала скорости мотора. Единственный светодиодный индикатор красного цвета отображает наличие напряжения в цепи питания. За установку направления вращения вала отвечает короткая проводная перемычка, связывающая соответствующие винтовые клеммы COM, CW и CCW. На продольной стороне корпуса регулятора расположено небольшое утопленное отверстие с подстроечным резистором. С его помощью корректируется отклонение фактической скорости от установленной.

Подключение регулятора к мотору-редуктору освобождает от добавления в схему питания пускового конденсатора — он заведомо помещён внутрь корпуса. При соединении 6-контактных штекера регулятора и разъёма мотора, следует соблюдать назначение проводных линий. Производитель изделия настоятельно не рекомендует замыкать и размыкать контакты, находящиеся под рабочим напряжением.

Физические размеры, мм

Одно- и двухфазные двигатели

---

---

В этом разделе рассматриваются однофазные двигатели. Сосредоточившись на индукции двигатели, реактивные синхронные, гистерезисные и асинхронные двигатели с расщепленными полюсами также обсуждаются. Обратите внимание, что еще один распространенный однофазный двигатель, серия универсальный двигатель, обсуждается в разделе 7.10. Большинство асинхронных двигателей дробных киловатт (дробная мощность) — однофазные двигатели. В жилых и коммерческого применения, они используются в широком спектре оборудования, включая холодильники, кондиционеры и тепловые насосы, вентиляторы, насосы, стиральные машины и сушилки.

В этом разделе мы качественно опишем эти двигатели с точки зрения теории вращающегося поля и начнем со строгого анализа однофазного двигатель, работающий от одной обмотки. Однако большинство однофазных индукционных двигатели фактически являются двухфазными двигателями с несимметричными обмотками; два обмотки обычно совершенно разные, с разным числом витков и / или распределения обмоток. Таким образом, в этом разделе также обсуждается двухфазная двигателей и включает развитие количественной теории для анализа однофазных асинхронных двигателей при работе как от их основного, так и вспомогательные обмотки.

1. ОДНОФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ: КАЧЕСТВЕННЫЙ ИССЛЕДОВАНИЕ

РИС. 1 Схематическое изображение однофазного асинхронного двигателя.

Конструктивно наиболее распространенные типы однофазных асинхронных двигателей напоминают многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором, за исключением расположения статора обмотки.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и однофазным статором обмотка схематично представлена ​​на фиг. 1.Вместо того, чтобы быть сосредоточенным катушки, фактическая обмотка статора распределена в пазах для получения приблизительно синусоидальное пространственное распределение ммс. Как мы видели в разделе 4.5.1, однофазный намотка производит равные волны ммф, вращающиеся вперед и назад. По симметрии Понятно, что такой двигатель по своей сути не будет производить пусковой крутящий момент так как в состоянии покоя он будет производить равный крутящий момент в обоих направлениях. Тем не мение, покажем, что если его запустить вспомогательными средствами, то результат будет чистый крутящий момент в том направлении, в котором он запущен, и, следовательно, двигатель будет продолжать работать.

Прежде чем рассматривать вспомогательные способы запуска, обсудим основные свойства схематического двигателя по фиг. 1. Если ток статора косинусоидальная функция времени, результирующий воздушный зазор mmf определяется формулой. 4,18

(уравнение 1)

, который, как показано в Разделе 4.5.1, можно записать как сумму положительных и отрицательно бегущие ММЖ-волны равной величины. Позитивное путешествие волна задается

(уравнение 2)

, а бегущая с отрицательной волной волна —

(Ур.3)

Каждая из этих составляющих ММЧ-волн вызывает работу асинхронного двигателя, но соответствующие крутящие моменты направлены в противоположные стороны. С ротором на покой, прямые и обратные волны потока в воздушном зазоре, создаваемые комбинированными ммс токов статора и ротора равны, составляющие крутящие моменты равны, и пусковой крутящий момент не создается. Если вперед и назад волны потока в воздушном зазоре должны были оставаться равными при вращении ротора, каждая из поля компонентов будут давать характеристику крутящего момента-скорости, аналогичную к таковому многофазного двигателя с пренебрежимо малым сопротивлением утечки статора, поскольку проиллюстрированные пунктирными кривыми f и b на фиг. 2а. Результирующий крутящий момент-скорость характеристика, которая представляет собой алгебраическую сумму двух составляющих кривых, показывает, что если бы двигатель запускался вспомогательными средствами, он произвел бы крутящий момент в любом направлении, в котором он был запущен.

РИС. 2 моментно-скоростная характеристика однофазного асинхронного двигателя (а) на основе постоянных прямых и обратных потоков магнитных волн, (б) принимая учесть изменения потоковых волн.

Предположение, что волны потока в воздушном зазоре остаются равными, когда ротор в движении — это довольно резкое упрощение реального положения дел.Во-первых, игнорируется влияние сопротивления утечки статора. Во-вторых, эффекты индуцированных токов ротора должным образом не учитываются. Оба эти эффекты будут в конечном итоге включены в подробную количественную теорию Раздела 3. Следующее качественное объяснение показывает, что производительность однофазного асинхронного двигателя значительно лучше, чем можно было бы предположить на основе равных прямых и обратных потоковых волн.

Когда ротор находится в движении, составляющие токи ротора, индуцируемые обратное поле больше, чем в состоянии покоя, а их коэффициент мощности равен ниже.Их ммф,

подробная количественная теория разд. 3. Следующие качественные объяснение показывает, что производительность однофазного асинхронного двигателя значительно лучше, чем можно было бы предположить на основе равного форварда и волны обратного потока.

Когда ротор находится в движении, составляющие токи ротора, индуцируемые обратное поле больше, чем в состоянии покоя, а их коэффициент мощности равен ниже. Их mmf, который противодействует току статора, приводит к уменьшение обратной магнитной волны.И наоборот, магнитный эффект составляющие токи, индуцированные прямым полем, меньше, чем в состоянии покоя потому что токи ротора меньше, а их коэффициент мощности выше. В качестве скорость увеличивается, следовательно, прямая магнитная волна увеличивается, а обратная поток волны уменьшается. Сумма этих потоковых волн должна оставаться примерно постоянной. поскольку он должен индуцировать противоэдс статора, которая приблизительно постоянна если падение напряжения в сопротивлении утечки статора невелико.

Следовательно, при вращающемся роторе крутящий момент переднего поля больше и поле обратного поля меньше, чем на фиг. 2а, истинная ситуация примерно так, как показано на фиг. 2b. В нормальном режиме бега на нескольких процент скольжения, переднее поле в несколько раз больше заднего поле, а магнитная волна не сильно отличается от постоянной амплитуды вращающееся поле в воздушном зазоре уравновешенного многофазного двигателя. В нормальном рабочей области, поэтому характеристика крутящего момента однофазного двигатель не слишком уступает многофазному двигателю, имеющему тот же ротор и работает с той же максимальной плотностью магнитного потока в воздушном зазоре.

В дополнение к крутящим моментам, показанным на РИС. 2, крутящий момент с двойной частотой статора пульсации создаются взаимодействием встречно вращающегося потока и миллиметровые волны, которые вращаются друг вокруг друга с удвоенной синхронной скоростью. Эти взаимодействия не производят среднего крутящего момента, но они заставляют двигатель шумнее, чем у многофазного двигателя. Такие пульсации крутящего момента неизбежны в однофазный двигатель из-за пульсаций мгновенной потребляемой мощности присущие однофазной цепи.Эффекты пульсирующего крутящего момента можно свести к минимуму за счет использования эластичного крепления двигателя.

Крутящий момент, указанный на кривых крутящего момента однофазного двигателя. — это среднее по времени мгновенное значение крутящего момента.

2. ПУСК И РАБОТА С ОДНОФАЗНОЙ ИНДУКЦИЕЙ И СИНХРОННОЙ МОТОРЫ

Однофазные асинхронные двигатели классифицируются в зависимости от их пуска. методы и обычно называются именами, описывающими эти методы.Выбор подходящего двигателя зависит от пускового и рабочего крутящего момента. требования к нагрузке, рабочий цикл нагрузки и ограничения о пусковом и рабочем токе от питающей сети двигателя. В стоимость однофазных двигателей увеличивается вместе с их номиналом и производительностью. такие характеристики, как отношение пускового момента к току. Обычно в для минимизации затрат инженер по применению выберет двигатель с самый низкий рейтинг и производительность, которые могут соответствовать спецификациям заявление.Когда большое количество двигателей должно использоваться для определенного По назначению может быть разработан специальный двигатель, обеспечивающий наименьшую стоимость. В сфере производства двигателей с дробными киловаттами небольшая разница в стоимости важный.

Рассмотрены способы пуска и полученные характеристики крутящего момента. качественно в этом разделе. Количественная теория для анализа этих моторы развиты в разд. 4.2.

РИС. 3 Двухфазный двигатель: (а) соединения, (б) векторная диаграмма при пуске, и (c) типичная характеристика крутящего момента-скорости.

2.1 Двухфазные двигатели

Двухфазные двигатели имеют две обмотки статора, главную обмотку (также называемую как обмотка хода), которую мы будем называть индексом main и вспомогательная обмотка (также называемая пусковой обмоткой), которая мы будем ссылаться на него с нижним индексом «aux». Как и в двухфазном двигателе, оси этих обмоток смещены в пространстве на 90 электрических градусов, и они соединены, как показано на фиг. 3а. Вспомогательная обмотка имеет более высокую отношение сопротивления к реактивному сопротивлению, чем у основной обмотки, в результате чего два тока будут не в фазе, как показано на векторной диаграмме фиг.3b, который представляет условия при запуске. Поскольку ток вспомогательной обмотки I_aux опережает ток основной обмотки I_main, Поле статора сначала достигает максимума вдоль оси вспомогательной обмотки. а затем несколько позже по времени достигает максимума по оси основная обмотка.

Токи в обмотках эквивалентны несимметричным двухфазным токам, и двигатель эквивалентен неуравновешенному двухфазному двигателю. Результат вращающееся поле статора, вызывающее запуск двигателя.После мотора запускается, отключается вспомогательная обмотка, обычно с помощью центробежного переключатель, который работает примерно на 75% синхронной скорости. Простой способ получения высокого отношения сопротивления к реактивному сопротивлению вспомогательной обмотки — намотать его проволокой меньшего размера, чем основная обмотка, допустимая процедура потому что эта обмотка работает только при пуске. Его реактивное сопротивление может быть несколько уменьшили, поместив его в верхние части прорезей. Типичный крутящий момент-скорость характеристика такого двигателя показана на фиг.3c.

Электродвигатели с разделенной фазой имеют умеренный пусковой момент при низком пусковом токе. Типичные области применения включают вентиляторы, нагнетатели, центробежные насосы и офисные помещения. оборудование. Типичные значения от 50 до 500 Вт; в этом диапазоне они доступные двигатели с самой низкой стоимостью.

2,2 Конденсаторные двигатели

РИС. 4 Двигатель с конденсаторным пуском: (а) соединения, (б) векторная диаграмма на пуск, и (c) типичная характеристика крутящего момента-скорости.

Конденсаторы

могут использоваться для улучшения пусковых характеристик двигателя, рабочих характеристик, или и то, и другое, в зависимости от размера и подключения конденсатора. Конденсатор-старт электродвигатель также является электродвигателем с расщепленной фазой, но смещение фазы по времени между два тока получаются с помощью конденсатора, включенного последовательно с вспомогательная обмотка, как показано на фиг. 4а. Снова вспомогательная обмотка отключается после запуска двигателя, и, следовательно, вспомогательный обмотка и конденсатор могут быть спроектированы с минимальными затратами для работы в прерывистом режиме.

При использовании пускового конденсатора соответствующей емкости вспомогательная обмотка ток I aux в состоянии покоя можно сделать так, чтобы он управлял током основной обмотки. Я подключаюсь на 90 электрических градусов, как в сбалансированном двухфазном двигателе. (см. фиг. 4b). На практике лучший компромисс между пусковым моментом, пусковой ток и стоимость обычно зависят от угла сдвига фаз. менее 90 °. Типичная характеристика крутящего момента-скорости показана на фиг. 4c, выдающейся особенностью является высокий пусковой крутящий момент.Эти двигатели используются для компрессоров, насосов, холодильного оборудования и оборудования для кондиционирования воздуха, а также другие трудно запускаемые нагрузки. Конденсаторный двигатель в разрезе показанный на фиг. 5.

В двигателе с постоянным разделением конденсаторов конденсатор и вспомогательная обмотка не вырезаются после запуска; конструкция может быть упрощена пропуском переключателя, а также улучшились коэффициент мощности, КПД и пульсации крутящего момента. Например, конденсатор и вспомогательная обмотка могут быть разработаны для идеального двухфазный режим (т.е.е., отсутствие обратной магнитной волны) при любой желаемой нагрузке. Тогда потери из-за обратного поля в этой рабочей точке будут должны быть устранены, что приведет к повышению эффективности. Двойная частота статора пульсации крутящего момента также будут устранены, а конденсатор будет служить в качестве резервуар для хранения энергии для сглаживания пульсаций потребляемой мощности от однофазной сети, что приводит к более тихой работе.

Пусковым моментом нужно пожертвовать, потому что выбор емкости обязательно компромисс между лучшими начальными и рабочими значениями.В даны результирующая характеристика крутящего момента-скорости и принципиальная схема. на фиг. 6.

РИС. 5 Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском в разрезе.

Пусковой выключатель находится справа от ротора. Мотор каплезащищенный строительство.

РИС. 6 Двигатель с постоянным разделением конденсаторов и типовая характеристика крутящего момента.

РИС. 7 Конденсаторный пуск, двигатель с конденсаторным питанием и типичная скорость крутящего момента характерная черта.

Если используются два конденсатора, один для запуска и один для работы, теоретически могут быть достигнуты оптимальные пусковые и эксплуатационные характеристики. Один способ достижение этого результата показано на фиг. 7а. Малое значение емкости необходим для оптимальных условий работы постоянно подключен последовательно со вспомогательной обмоткой, и гораздо большее значение, необходимое для запуска получается конденсатором, подключенным параллельно рабочему конденсатору через переключатель с размыкается, когда двигатель набирает обороты.Такой мотор известный как конденсаторный двигатель с конденсаторным запуском.

Конденсатор для двигателя с конденсаторным пуском имеет типичное значение 300 #F. для мотора мощностью 500 Вт. Поскольку он должен проводить ток только в течение времени пуска, Конденсатор представляет собой специальный компактный электролитический конденсатор переменного тока, предназначенный для запуска двигателей. долг. Конденсатор для того же постоянно подключенного двигателя имеет типичное рейтинг 40 #E, и поскольку он работает непрерывно, конденсатор является бумага переменного тока, фольга и масло.Стоимость различных типов двигателей связана с к производительности: двигатель с конденсаторным пуском имеет самую низкую стоимость, конденсатор с постоянным разделением двигатель следующий, а конденсаторный запуск, двигатель с конденсатором самая высокая стоимость.

——————

Практическая задача 1

Рассмотрим двигатель из примера 1. Найдите фазовый угол между основными и токи вспомогательной обмотки при замене конденсатора емкостью 177 мкФ на конденсатор емкостью 200 мкФ.

Решение

85.2 °

—————-

2,3 Асинхронные двигатели с экранированными полюсами

Как схематично показано на фиг. 8а, асинхронный двигатель с экранированными полюсами обычно имеет выступающие полюса с одной частью каждого полюса, окруженной короткозамкнутый виток меди называется затеняющей катушкой. Наведенные токи в затеняющая катушка вызывает отставание потока в затененной части полюса флюс в другой части. Результат похож на вращающееся поле движение в направлении от незатененной части к затемненной части столба; в короткозамкнутом роторе индуцируются токи и низкий пусковой крутящий момент производится.Типичная характеристика крутящего момента-скорости показана на фиг. 8b. Их эффективность невысока, но двигатели с расщепленными полюсами являются наименее дорогими. тип субфракционного киловаттного двигателя. Их можно найти в рейтингах примерно до 50 Вт.

РИС. 8 Асинхронный двигатель с расщепленными полюсами и типичная характеристика крутящего момента.

РИС. 9 Пробивка ротора для четырехполюсного синхронно-реактивного двигателя и типичная характеристика крутящий момент-скорость.

2,4 Самозапускающиеся синхронно-реактивные двигатели

Любой из типов асинхронных двигателей, описанных выше, может быть преобразован в самозапускающийся синхронно-реактивный двигатель.Все, что вызывает сопротивление воздушного зазора в зависимости от углового положения ротора относительно к оси обмотки статора будет создавать реактивный момент, когда ротор вращающийся с синхронной скоростью. Например, предположим, что некоторые зубы снимается с ротора с короткозамкнутым ротором, оставляя стержни и концевые элементы нетронутыми, как в обычном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. ИНЖИР. 9а показано ламинирование для такого ротора рассчитан на использование с четырехполюсным статором. Статор может быть многофазным или любым из однофазных типов, описанных выше.

Двигатель запускается как асинхронный и при малых нагрузках будет увеличивать скорость. до небольшого значения скольжения. Момент сопротивления возникает из-за тенденции ротора, чтобы попытаться выровнять себя в положении минимального сопротивления с относительно синхронно вращающейся прямой волны магнитного потока в воздушном зазоре, в соответствии с с принципами, обсуждаемыми в разделе 3. При небольшом скольжении этот крутящий момент медленно чередуется по направлению; ротор ускоряется во время положительного полупериод изменения крутящего момента и замедление во время последующего отрицательный полупериод.Если момент инерции ротора и его механический нагрузка достаточно мала, ротор будет ускоряться от скорости скольжения до синхронной скорости во время ускоряющего полупериода реактивного сопротивления крутящий момент.

Ротор будет синхронизирован и продолжит работу в синхронном режиме. скорость.

Наличие любой вращающейся в обратном направлении волны магнитного потока статора будет создавать крутящий момент. пульсация и дополнительные потери, но синхронная работа будет сохранена при условии, что момент нагрузки не является чрезмерным.

Типичная характеристика крутящего момента-скорости для синхронно-реактивного синхронного пуска с разделением фаз двигатель показан на фиг. 9b. Обратите внимание на высокие значения крутящего момента асинхронного двигателя. Причина этого в том, что для получения удовлетворительного синхронного двигателя характеристик, было сочтено необходимым построить синхронно-реактивную двигатели в корпусах, подходящих для асинхронных двигателей с двумя или в три раза больше, чем у синхронного двигателя. Также обратите внимание, что главный влияние явнополюсного ротора на характеристики асинхронного двигателя в состоянии покоя, где очевидна значительная «зубчатость»; я.е., крутящий момент значительно зависит от положения ротора.

2,5 Гистерезисные двигатели

Явление гистерезиса можно использовать для создания механического крутящего момента. В простейшем виде ротор гистерезисного двигателя представляет собой гладкий цилиндр. из магнитотвердой стали, без обмоток и зубцов. Он находится внутри статор с прорезями, несущий распределенные обмотки, предназначенный для производства почти возможно синусоидальное пространственное распределение потока, так как волнистости в волна потока значительно увеличивает потери.В однофазных двигателях статор обмотки обычно относятся к типу с постоянными разделенными конденсаторами, как на фиг. 6. Конденсатор выбран так, чтобы в результате получался примерно сбалансированный двухфазный ток. условия в обмотках двигателя. Затем статор производит в первую очередь Вращающееся с синхронной скоростью поле воздушного зазора фундаментального пространства.

РИС. 10 (а) Общий характер магнитного поля в воздушном зазоре и ротор гистерезисного двигателя; (б) идеализированная характеристика крутящего момента-скорости.

Отображаются мгновенные магнитные условия в воздушном зазоре и роторе. на фиг. 10а для двухполюсного статора. Ось S S ‘волны статора-ммс вращается с синхронной скоростью. Из-за гистерезиса намагниченность ротора отстает от индуцирующей ММП-волны, поэтому ось R R ‘волны магнитного потока ротора отстает от оси статор-ммс волны на величину гистерезисный угол запаздывания 6 (фиг. 10а). Если ротор неподвижен, запускается крутящий момент создается пропорционально произведению основных компонентов статора mmf и потока ротора и синуса угла крутящего момента 6.В ротор затем ускоряется, если крутящий момент нагрузки меньше развиваемого крутящий момент мотора.

Пока ротор вращается со скоростью ниже синхронной, каждая область ротора подвергается повторяющемуся гистерезисному циклу на частоте скольжения. Пока ротор ускоряется, угол запаздывания 6 остается постоянным, если поток постоянна, так как угол 6 зависит только от петли гистерезиса материал ротора и не зависит от скорости прохождения петли.Таким образом, двигатель развивает постоянный крутящий момент вплоть до синхронной скорости, как показано на идеализированной характеристике крутящий момент-скорость на фиг. 10б. Этот Особенность — одно из преимуществ гистерезисного двигателя. По сравнению с реактивный двигатель, который должен синхронизировать свою нагрузку из характеристики крутящего момента асинхронного двигателя, гистерезисный двигатель может синхронизировать любую нагрузку, которую он может ускорить, независимо от того, насколько велик инерция. После достижения синхронизма двигатель продолжает работать в синхронном режиме. скорость и регулирует его угол крутящего момента, чтобы развивать требуемый крутящий момент по нагрузке.

Двигатель с гистерезисом по своей природе тихий и обеспечивает плавное вращение его нагрузка. Кроме того, ротор имеет такое же количество полюсов, что и поле статора. Двигатель может работать в многоскоростном синхронном режиме. когда статор намотан с несколькими наборами обмоток и использует переключение полюсов соединения. Гистерезисный двигатель может ускорять и синхронизировать высокоинерционный нагружает, потому что его крутящий момент одинаков от состояния покоя до синхронной скорости.

3. ОБОРОТНАЯ ТЕОРИЯ ОДНОФАЗНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Как обсуждалось в Разд. 1, статор-ммс волна однофазной индукции Можно показать, что двигатель эквивалентен двум волнам ммс постоянной амплитуды. вращаются с синхронной скоростью в противоположных направлениях. Каждый из этих компонентов Волны статора-ммс индуцируют собственные составляющие токи ротора и создают асинхронный двигатель. действие точно так же, как в сбалансированном многофазном двигателе. Это двойное вращающееся поле концепция не только полезна для качественной визуализации, но и может быть превратилась в количественную теорию, применимую к широкому спектру асинхронных двигателей. типы.Мы не будем здесь обсуждать полную количественную теорию. 1 Однако мы рассмотрим более простой, но важный случай однофазной индукции двигатель работает только на своей основной обмотке.

Рассмотрим условия с неподвижным ротором и только главным статором. обмотка возбуждена. Тогда двигатель эквивалентен трансформатору с его вторичный короткозамкнутый. Эквивалентная схема показана на фиг. 11 a, где R1, main и X 1, main — соответственно сопротивление и утечка реактивное сопротивление основной обмотки, Xm, main — реактивное сопротивление намагничивания, и R2, main и X2, main — значения сопротивления ротора в состоянии покоя и реактивное сопротивление утечки относительно основной обмотки статора при использовании соответствующих отношение оборотов.Потери в сердечнике, которые здесь не указаны, будут учтены позже. как если бы это была потеря вращения. Приложенное напряжение равно f ‘, а основная обмотка ток — I_main. Напряжение J_main — это противоэдс, генерируемая в основная обмотка стационарной пульсирующей магнитной волной в воздушном зазоре, создаваемой совместное действие токов статора и ротора.

РИС. 11 Эквивалентные схемы для однофазного асинхронного двигателя: (а) ротор заблокирован (b) ротор заблокирован, показывая эффекты прямого и обратного поля; (c) рабочие условия.

В соответствии с концепцией двойного вращающегося поля разд. 1, статора mmf можно разделить на половинную амплитуду прямого и обратного вращения поля. В состоянии покоя амплитуды прямого и обратного равнодействующих Волны потока в воздушном зазоре равны половине амплитуды пульсирующего поля. На фиг. 11b часть эквивалентной схемы, представляющая эффекты потока через воздушный зазор делится на две равные части, представляющие эффекты переднего и заднего полей соответственно.

Теперь рассмотрим условия после того, как двигатель набрал скорость с помощью какое-то вспомогательное средство и работает только на своей основной обмотке в направлении переднего поля при удельном скольжении с. Токи ротора, индуцированные прямое поле имеет частоту скольжения sfe, где fe — приложенный статор электрическая частота. Как и в любом многофазном двигателе с симметричным многофазным двигателем. или ротор с короткозамкнутым ротором, эти токи ротора создают бегущую волну ММЧ вперед со скоростью скольжения по отношению к ротору и, следовательно, при синхронной скорость относительно статора.Результирующая прямых волн Статор и ротор mmf создают результирующую прямую волну потока в воздушном зазоре, который формирует противоэдс J_main, f в основной обмотке статора. В отраженный эффект ротора, если смотреть со стороны статора, такой же, как в многофазный двигатель и может быть представлен импедансом 0,5R2, основной / S Jr j0,5X2, основной параллельно j0,5Xm, основной как в части эквивалента схема фиг. 1 ЖК с надписью «f». Коэффициент 0,5 зависит от разрешения пульсирующего статора mmf на переднюю и заднюю составляющие.

Теперь рассмотрим условия относительно обратного поля. Ротор все еще поворачиваясь со скольжением s по отношению к переднему полю, и его единичная скорость n в направлении переднего поля n = 1 с. Относительная скорость ротора относительно обратного поля составляет 1 + n, либо его скольжение с по отношению к обратному полю — 1 + n = 2 с. Обратное поле тогда индуцирует токи ротора с частотой (2 с) fe. Для небольших пробуксовок эти роторы токи почти в два раза превышают частоту статора.

Следовательно, при небольшом скольжении осциллограмма тока ротора будет показать высокочастотную составляющую от обратного поля, наложенную на низкочастотная составляющая от прямого поля. Если смотреть со стороны статора, волна ротор-ммс индуцированного обратным полем тока ротора проходит на синхронная скорость, но в обратном направлении. Схема замещения представление этих внутренних реакций с точки зрения статора как у многофазного двигателя, скольжение которого составляет 2 с и показано в части эквивалентной схемы (фиг.11c) помечены буквой «b». Как и с форвардом поле, коэффициент 0,5 зависит от разрешения пульсирующего статора mmf на прямые и обратные компоненты. Напряжение J ~ main, b на параллельная комбинация, представляющая обратное поле, является противоэдс. генерируется в основной обмотке статора результирующим обратным полем.

Используя эквивалентную схему фиг. 11 в, ток статора, мощность входной мощности, а коэффициент мощности можно вычислить для любого предполагаемого значения скольжения, когда приложенное напряжение и полное сопротивление двигателя известны.Чтобы упростить обозначение, пусть

(уравнение 4)

(уравнение 5)

Импедансы, представляющие реакции прямого и обратного полей с точки зрения однофазной главной обмотки статора 0,5Zf и 0,5Zb соответственно на фиг. 11 с.

Исследование эквивалентной схемы (фиг. 11c) подтверждает вывод, достигнуты качественными рассуждениями в разд. 1 (фиг. 2b), что передний волна потока в воздушном зазоре увеличивается, а обратная волна уменьшается, когда ротор приводится в движение.Когда двигатель работает с небольшим скольжением, отраженный влияние сопротивления ротора в прямом поле, 0,5 R2, main / S, значительно больше, чем его значение состояния покоя, в то время как соответствующий эффект в обратное поле, 0,5R2, основное / (2 с), меньше.

Следовательно, импеданс в прямом поле больше, чем его значение в состоянии покоя, в то время как обратное поле меньше. Счетчик ЭДС прямого поля Emain, f поэтому больше, чем его значение состояния покоя, в то время как обратное поле счетчик ЭДС / ~ main, b меньше; я.т.е. прямая волна потока в воздушном зазоре увеличивается, в то время как обратная магнитная волна уменьшается.

Механическая мощность и крутящий момент могут быть вычислены путем приложения крутящего момента. и отношения мощности, разработанные для многофазных двигателей в разделе 6. Крутящие моменты каждое из полей прямого и обратного направления может рассматриваться в этом манера. Взаимодействие встречно вращающегося потока и ММП-волн вызывает пульсации крутящего момента при удвоенной частоте статора, но без среднего крутящего момента.

[…]

Проверка порядка величины числовых значений в Примере 2 предлагает приближения, которые обычно могут быть сделаны. Эти приближения относятся, в частности, к сопротивлению обратного поля. Обратите внимание, что сопротивление 0,5 (Rb + j Xb) составляет всего около 5 процентов от общего импеданса двигателя для скольжение почти при полной нагрузке.

Следовательно, приблизительно 20 процентов этого импеданса вызовет ошибку только около 1% в токе двигателя.Хотя строго говоря, импеданс обратного поля является функцией скольжения, очень мало ошибка обычно возникает в результате вычисления ее значения при любом удобном вводе нормальная рабочая область, например, 5 процентов, а затем предполагая, что Rb и Xb быть константами.

В несколько большем приближении эффект шунтирования j Xm, основной на импеданс обратного поля, часто можно пренебречь, откуда

(уравнение 15)

Это уравнение дает значения сопротивления обратного поля, которые на несколько процентов выше, что можно увидеть при сравнении с точным выражением приведено в примере 2.

Пренебрежение s в уравнении. 9.15 будет иметь тенденцию давать значения обратного поля сопротивление, которое было бы слишком низким, и, следовательно, такое приближение имеют тенденцию противодействовать ошибке в формуле. 9.15. Следовательно, для малых промахов

(уравнение 16)

В многофазном двигателе (раздел 6.5) максимальный внутренний крутящий момент и скольжение, при котором оно происходит, легко выразить параметрами двигателя; максимальный внутренний крутящий момент не зависит от сопротивления ротора.Нет таких простые выражения существуют для однофазного двигателя. Однофазная проблема намного сложнее из-за наличия обратного поля, эффект которого двоякий: (1) он поглощает часть приложенного напряжения, тем самым уменьшая доступное для прямого поля напряжение и уменьшая развиваемый передний крутящий момент; и (2) обратное поле дает отрицательные крутящий момент, уменьшая эффективный развиваемый крутящий момент. Оба эти эффекта зависят от от сопротивления ротора, а также реактивного сопротивления утечки.Следовательно, в отличие от многофазный двигатель, максимальный внутренний крутящий момент однофазного двигателя составляет зависит от сопротивления ротора; с увеличением сопротивления ротора уменьшается максимальный крутящий момент и увеличивает скольжение, при котором возникает максимальный крутящий момент.

В основном из-за эффектов обратного поля однофазный асинхронный двигатель несколько уступает многофазному двигателю, использующему тот же ротор и тот же сердечник статора. Однофазный двигатель имеет нижний максимум крутящий момент, возникающий при более низком скольжении.При том же крутящем моменте однофазный двигатель имеет более высокое скольжение и большие потери, в основном из-за обратного поля ротор 12R потери. Потребляемая мощность однофазного двигателя больше, главным образом из-за мощности и реактивных вольт-ампер, потребляемых обратное поле. Потери статора 12R также несколько выше в однофазном двигатель, потому что одна фаза, а не несколько, должна пропускать весь ток. Из-за больших потерь КПД ниже, а температура подъем при том же крутящем моменте выше.Для однофазный двигатель, чем многофазный двигатель той же мощности и скорости рейтинг. Благодаря большему размеру рамы максимальный крутящий момент может быть достигнут сравнимо с физически меньшим по размеру, но с равным номиналом многофазным мотор. Несмотря на больший размер рамы и необходимость вспомогательного пусковые устройства, однофазные двигатели общего назначения в стандарте дробные киловаттные рейтинги стоят примерно столько же, сколько соответственно номинальные многофазные двигатели из-за гораздо большего объема производства бывшего.

4. ДВУХФАЗНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Как мы видели, большинство однофазных асинхронных двигателей фактически сконструированы в виде двухфазных двигателей с двумя обмотками статора в пространственной квадратуре. Основная и вспомогательная обмотки обычно очень разные, с разными количество витков, размер провода и распределение витков. Эта разница в комбинация с конденсатором, который обычно используется последовательно с вспомогательная обмотка, гарантирует, что ММФ производятся двумя обмотками токи будут довольно несбалансированными; в лучшем случае они могут быть сбалансированы по одному конкретному рабочая точка.Таким образом, мы обсудим различные аналитические методы для двухфазные двигатели, чтобы расширить наше понимание и понимание машины производительности, а также разработать методики анализа одно- и двухфазные двигатели.

В сбалансированных условиях эксплуатации симметричный двухфазный двигатель может быть проанализированы с использованием методов, разработанных в разделе 6 для трехфазных двигателей, слегка изменен, чтобы учесть тот факт, что есть два фазы, а не три.

В этом разделе мы сначала обсудим один метод, который можно использовать для проанализировать симметричный двухфазный двигатель, работающий в несимметричном режиме условия. Затем мы формально выведем аналитическую модель для несимметричной двухфазный двигатель, который может быть применен к однофазным двигателям в общем случае отключая как свои основные, так и вспомогательные обмотки.

4.1 Несбалансированная работа симметричных двухфазных машин; Симметричная составляющая Концепт

При работе только от основной обмотки однофазный двигатель крайний случай, когда двигатель работает в условиях несимметричного тока статора.В некоторых случаях в источнике питания возникают несбалансированные напряжения или токи. сеть к двигателю, например, при перегорании линейного предохранителя. В остальных случаях несбалансированные напряжения создаются пусковыми сопротивлениями однофазных двигателей, как описано в разд. 2. Цель этого раздела — разработать теория симметричных компонентов двухфазных асинхронных двигателей с двойным вращающимся полем концепция и показать, как теория может быть применена к множеству проблем с асинхронными двигателями, имеющими две обмотки статора в пространственной квадратуре.

Сначала рассмотрим, что происходит при сбалансированном двухфазном напряжении. применяются к выводам статора двухфазной машины, имеющей единый воздушный зазор, симметричный многофазный или сепараторный ротор и два одинаковых статора обмотки ot и fl в пространственной квадратуре. Токи статора равны в по величине и во временной квадратуре.

Когда ток в обмотке ot достигает своего мгновенного максимума, ток в обмотке fl равен нулю, а волна статора-ммс центрирована на оси обмотка или.Точно так же волна статора-ммс центрируется на оси обмотки. fl в момент, когда ток в обмотке fl равен мгновенному максимум. Таким образом, волна статора-ммс распространяется на 90 электрических градусов в пространство во временном интервале, соответствующем изменению фазы на 90 ° применяемого напряжение, с направлением его движения в зависимости от чередования фаз токов. Более полный анализ, как в разделе 4.5, показывает что бегущая волна имеет постоянную амплитуду и постоянную угловую скорость.Этот факт, конечно же, является основой теории сбалансированной работы. индукционных машин.

Поведение двигателя для сбалансированных двухфазных приложенных напряжений либо последовательность фаз может быть легко определена. Таким образом, если ротор вращается при скольжении s в направлении от обмотки альфа к обмотке r вывод полное сопротивление на фазу дается эквивалентной схемой на фиг. 12а когда приложенное напряжение fz ~ отстает от подаваемого напряжения на 90 °.Через в остальной части этого лечения эта фазовая последовательность называется положительной последовательностью. и обозначается индексом ‘f’, поскольку токи прямой последовательности результат в поле вперед. Когда ротор работает с той же скоростью и в том же направлении оконечный импеданс на фазу определяется эквивалентная схема фиг. 12b, когда выводы fz ~ запитаны на 90 °. Эта фаза последовательность называется отрицательной последовательностью и обозначается индексом ‘b’, поскольку токи обратной последовательности создают обратное поле.

РИС. 12 Однофазные схемы замещения двухфазного двигателя под несбалансированные условия (а) прямое поле и (б) обратное поле.

РИС. 13 Синтез неуравновешенной двухфазной системы из суммы две уравновешенные системы противофазной последовательности.

Предположим теперь, что два сбалансированных двухфазных источника напряжения противоположной фазы последовательность подключаются последовательно и применяются одновременно к двигателю, как показано на фиг.13а, где приложены векторные напряжения Vf и j Vf соответственно, к обмоткам ot и fl образуют сбалансированную систему положительной последовательности, а вектор напряжения «V’b и -j l? b образуют другую сбалансированную систему, но с отрицательным последовательность.

Результирующее напряжение V, ~, приложенное к обмотке ct, равно вектору

(уравнение 17)

… а применительно к обмотке fl …

(уравнение 18)

РИС. 13b показана обобщенная векторная диаграмма, на которой прямой или В положительной последовательности система задается векторами ~ ‘r и j l ~’ r и система обратной или отрицательной последовательности задается векторами ~ ‘b и -j ~ ‘б.Результирующие напряжения, определяемые векторами 12 ~ и V / ~, не соответствуют как правило, равные по величине или по квадратуре по времени. Из этого обсуждения мы видим, что несимметричная двухфазная система приложенных напряжений V ~ и V # может быть синтезирован путем объединения двух сбалансированных наборов напряжений противоположной фазы. последовательность.

Однако с системами с симметричными компонентами работать намного проще. чем их несбалансированная результирующая система. Таким образом, легко вычислить составляющие токи, создаваемые каждой симметрично-компонентной системой применяемых напряжения, потому что асинхронный двигатель работает как сбалансированный двухфазный двигатель для каждой компонентной системы.

Таким образом, фактический ток в обмотке складывается из компоненты. Таким образом, если if и Ib являются, соответственно, положительной и отрицательной последовательностями компонентных векторных токов в обмотке или, соответственно, положительного и векторные токи составляющей обратной последовательности в обмотке fl равны соответственно jif и -j ib, а фактические токи обмотки i ~ и i # равны

[…]

РИС. 14 Разрешение несимметричных двухфазных напряжений на симметричные компоненты.

4,2 Общий случай: асимметричные двухфазные индукционные машины

Как мы уже говорили, однофазный асинхронный двигатель с основным и вспомогательным обмотка — пример несимметричного двухфазного асинхронного двигателя. В В этом разделе мы разработаем модель такого двухфазного двигателя, используя обозначения подходит для однофазного двигателя. Предположим, как обычно случай, когда обмотки находятся в пространственной квадратуре, но несимметричны в том, что они могут иметь разное количество витков, разное распределение обмоток, и так далее.

Наш аналитический подход заключается в представлении ротора эквивалентным двухфазным обмотка, схематически изображенная на фиг. 16 и начать с потокосцепления / тока отношения для ротора и статора формы

(уравнение 25)

, где 0me — угол ротора, измеренный в электрических радианах.

Lmain = собственная индуктивность основной обмотки

РИС. 16 Схематическое изображение двухфазного асинхронного двигателя с эквивалентный двухфазный ротор.

[…]

5. РЕЗЮМЕ

Одна из тем этого раздела — продолжение теории индукционных машин. раздела 6 и его применение к однофазному асинхронному двигателю. Этот теория расширяется пошаговым процессом рассуждения от простого вращающегося поля теория симметричного многофазного асинхронного двигателя. Основная концепция: разрешение статорной ММЧ-волны на два бегущих с постоянной амплитудой волны, вращающиеся вокруг воздушного зазора с синхронной скоростью в противоположных направлениях.Если проскальзывание для переднего поля равно s, то для заднего поля равно (2 с). Каждое из этих составляющих полей вызывает действие асинхронного двигателя, как в симметричном многофазном двигателе. С точки зрения статора, отраженные эффекты ротора можно визуализировать и выразить количественно в терминах простых схем замещения. Легкость, с которой внутреннее реакции могут быть объяснены таким образом, является существенной причиной полезность теории двойного вращающегося поля.

Для однофазной обмотки прямая и обратная составляющие ММЧ-волн равны, а их амплитуда составляет половину максимального значения пика стационарный пульсирующий ММФ, создаваемый обмоткой. Разрешение статора mmf на его переднюю и заднюю компоненты затем приводит к физическая концепция однофазного двигателя описана в разд. 1 и наконец, к количественной теории, развитой в разд. 3 и эквивалент схемы фиг.11.

В большинстве случаев однофазные асинхронные двигатели на самом деле являются двухфазными двигателями. с несимметричными обмотками, питаемыми от однофазного источника. Таким образом чтобы завершить наше понимание однофазных асинхронных двигателей, необходимо для проверки производительности двухфазных двигателей. Следовательно, следующий шаг — применение изображения двойного вращающегося поля к симметричной двухфазной двигатель с несимметричным приложенным напряжением, как в разд. 4.1. Это расследование приводит к концепции симметричных компонентов, согласно которой несбалансированная двухфазная систему токов или напряжений можно разложить на сумму двух уравновешенных двухфазные компонентные системы противофазной последовательности.Резолюция токи в системы с симметричными компонентами эквивалентно разрешению волна статора-ммс на его прямую и обратную составляющие, и, следовательно, внутренние реакции ротора для каждой симметрично-компонентной системы такие же, как те, которые мы уже исследовали. Очень похожий процесс рассуждений, который здесь не рассматривается, приводит к хорошо известному трехфазному симметрично-компонентный метод решения проблем с несбалансированными работа трехфазных вращающихся машин.Легкость, с которой вращается машина может быть проанализирована с точки зрения теории вращающегося поля. причина полезности метода симметричных компонентов.

Наконец, раздел заканчивается на Разд. 4.2 с развитием аналитического теория для общего случая двухфазного асинхронного двигателя с несимметричным обмотки. Эта теория позволяет анализировать работу однофазных двигатели, работающие как от основной, так и от вспомогательной обмоток.

6. ВИКТОРИНА

Двигатель с конденсаторным пуском, 1 кВт, 120 В, 60 Гц, имеет следующие параметры для основной и вспомогательной обмоток (при пуске):

Zmain = 4.82 + j7.25 Zau x —7.95 + j9.21 Ом основная обмотка вспомогательная обмотка

а. Найдите величину и фазовые углы токов в двух обмотках. когда на двигатель подается номинальное напряжение в пусковых условиях.

г. Найдите значение пусковой емкости, при которой будут размещены основные и токи вспомогательной обмотки во временной квадратуре при пуске.

г. Повторите часть (a), когда емкость части (b) вставлена ​​последовательно. со вспомогательной обмоткой.

2. Повторите задачу 1, если двигатель работает от источника 120 В, 50 Гц.

3. Учитывая приложенную электрическую частоту и соответствующие импедансы Zmain и Zaux основной и вспомогательной обмоток при пуске пишем скрипт MATLAB для вычисления значения емкости, которая при подключении последовательно с пусковой обмоткой образует пусковую обмотку ток, опережающий ток основной обмотки на 90 °.

4. Повторите пример 2 для скольжения 0,045.

5. Однофазный асинхронный двигатель мощностью 500 Вт, 115 В, 60 Гц имеет следующие параметры (сопротивления и реактивные сопротивления в Ом / фаза):

R1, основной = 1,68 R2, основной = 2,96

X1, основной ~ -1,87 Xm, основной = 60,6 X2, основной = 1,72

Потери в сердечнике = 38 Вт

Трение и ветер = 11,8 Вт

Найдите частоту вращения статора ток, крутящий момент, выходная мощность и эффективность при работе двигателя при номинальном напряжении и скольжении 4.2 процента.

6. Напишите сценарий MATLAB для построения графиков скорости и эффективности. однофазного двигателя задачи 5 в зависимости от выходной мощности в диапазоне 0

7. В состоянии покоя действующие токи в основной и вспомогательной обмотках четырехполюсного, конденсаторно-пускового асинхронный двигатель: / main = 20,7 A и laux = 11,1 A соответственно. В ток вспомогательной обмотки опережает ток основной обмотки на 53 °. В число эффективных оборотов на полюс (т.е., количество витков с поправкой на эффекты распределения обмоток) N_main -42 и N_aux = 68. Обмотки находятся в космической квадратуре.

а. Определите пиковые амплитуды переднего и заднего статора-ммс. волны.

г. Предположим, можно было отрегулировать величину и фазу вспомогательной обмотки. Текущий. Какая амплитуда и фаза будут производить чисто прямую волну ммф? 9.8 Выведите выражение через a2, главное для ненулевой скорости однофазный асинхронный двигатель с нулевым внутренним крутящим моментом.(Видеть Пример 2.)

9. Параметры схемы замещения 8 кВт, 230 В, 60 Гц, четырехполюсный, двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, Ом на фазу являются Rl = 0,253 Xl = 1,14 Xm = 32,7 R2 = 0,446 X2 = 1,30 Этот двигатель работает от несимметричного двухфазного источника 60 Гц, фазные напряжения которого составляют, соответственно, 223 и 190 В, причем чем меньше напряжение, тем больше на 73 °. Для бланка 0,045 найдите:

а. фазные токи в каждой из обмоток и

г.внутренняя механическая сила.

10. Рассмотрим двухфазный двигатель из Примера 3.

а. Найдите пусковой момент для условий, указанных в примере.

г. Сравните результат части (а) с пусковым моментом, который двигатель возникнет, если к мотор.

г. Покажите, что если напряжения статора f ‘~ и V_beta двухфазной индукции электродвигатели находятся во временном квадратуре, но не равны по величине, пусковой крутящий момент такое же, как при сбалансированных двухфазных напряжениях величины v / V ~ V ~ применяются.

11. Асинхронный двигатель Задачи 9 питается от неуравновешенного двухфазный источник с четырехпроводным механизмом подачи с импедансом Z = 0,32 + j 1,5 Ом / фаза. Напряжения источника можно выразить как fe d -235L0 ° f ‘~ = 212/78 ° Для скольжения 5 процентов покажите, что клемма асинхронного двигателя напряжения больше соответствуют сбалансированному двухфазному набору, чем те источника.

12. Параметры эквивалентной схемы в омах на фазу, относящиеся к статор для двухфазного, 1.0 кВт, 220 В, четырехполюсный, 60 Гц, беличья клетка асинхронные двигатели приведены ниже. Потеря вращения без нагрузки составляет 65 Вт. R1 = 0,78 R2 = 4,2 X1 = X2 = 5,3 Xm = 93

а. Напряжение, приложенное к фазе c ~, составляет 220L0 ° В, а напряжение, приложенное к фазе / 3. составляет 220L65 ° V. Найдите чистый крутящий момент в воздушном зазоре при скольжении s = 0,035.

г. Каков пусковой крутящий момент при приложенных напряжениях части (а)?

г. Приложенные напряжения регулируются таким образом, чтобы f ‘~ 220L65 ° V и f’t ~ -220L90 ° В.

Полная нагрузка на машину наступает при s = 0,048. На каком скольжении максимально возникает внутренний крутящий момент? Какое значение максимального крутящего момента?

г. Пока двигатель работает, как в части (c), фаза fl разомкнута. Какова выходная мощность машины при скольжении s = 0,04?

e. Какое напряжение появляется на разомкнутых клеммах фазы-fl в условиях части (d)?

13. А 120 В, 60 Гц, конденсаторный, двухполюсный, однофазный асинхронный двигатель имеет следующие параметры: Lmain = 47.2 мГн

Rmain = 0,38

Laux = 102 мГн

Raux -1,78 Ом

Lr = 2,35 / zH

Rr = 17,2 / Ом

Lmain, r -0,342 мH

Лаукс, r = 0,530 м водн.

Вы можете предположить, что у двигателя 48 Вт потерь в сердечнике и 23 Вт вращательного убытки. Обмотки двигателя подключаются с соблюдением полярности, показанной на фиг. 17 с рабочим конденсатором 40 #F.

а. Рассчитайте пусковой крутящий момент двигателя.

С двигателем, работающим со скоростью 3490 об / мин, рассчитайте

г.токи основной и вспомогательной обмоток,

г. общий линейный ток и коэффициент мощности двигателя,

г. выходная мощность и

e. потребляемая электрическая мощность и КПД.

Обратите внимание, что эту проблему проще всего решить с помощью MATLAB.

14. Рассмотрим однофазный двигатель задачи 13. Напишите сценарий MATLAB. для поиска в диапазоне емкостей конденсаторов от 25 мкФ до 75 мкФ, чтобы найти значение, которое максимизирует КПД двигателя при скорости двигателя 3490 об / мин.Каков соответствующий максимальный КПД?

15. Для увеличения пускового момента используется однофазная индукционная двигатель Задачи 13 должен быть преобразован в конденсаторный, конденсаторный. мотор.

Напишите сценарий MATLAB, чтобы найти минимальное значение пусковой емкости требуется для увеличения пускового момента до 0,5 Н-м.

16. Рассмотрим однофазный асинхронный двигатель из Примера 5, работающий в диапазоне скоростей от 3350 до 3580 об / мин.

а. Используйте MATLAB, чтобы построить выходную мощность в заданном диапазоне скоростей.

г. Постройте график КПД двигателя в этом диапазоне скоростей.

г. На том же графике, что и в части (b), постройте КПД двигателя, если Рабочий конденсатор увеличен до 45 мкФ.

Двухфазный серводвигатель переменного тока — трехфазный серводвигатель переменного тока

Как мы уже видели, что такое серводвигатель? В предыдущей статье. Здесь я собираюсь обсудить двухфазный и трехфазный серводвигатель переменного тока.Статор двухфазного серводвигателя переменного тока имеет две распределенные обмотки, которые электрически смещены друг от друга на 90 градусов. Одна обмотка, известная как опорная или фиксированная фаза, питается от источника постоянного напряжения. Другой, известный как Control Phase, имеет переменное напряжение

Схема подключения двухфазного серводвигателя переменного тока показана ниже.

Фаза управления обычно подается от сервоусилителя.Скорость и крутящий момент ротора регулируются разностью фаз между управляющим напряжением и опорным фазным напряжением. Путем изменения разности фаз с опережения на запаздывание или наоборот направление вращения ротора может быть изменено на противоположное.

Характеристика крутящего момента двухфазного серводвигателя переменного тока показана на рисунке ниже.

Отрицательный наклон означает высокое сопротивление ротора и обеспечивает двигателю положительное демпфирование для лучшей устойчивости.Кривая линейна для почти различных управляющих напряжений. Реакция двигателя на сигнал управления светом улучшается за счет уменьшения веса и инерции двигателя в конструкции, известной как серводвигатель Drag Cup, как показано на рисунке ниже.

Ротор серводвигателя Drag cup изготовлен из тонкой чашки из немагнитного проводящего материала. Неподвижный железный сердечник помещен в середину токопроводящей чашки. Это устройство завершает магнитную цепь. Поскольку ротор двигателя сделан из тонкого материала, его сопротивление будет высоким, что приведет к высокому пусковому моменту.

Трехфазные серводвигатели переменного тока

Трехфазные асинхронные двигатели с контролем напряжения используются в качестве серводвигателя для приложений в сервосистемах большой мощности. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором представляет собой устройство с сильно нелинейной связью. Он используется в качестве линейно-развязанной машины с использованием метода управления, известного как векторное управление или ориентированное на поле управление.

Ток в машинах этого типа регулируется таким образом, что крутящий момент и магнитный поток не связаны.Разделение приводит к высокой скорости и высокому крутящему моменту.

Серия тренингов по электричеству и электронике ВМС (NEETS), модуль 5, с 4-1 по 4-10

NEETS Модуль 5 — Введение в генераторы и двигатели

Страницы i, 1−1, 1-11, 1−21, 1−31, 2−1, 2-11, 3−1, 3-11, 4−1, 4-11, Индекс

Раздел 4

ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цели обучения

По завершении этой главы вы сможете:

1.Перечислите три основных типа двигателей переменного тока и опишите характеристики каждого типа.

2. Опишите характеристики серийного двигателя, который позволяют использовать его как универсальный двигатель.

3. Объясните взаимосвязь отдельных фаз многофазные напряжения, поскольку они создают вращающиеся магнитные поля в двигателях переменного тока.

4. Опишите размещение обмоток статора в двухфазных двигателях переменного тока с использованием вращающихся полей.

5. Перечислите сходства и различия между обмотками статора двухфазных и трехфазных двигателей переменного тока.

6. Укажите основное применение синхронных двигателей и объясните характеристики, которые делают их подходящими. для этого приложения.

7. Опишите особенности, которые делают асинхронный двигатель переменного тока наиболее широко используемым из электродвигатели.

8. Опишите разницу между вращающимся полем многофазных двигателей и «кажущееся» вращающееся поле однофазных двигателей.

9. Объясните принцип работы расщепленных обмоток в однофазные асинхронные двигатели переменного тока.

10. Опишите влияние экранированных полюсов при однофазной индукции переменного тока. моторы.

Введение

Большинство энергосистем, береговых и плавучих, вырабатывают переменный ток. По этой причине большинство двигатели, используемые на всем флоте, предназначены для работы на переменном токе. Есть и другие преимущества использования двигателей переменного тока. помимо широкой доступности переменного тока.Как правило, двигатели переменного тока стоят меньше, чем двигатели постоянного тока. Некоторые типы двигателей переменного тока не используйте щетки и коммутаторы. Это устраняет многие проблемы обслуживания и износа. Это также устраняет проблема опасного искрения.

Двигатель переменного тока особенно хорошо подходит для применения с постоянной скоростью. Это связано с тем, что его скорость определяется частотой переменного напряжения, подаваемого на клеммы двигателя.

Двигатель постоянного тока лучше подходит, чем двигатель переменного тока, для некоторых применений, например для тех, которые требуют переменной скорости.AC Двигатель также может быть выполнен с регулируемыми частотными характеристиками, но только в определенных пределах.

Промышленные постройки Двигатели переменного тока различных размеров, форм и номиналов для различных типов работ. Эти двигатели предназначены для использовать с многофазными или однофазными системами питания. Здесь невозможно охватить все аспекты тема двигателей переменного тока. В этой главе рассматриваются только принципы наиболее часто используемых типов.

4-1

---

В этой главе двигатели переменного тока будут разделены на (1) серийные, (2) синхронные и (3) асинхронные двигатели. Будут рассмотрены однофазные и многофазные двигатели. Синхронные двигатели для целей данной главы могут быть рассматриваются как многофазные двигатели постоянной скорости, роторы которых находятся под напряжением постоянного тока. Асинхронные двигатели, Однофазные или многофазные двигатели переменного тока, роторы которых приводятся в действие за счет индукции, являются наиболее часто используемыми двигателями переменного тока.В Серийный двигатель переменного тока, в некотором смысле, является знакомым типом двигателя. Он очень похож на двигатель постоянного тока, который был покрыт глава 2 и послужит мостом между старым и новым.

1 кв. Каковы три основных типа двигатели переменного тока?

ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА серии

Серийный двигатель переменного тока электрически идентичен двигателю постоянного тока. См. Рисунок 4-1 и используйте левую правило полярности катушек.Вы можете видеть, что мгновенные магнитные полярности якоря и поля противостоят друг другу, и результат двигательного действия. Теперь измените ток, изменив полярность входа. Примечание что магнитная полярность поля все еще противоположна магнитной полярности якоря. Это потому, что разворот влияет как на арматуру, так и на поле. Вход переменного тока заставляет эти реверсирования происходить непрерывно.

Рисунок 4-1.- Мотор переменного тока серии.

Конструкция двигателя переменного тока немного отличается от двигателя постоянного тока. Специальные металлы, используются ламинаты и обмотки. Они уменьшают потери, вызванные вихревыми токами, гистерезисом и высоким реактивным сопротивлением. Округ Колумбия мощность может использоваться для эффективного управления двигателем переменного тока, но обратное неверно.

Характеристики серийного двигателя переменного тока аналогичны характеристикам серийного двигателя постоянного тока. Это машина с переменной скоростью.Это имеет низкие скорости для больших грузов и высокие скорости для легких грузов. Пусковой момент очень

4-2

---

выс. Серийные двигатели используются для привода вентиляторов, электродрелей и другой мелкой бытовой техники. Поскольку Серийный двигатель переменного тока имеет те же общие характеристики, что и серийный двигатель постоянного тока, был разработан серийный двигатель, который может работать как от переменного, так и от постоянного тока. Этот двигатель переменного / постоянного тока называется универсальным двигателем.Он находит широкое применение в небольших электрических Техника. Универсальные двигатели работают с более низким КПД, чем двигатели постоянного или переменного тока. Они встроены в только небольшие размеры. Универсальные двигатели не работают от многофазного переменного тока.

2 кв. Серийные двигатели Какое оборудование обычно используется для работы? Q3. Почему серийные двигатели иногда называют универсальными?

ВРАЩАЮЩИЕСЯ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Принцип вращения магнитных полей является ключом к работе большинства двигателей переменного тока.И синхронные, и Двигатели асинхронного типа полагаются на вращающиеся магнитные поля в статорах, которые заставляют их роторы вращаться.

Идея проста. магнитное поле в статоре может вращаться электрически вокруг и вокруг. Другой Магнитное поле в роторе может преследовать его, притягиваясь и отталкиваясь полем статора. Потому что ротор может свободно вращаться, он следует за вращающимся магнитным полем в статоре. Посмотрим, как это делается.

Вращающиеся магнитные поля могут быть созданы в двухфазных или трехфазных машинах. Установить вращающийся магнитный поля в статоре двигателя количество пар полюсов должно быть таким же (или кратным) количеству фаз в приложенное напряжение. Затем полюса должны быть смещены друг относительно друга на угол, равный фазовому углу между отдельные фазы приложенного напряжения.

4 кв. От чего зависит количество полюсов, необходимых для установить вращающееся магнитное поле в статоре многофазного двигателя?

ДВУХФАЗНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ Магнитный ПОЛЕ

Вращающееся магнитное поле, вероятно, легче всего увидеть в двухфазном статоре.Статор двухфазной индукции двигатель состоит из двух обмоток (или кратных двум). Они размещены под прямым углом друг к другу вокруг статор. На упрощенном чертеже на рис. 4-2 показан двухфазный статор.

4-3

---

Рисунок 4-2. — Двухфазный статор двигателя.

Если напряжения, приложенные к фазам 1-1A и 2-2A, не совпадают по фазе на 90º, токи, протекающие в фазы смещены друг от друга на 90º.Поскольку магнитные поля, генерируемые в катушках, находятся в фазе с соответствующие токи, магнитные поля также на 90º не совпадают по фазе друг с другом. Эти два
Противофазные магнитные поля, оси катушек которых расположены под прямым углом друг к другу, складываются в каждые
мгновений во время их цикла. Они создают результирующее поле, которое вращается на один оборот за каждый цикл переменного тока.

Кому проанализируйте вращающееся магнитное поле в двухфазном статоре, см. рисунок 4-3.Стрелка представляет ротор. Для каждой точки, установленной на диаграмме напряжения, учитывайте, что ток течет в направлении, которое вызовет магнитная полярность указана на каждом полюсном наконечнике. Обратите внимание, что от одной точки к другой полярности меняются. от одного полюса к другому по часовой стрелке. За один полный цикл входного напряжения получается 360-градусный вращение полярностей полюсов. Посмотрим, как получается такой результат.

4-4

---

Рисунок 4-3.- Двухфазное вращающееся поле.

Формы сигналов на рисунке 4-3 относятся к двум входным фазам, смещенным на 90º из-за того, как они были генерируется двухфазным генератором переменного тока. Формы сигналов пронумерованы в соответствии с их фазой. Хотя нет Как показано на этом рисунке, обмотки для полюсов 1-1A и 2-2A будут такими, как показано на предыдущем рисунке. В положение 1, ток и магнитное поле в обмотке 1-1A максимальные (поскольку фазное напряжение максимум).Ток и магнитное поле в обмотке 2-2А равны нулю (поскольку фазное напряжение равно нулю). В Таким образом, результирующее магнитное поле находится в направлении оси 1-1A. В точке под углом 45 градусов (положение 2) Результирующее магнитное поле находится посередине между обмотками 1-1A и 2-2A. Токи катушки и магнитные поля равны равные по силе. При 90º (положение 3) магнитное поле в обмотке 1-1A равно нулю. Магнитное поле в обмотке 2-2A максимально.Теперь результирующее магнитное поле лежит вдоль оси обмотки 2-2А, как показано. В результирующее магнитное поле повернулось на 90º по часовой стрелке, чтобы перейти из положения 1 в положение 3. Когда двухфазные напряжения завершили один полный цикл (позиция 9), результирующее магнитное поле повернулось через 360º. Таким образом, поместив две обмотки под прямым углом друг к другу и возбуждая эти обмотки напряжением 90º в противофазе возникает вращающееся магнитное поле.

Двухфазные двигатели используются редко, за исключением специального оборудования. Они обсуждаются здесь, чтобы помочь в понимание вращающихся полей. Однако вы встретите много однофазных и трехфазных двигателей.

Q5. Каково угловое смещение полюсов возбуждения статора двухфазного двигателя?

4-5

---

ТРЕХФАЗНЫЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ ПОЛЯ

Трехфазный асинхронный двигатель также работает от принцип вращающегося магнитного поля.Следующее обсуждение показывает, как можно расположить обмотки статора. подключен к трехфазному входу переменного тока и имеет результирующее магнитное поле, которое вращается.

Рисунок 4-4, виды A-C показывают отдельные обмотки для каждой фазы. На рис. 4-4, вид D показано, как три фазы связаны друг с другом. в статоре с Y-соединением. Точка на каждой диаграмме указывает общую точку Y-образного соединения. Ты это видишь отдельные фазные обмотки равномерно расположены вокруг статора.Таким образом, обмотки разнесены на 120º.

Рисунок 4-4. — Трехфазный статор с Y-соединением.

Трехфазное входное напряжение статора на рисунке 4-4 показано на графике рисунка 4-5. Использовать правило левой руки для определения электромагнитной полярности полюсов в любой момент времени. Применяя Правило для катушек на рисунке 4-4, учтите, что ток течет к номерам клемм для положительного напряжения, и подальше от номеров клемм для отрицательных напряжений.

4-6

---

Рисунок 4-5. — Полярность трехфазного вращающегося поля и входные напряжения.

Результаты этого анализа показаны для точек напряжения с 1 по 7 на рисунке 4-5. В точке 1 Магнитное поле в катушках 1-1A является максимальным при указанной полярности. В то же время возникают отрицательные напряжения. войлок в обмотках 2-2А и 3-3А.Они создают более слабые магнитные поля, которые, как правило, помогают полю 1-1A. В точка 2, максимальное отрицательное напряжение ощущается в обмотках 3-3А. Это создает сильное магнитное поле, которое, в свою очередь, этому способствуют более слабые поля в 1-1A и 2-2A. Поскольку каждая точка на графике напряжения проанализирована, ее можно Видно, что результирующее магнитное поле вращается по часовой стрелке. Когда трехфазное напряжение завершает один полный цикл (точка 7), магнитное поле повернулось на 360º.

Q6. Что является основным разница между двухфазным и трехфазным статором?

ПОВЕДЕНИЕ РОТОРА В ВРАЩАЮЩЕМСЯ ПОЛЕ

Для объяснения движения ротора предположим, что мы можем разместить стержневой магнит в центре статора. схемы рисунка 4-5. Мы установим этот магнит так, чтобы он мог свободно вращаться в этой области. Предположим также, что стержневой магнит выровнен так, что в точке 1 его южный полюс находится напротив большого N поля статора.

Вы можете видеть, что это выравнивание естественно. В отличие от полюсов притягиваются, и два поля выровнены так, что они привлечение. Теперь перейдите от точки 1 к точке 7. Как и раньше, поле статора вращается по часовой стрелке. Стержневой магнит, свободно двигаться, будет следовать за полем статора, потому что притяжение между двумя полями

4-7

---

продолжает существовать. вал, проходящий через точку поворота стержневого магнита, будет вращаться при том же скорость как вращающееся поле.Эта скорость называется синхронной скоростью. Вал представляет собой вал рабочий двигатель, к которому прикреплена нагрузка.

Помните, это объяснение является чрезмерным упрощением. это предназначен для того, чтобы показать, как вращающееся поле может вызвать механическое вращение вала. Такое расположение сработает, но не используется. У ротора с постоянным магнитом есть ограничения. Практические двигатели используют другие методы, как мы и будем см. в следующих абзацах.

СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Конструкция синхронных двигателей по существу такая же, как и конструкция выступающих частей. полюсный генератор. Фактически, такой генератор может работать как двигатель переменного тока. Он похож на рисунок на рисунке 4-6. Синхронные двигатели имеют характеристику постоянной скорости между холостым ходом и полной нагрузкой. Они способны коррекции низкого коэффициента мощности индуктивной нагрузки, когда они работают в определенных условиях.Они есть часто используется для привода генераторов постоянного тока. Синхронные двигатели проектируются мощностью до тысяч лошадиных сил. Они могут быть выполнены как однофазные, так и многофазные машины. Дальнейшее обсуждение основано на трехфазный дизайн.

Рисунок 4-6. — Синхронный двигатель с вращающимся полем.

Чтобы понять, как работает синхронный двигатель, предположим, что подача трехфазного переменного тока на статор вызывает создание вращающегося магнитного поля вокруг ротора.Ротор находится под напряжением постоянного тока (он действует как стержневой магнит). Сильное вращающееся магнитное поле притягивает сильное поле ротора, активируемое постоянным током. Этот приводит к сильному вращению вала ротора. Таким образом, ротор может поворачивать груз, когда он вращается в шаг с вращающимся магнитным полем.

Так работает после запуска. Однако один из Недостатками синхронного двигателя является то, что он не может быть запущен из состояния покоя подачей трехфазного переменного тока. мощность статора.Когда на статор подается переменный ток, сразу появляется вращающееся с большой скоростью магнитное поле. Это вращающееся поле проносится мимо полюсов ротора так быстро, что у ротора нет возможности запуститься. Фактически, ротор отталкивается сначала в одном направлении, а затем в другом. синхронный двигатель в чистом виде не имеет пускового момента. Он имеет крутящий момент только тогда, когда он работает с синхронной скоростью.

Беличья клетка обмотки добавляется к ротору синхронного двигателя, чтобы вызвать его запуск.Беличья клетка обозначена внешняя часть ротора на рисунке 4-7. Он назван так потому, что имеет форму и выглядит как поворотный. Беличья клетка. Просто обмотки тяжелые, закороченные медные шины

4-8

---

вместе медными кольцами. в этих закороченных обмотках индуцируется низкое напряжение из-за вращения трехфазное поле статора. Из-за короткого замыкания в беличьей клетке протекает относительно большой ток.Это вызывает магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора. Из-за взаимодействия ротор начинает вращаться вслед за полем статора; мотор запускается. Мы снова наткнёмся на беличьи клетки в других приложения, где они будут рассмотрены более подробно.

Рисунок 4-7. — Самозапускающийся синхронный двигатель переменного тока.

Чтобы запустить практический синхронный двигатель, статор находится под напряжением, но подача постоянного тока на поле ротора не под напряжением.Обмотки с короткозамкнутым ротором доводят ротор до почти синхронной скорости. В этот момент поле постоянного тока находится под напряжением. Это блокирует ротор синхронно с вращающимся полем статора. Развивается полный крутящий момент, а нагрузка ведется. механическое переключающее устройство, работающее за счет центробежной силы, часто используется для подачи постоянного тока на ротор по мере достижения синхронной скорости.

Практический синхронный двигатель имеет недостаток, требующий постоянного тока. напряжение возбудителя для ротора.Это напряжение может быть получено как снаружи, так и изнутри, в зависимости от конструкция мотора.

Q7. Каким требованиям специально разработан синхронный двигатель?

ИНДУКЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Асинхронный двигатель — это наиболее часто используемый тип двигателя переменного тока. Его простая и прочная конструкция стоит дорого. относительно мало в производстве. Асинхронный двигатель имеет ротор, который не подключен к внешнему источнику Напряжение.Асинхронный двигатель получил свое название от того факта, что напряжение переменного тока индуцируется в цепи ротора. вращающееся магнитное поле статора. Во многих отношениях индукция в этом двигателе аналогична индукционной. между первичной и вторичной обмотками трансформатора.

Большие двигатели и стационарные двигатели которые приводят в движение нагрузки с довольно постоянной скоростью, часто являются асинхронными двигателями. Примеры можно найти в стиральных машинах, компрессоры холодильников, настольные шлифовальные машины и настольные пилы.

Статор конструкции трехфазный. асинхронный двигатель и трехфазный синхронный двигатель практически идентичны. Однако их роторы полностью разные (см. рис. 4-8). Индукционный ротор представляет собой многослойный цилиндр с прорезями на поверхности. В обмотки в этих пазах бывают двух типов (показаны на рис. 4-9). Наиболее распространена обмотка типа «беличья клетка». Вся обмотка состоит из

4-9

---

тяжелых медных стержня, соединенных на каждом конце металлическим кольцом из меди или латуни.Нет требуется изоляция между сердечником и стержнями. Это связано с очень низкими напряжениями, возникающими в штанги ротора. Другой тип обмотки содержит настоящие катушки, размещенные в пазах ротора. Тогда ротор называется намотанный ротор.

Рисунок 4-8. — Индукционный двигатель.

Рисунок 4-9. — Типы роторов асинхронных двигателей переменного тока.

Независимо от типа используемого ротора, основной принцип остается неизменным.Вращающееся магнитное поле генерируемый в статоре индуцирует магнитное поле в роторе. Эти два поля взаимодействуют и заставляют ротор

4-10

---

---

NEETS Содержание

• Введение в материю, энергию и прямое Текущий
• Введение в переменный ток и трансформаторы
• Введение в защиту цепей, управление, и измерение
• Введение в электрические проводники, электромонтаж Техники и схемы чтения
• Введение в генераторы и двигатели
• Введение в электронную эмиссию, трубки, и блоки питания
• Введение в твердотельные устройства и Блоки питания
• Введение в усилители
• Введение в генерацию и формирование волн Схемы
• Введение в распространение и передачу волн Линии и антенны
• Принципы СВЧ
• Принципы модуляции
• Введение в системы счисления и логические схемы
• Введение в микроэлектронику
• Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
• Введение в испытательное оборудование
• Принципы радиочастотной связи
• Принципы работы радаров
• Справочник техника, Главный глоссарий
• Методы и практика испытаний
• Введение в цифровые компьютеры
• Магнитная запись
• Введение в волоконную оптику

Двухфазный электродвигатель премиум-класса для легких и тяжелых задач Сертифицированная продукция

Замечательный.2-фазный электродвигатель , выставленный на продажу на Alibaba.com, предоставляет отличную возможность для различных организаций, от частных лиц до крупных организаций, повысить свою производительность. Они доступны в огромном количестве. Двухфазный электродвигатель различных форм, размеров и рабочих характеристик. Такое разнообразие гарантирует, что все покупатели, заинтересованные в этих инновационных товарах, найдут наиболее подходящие для удовлетворения их потребностей.

Для повышения производительности и надежности Alibaba.com особенности. 2-фазный электродвигатель производителей, которые поставляют бесспорно первоклассную продукцию. Они сделаны из прочных материалов, которые выдерживают внешние и внутренние силы, такие как механические удары, химическое воздействие и тепло, среди прочего. В этом смысле они впечатляюще долговечны, а их производительность безупречна. Они просты в установке и обслуживании благодаря своей креативной форме и дизайну, которые позволяют оптимизировать работу с другими компонентами в более крупной системе.Это делает их удобными и популярными среди многих пользователей.

При покупке. 2-х фазный электродвигатель на сайте, покупатели могут получить продукцию высочайшего качества. Они поставляются ведущими мировыми брендами и производителями, которые соблюдают строгие требования к качеству и нормативным требованиям в энергетическом секторе. Возможность вторичной переработки и биоразлагаемость их материалов увеличивает их популярность среди пользователей, поскольку они поддерживают экологическую устойчивость. Они идеально подходят для людей и организаций, которые выступают за экологически чистую энергию и экологически безопасные методы.

Изучение Alibaba.com обнаруживает непреодолимые скидки на эти товары. Все покупатели найдут для себя самое подходящее. Электродвигатель двухфазный варианты по мощности и бюджету. Благодаря своим высочайшим характеристикам эти предметы стоят всех денег, которые покупатели вкладывают в них.

Шаговые двигатели — Сравнение двухфазных и пятифазных гибридных шаговых двигателей

Вы сузили круг поиска решения для управления движением до шагового двигателя.Теперь пора определиться, 2 фазы или 5 фаз? ORIENTAL MOTOR производит как 2-фазные (1,8 ° / 0,9 °), так и 5-фазные (0,72 ° / 0,36 °) шаговые двигатели и драйверы. Наш опыт работы с обеими технологиями дает нам уникальную перспективу. ORIENTAL MOTOR собрал быстрое сравнение функций, чтобы развеять путаницу и мифы о двухфазной и пятифазной дискуссии. В руководстве описаны основные различия между обеими технологиями в ключевых областях работы шагового двигателя: разрешение, вибрация, крутящий момент, точность и синхронизм.Опытные сотрудники службы технической поддержки ORIENTAL MOTOR также готовы предоставить более подробные разъяснения по обеим технологиям.

2 фазы, 5 фаз, в чем разница?

Есть два ключевых различия между 2-фазными и 5-фазными шаговыми двигателями. Первый — механический. Шаговый двигатель состоит в основном из двух частей: статора и ротора. Ротор, в свою очередь, состоит из трех компонентов; чашка ротора 1, чашка ротора 2 и постоянный магнит. В двухфазном двигателе статор состоит из 8 магнитных полюсов с небольшими зубцами, а статор пятифазного двигателя состоит из 10 магнитных полюсов.Каждый полюс статора имеет обмотку.

Второе различие между 2-фазным и 5-фазным режимами — это количество фаз. Двухфазный двигатель имеет две фазы: фазу «А» и фазу «В», а 5-фазный двигатель — пять фаз. По сути, количество фаз относится к различным комбинациям полюсов, которые последовательно активируются для притяжения ротора.

Двухфазная и 5-фазная прямая стыковка

Как эти различия влияют на производительность? На производительность шагового двигателя влияет ряд факторов.Существует несколько способов управления шаговым двигателем, и привод сильно влияет на его характеристики. Wave Drive, Full Step, Half Step и Microstep — наиболее распространенные методы управления, каждый из которых предлагает очень разные характеристики. Не принимая во внимание различные методы привода, мы рассмотрим ключевые области производительности 2-фазных и 5-фазных шаговых двигателей.

Разрешение

Конструктивно 5-фазный шаговый двигатель не сильно отличается от 2-фазного. Ротор в обоих моторах имеет 50 зубьев.Разница в том, что поскольку 5-фазный двигатель имеет 10 полюсов, по 2 на фазу, ротор должен переместиться только на 1/10 шага зуба, чтобы выровняться со следующей фазой. В двухфазном двигателе ротор должен перемещаться на 1/4 шага зубьев, чтобы соответствовать следующей фазе (8 полюсов, по 4 на фазу).

Это приводит к тому, что 2-фазный режим имеет 200 шагов на оборот, 1,8 ° на шаг, а 5-фазный — 500 шагов на оборот, 0,72 ° на шаг. Повышенное разрешение 5-фазной схемы заложено в ее конструкции. В сочетании с микрошаговым драйвером 5-фазный двигатель может совершать шаги до 0.00288 °, однако точность позиционирования и повторяемость по-прежнему зависят от механической точности двигателя. Механическая точность как 2-фазного, так и 5-фазного двигателя составляет ± 3 угловых минуты (0,05 °).

Вибрация

Из-за меньших углов шага в 5-фазных шаговых двигателях, 0,72 ° по сравнению с 1,8 ° в 2-фазном двигателе, вибрация в 5-фазном двигателе намного меньше, чем в 2-фазном. График справа показывает вибрацию, создаваемую 5-фазным двигателем, в сравнении с вибрацией, создаваемой 2-фазным шаговым двигателем.Как видите, двухфазный двигатель производит гораздо большую вибрацию.

* Графики справа представляют микрошаг с шагом 5K на оборот. Эти графики были созданы путем присоединения генератора к двигателю с двумя валами. Когда двигатель вибрирует, генерируемое напряжение отображалось на графике. Чем сильнее вибрирует двигатель, тем больше генерируется напряжение.

Момент

Хотя существует небольшая разница между выходным крутящим моментом двухфазного шагового двигателя и пятифазного шагового двигателя, 5-фазный двигатель действительно имеет более «полезный» крутящий момент.Это в первую очередь связано с величиной пульсаций крутящего момента, которые производят оба двигателя.

Полушаговый или микрошаговый 5-фазный шаговый двигатель на самом деле увеличивает крутящий момент до 10% из-за того, что подано больше фаз. Двухфазные двигатели будут терять крутящий момент до 40% при полушаге и микрошаге, однако многие двухфазные драйверы компенсируют это за счет завышения вектора противоположного крутящего момента.

Когда статор находится под напряжением, он создает электромагнит, который притягивает магнитный поток ротора.Магнитный поток можно разбить на два вектора: нормальный и тангенциальный. Крутящий момент создается только при наличии тангенциальной составляющей. Наличие тангенциального потока показано на рисунке ниже.

В рис. 1 зубья ротора прямо выровнены с зубьями статора, а магнитный поток имеет только нормальную составляющую, поэтому крутящий момент не создается. Когда зубья ротора смещаются относительно зубьев статора на фиг. , рис. 2, 3 и 4 , двигатель создает крутящий момент.Мы называем этот крутящий момент отрицательным, потому что крутящий момент пытается вернуть зубья в стабильное положение. В рис. 5 поток равномерно распределяется между зубьями статора, и крутящий момент не создается. Согласно , рисунки 6, 7 и 8, создается положительный крутящий момент, когда смещенные зубья ротора перемещаются, чтобы выровняться со следующими зубьями статора. Наконец, зубья ротора совпадают непосредственно со следующими зубьями статора (, рис. 1 ).

Каждая фаза двигателя вносит синусоидальную кривую смещения крутящего момента в общий выходной крутящий момент двигателя (показано ниже).Разница между пиком и впадиной называется пульсацией крутящего момента. Пульсация крутящего момента вызывает вибрацию, поэтому чем больше разница, тем сильнее вибрация.

Благодаря большему количеству фаз, составляющих общий крутящий момент двигателя, пульсации крутящего момента в 5-фазном двигателе значительно уменьшаются по сравнению с 2-фазным двигателем. Разница между пиком и спадом в 2-фазном двигателе может достигать 29%, а в 5-фазном — всего около 5%. Поскольку пульсация крутящего момента напрямую влияет на вибрацию, 5-фазный двигатель работает более плавно, чем 2-фазный.

Двухфазное смещение крутящего момента

5-фазное смещение крутящего момента

Точность / повторяемость

Точность состоит из двух компонентов: электрического и механического. Электрическая ошибка вызвана дисбалансом фаз. Например, сопротивление обмотки двигателя составляет ± 10%, возможно, что, хотя двигатель рассчитан на 10 Вт, одна фаза может быть 9,2 Вт, а другая фаза — 10.6Вт. Эта разница между фазами приведет к тому, что ротор будет больше ориентирован на одну фазу, чем на другую.

Есть несколько компонентов механической ошибки, главная из которых — конфигурация зуба. Хотя предполагается, что зубья на двигателе должны быть квадратными, процесс штамповки и возраст штампа могут привести к скруглению некоторых зубцов или их частей. Вместо того, чтобы магнитный поток течет напрямую, он может течь в другом месте, когда зубцы закруглены. Таким образом, эти факторы влияют на точность двигателя.

При использовании привода Full-Step 2-фазный двигатель повторяет состояния на каждом 4-м шаге, тогда как в 5-фазном двигателе состояния повторяются на каждом 10-м шаге. Любая электрическая ошибка, вызванная дисбалансом фаз, устраняется каждые 4 шага в 2-фазном режиме и каждый 10-й шаг в 5-фазном режиме, оставляя только механическую ошибку.

После того, как двигатель совершит полный оборот на 360 °, тот же зуб выровняется в исходной начальной точке, что устраняет механическую ошибку. Поскольку двухфазный двигатель делает 200 шагов на оборот, он почти идеален каждые 200 шагов, в то время как 5-фазные двигатели делают 500 шагов на оборот и почти идеальны каждые 500 шагов.

Синхронизм

Поскольку 5-фазный шаговый двигатель перемещается только на 0,72 ° за шаг, для 5-фазного двигателя практически невозможно пропустить шаг из-за перерегулирования / недооценки. Двигатель теряет синхронизм или пропускает шаг, если зубья ротора не совпадают с правильными зубьями на статоре. Что может привести к неправильному выравниванию зубов? Во-первых, для того, чтобы зуб ротора не выровнялся должным образом, другой зуб должен быть выровнен там, где он должен был.Чтобы это произошло, ротор должен быть либо перерегулирован (прошел мимо правильного зубца статора), либо перекус (не переместился достаточно далеко, чтобы выровняться с правильным зубом статора) более чем на 3,6 °. Почему 3,6 °? Так как зубцы ротора притягиваются магнитным полем, правильный зуб должен находиться более чем на полпути между зубьями статора для совмещения (7,2 ° между зубьями ротора, деленные на 2, дают 3,6 °). Таким образом, когда ротор выходит за пределы правильного зуба статора более чем на 3,6 °, следующий зуб выравнивается на своем месте, в результате чего вы пропустите шаг.И наоборот, если ротор не может двигаться более чем на 3,6 °, текущий зуб ротора останется на одном уровне с зубом статора, и ротор не будет вращаться, что означает, что вы пропустили шаг.

Методы привода

Существует несколько способов привода как для 2-фазных, так и для 5-фазных шаговых двигателей. Вот краткий обзор концепций приводов Full-Step и Microstepping.

2-фазная система полного шага (1,8 ° / шаг)

Двухфазная система полного шага подает питание как на фазу A, так и на фазу B и переключается между положительной и отрицательной полярностью для создания вращения.

5-фазная полноступенчатая система (4-фазное возбуждение Пентагона) (0,72 ° / шаг)

4-фазная система возбуждения уникальна для 5-фазных двигателей и обеспечивает более стабильную работу.

Микрошаговый

Драйверы

Microstep делят основной угол шага двигателя, уменьшая ток до одной фазы и увеличивая ток до следующей фазы с приращениями. Это приводит к тому, что двигатель делает меньшие шаги. С микрошаговым драйвером основной шаг двигателя можно разделить на более мелкие шаги от 1/1 до 1/250.

На иллюстрациях справа представлена ​​основная концепция микрошага.

• Рисунок 1 — фаза A имеет 100% ток, поэтому ротор выстраивается прямо.
• Рисунок 2 — ток в фазе A снижен до 75%, в то время как 25% тока теперь находится в фазе B.
• Рисунок 3 — ток для обеих фаз A и B составляет 50%, поэтому ротор располагается прямо посередине между ними.
• Рисунок 4 — фаза A теперь составляет 25%, а фаза B — 75%, поэтому ротор приближается к фазе B.
• Рисунок 5 — фаза A выключена, а фаза B находится на 100%, поэтому ротор, наконец, совпадает непосредственно с фазой B.

Путем микрошага двигателя в этом примере мы разделили базовые 500 шагов на оборот 5-фазного шагового двигателя на 5, увеличив их до 2500 шагов на оборот. Разрешение двигателя теперь 0,144 °.

Microstepping не только обеспечивает более высокое разрешение, но и обеспечивает более плавную работу, меньшую вибрацию и меньший шум, чем другие приводы.

Заключение

В зависимости от вашего конкретного применения может быть достаточно двухфазного двигателя. Однако 5-фазные шаговые двигатели предлагают более высокое разрешение, более низкую вибрацию, более высокие скорости ускорения и замедления (из-за меньших углов шага) и с меньшей вероятностью потеряют синхронизацию из-за перерегулирования / занижения, чем 2-фазные шаговые двигатели. Для приложений, требующих высокой точности, низкого уровня шума и низкой вибрации, 5-фазная технология является лучшей.

Хотите узнать больше?

Команда технической поддержки и инженеры

ORIENTAL MOTOR будут работать с вами, чтобы определить лучшее решение для вашего приложения.2 фазы, 5 фаз, полный шаг, микрошаг? Опытные члены команды ORIENTAL MOTOR знают эту технологию от и до. Мы найдем подходящее решение в соответствии с вашими потребностями и объясним альтернативы. Позвоните по телефону 1-800-GO-VEXTA (468-3982), чтобы поговорить с членом группы технической поддержки ORIENTAL MOTOR.

Типы двигателей переменного тока

Типы двигателей переменного тока ВИДЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В авиационных системах используются два основных типа двигателей переменного тока: индукционные. двигатели и синхронные двигатели.Любой тип может быть однофазным, двухфазным, или трехфазный.

Трехфазные асинхронные двигатели используются там, где требуется большая мощность. требуется. Они управляют такими устройствами, как стартеры, закрылки, шасси, и гидравлические насосы.

Однофазные асинхронные двигатели используются для управления такими устройствами, как наземные замки, заслонки промежуточного охладителя и масляные запорные клапаны, в которых требование низкое.

Трехфазные синхронные двигатели работают с постоянной синхронной скоростью и обычно используются для управления флюсовыми компасами и синхронизатором гребного винта. системы.

Однофазные синхронные двигатели являются обычными источниками энергии для работы электрические часы и другое мелкое прецизионное оборудование. Они требуют некоторых вспомогательный метод приведения их к синхронным скоростям; то есть начать их. Обычно пусковая обмотка состоит из вспомогательной обмотки статора.

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока также называется двигателем с короткозамкнутым ротором. И однофазные, и трехфазные двигатели работают по принципу вращающееся магнитное поле.Подковообразный магнит, удерживаемый над стрелкой компаса это простая иллюстрация принципа вращающегося поля. Игла займет положение параллельно магнитному потоку, проходящему между два полюса магнита. Если повернуть магнит, стрелка компаса будет следить. Вращающееся магнитное поле может создаваться двух- или трехфазным ток, протекающий через две или более группы катушек, намотанных внутрь, выступающих внутрь столбы железного каркаса. Катушки на каждой группе полюсов намотаны поочередно. в противоположных направлениях для получения противоположной полярности, и каждая группа подключен к отдельной фазе напряжения.Принцип работы зависит от на вращающемся или вращающемся магнитном поле для создания крутящего момента. Ключ к пониманию асинхронного двигателя — это полное понимание вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле

Структура поля, показанная в А из рисунок 9-83 имеет полюса, обмотки которых запитаны тремя переменными напряжениями: a, b и c. Эти напряжения имеют одинаковую величину, но различаются по фазе, как показано на B на рисунке 9-83.

В момент времени, показанного как 0 в B фигура 9-83, результирующее магнитное поле, создаваемое приложением три напряжения имеют наибольшую интенсивность в направлении, простирающемся от от полюса 1 к полюсу 4. При этом условии полюс 1 можно рассматривать как северный полюс и полюс 4 как южный полюс.

В момент времени, обозначенный цифрой 1, результирующее магнитное поле будет имеют наибольшую интенсивность в направлении от полюса 2 к полюсу 5; в этом случае полюс 2 можно рассматривать как северный полюс, а полюс 5 — как южный полюс.Таким образом, между моментом 0 и моментом 1 магнитное поле повернулся по часовой стрелке.

В момент 2 результирующее магнитное поле имеет наибольшую напряженность. в направлении от полюса 3 к полюсу 6, и результирующее магнитное поле продолжал вращаться по часовой стрелке.

В момент 3 полюса 4 и 1 можно рассматривать как северный и южный полюса, соответственно, и поле повернулось еще дальше.

В более поздние моменты времени результирующее магнитное поле поворачивается к другому позиции при движении по часовой стрелке, один оборот поля, происходящего за один цикл.Если возбуждающие напряжения имеют частоту 60 гц, магнитное поле делает 60 оборотов в секунду, или 3600 об / мин. Эта скорость известна как синхронная скорость вращающегося поля.

Конструкция асинхронного двигателя

Стационарная часть асинхронного двигателя называется статором, и вращающийся элемент называется ротором. Вместо выступающих полюсов в статор, как показано в A на рисунке 9-83, распределен используются обмотки; эти обмотки размещены в пазах по периферии статора.

Обычно невозможно определить количество полюсов в индукционной двигатель при визуальном осмотре, но информацию можно получить на паспортная табличка мотора. На паспортной табличке обычно указано количество полюсов. и скорость, с которой двигатель предназначен для работы. Это номинальное или несинхронное, скорость немного меньше синхронной скорости. Чтобы определить количество количества полюсов на фазу двигателя, разделите частоту в 120 раз на Номинальная скорость; записано в виде уравнения:

где: P — количество полюсов на фазу, f — частота в cps, N — номинальная скорость в об / мин, 120 — постоянная.

Результат будет почти равен количеству полюсов на фазу. Например, рассмотрите 60-тактный трехфазный двигатель с номинальной скоростью. 1750 об. / мин. В этом случае:

Следовательно, у двигателя четыре полюса на фазу. Если количество полюсов для каждой фазы указано на паспортной табличке, можно определить синхронную скорость путем деления частоты в 120 раз на количество полюсов на фазу. В в примере, использованном выше, синхронная скорость равна 7200 разделенным на 4, или на 1800 об / мин.

Ротор асинхронного двигателя состоит из железного сердечника. с продольными прорезями по окружности, в которых тяжелая медь или алюминиевые стержни врезаны. Эти стержни приварены к тяжелому кольцу из высокая проводимость на обоих концах. Составную конструкцию иногда называют беличья клетка, а двигатели, содержащие такой ротор, называются беличьими асинхронные двигатели с клеткой. (См. Рисунок 9-84.) Асинхронный двигатель скольжения Когда ротор асинхронного двигателя подвергается вращающемуся магнитному поле, создаваемое обмотками статора,

в продольных стержнях индуцируется напряжение.Наведенное напряжение вызывает ток, чтобы течь через стержни. Этот ток, в свою очередь, производит собственное магнитное поле, которое сочетается с вращающимся полем, так что ротор принимает положение, в котором индуцированное напряжение минимизировано. В качестве в результате ротор вращается почти с синхронной скоростью поле статора, разность скоростей достаточна, чтобы вызвать правильное количество тока в роторе для преодоления механических и электрические потери в роторе.Если бы ротор вращался с той же скоростью как вращающееся поле, проводники ротора не будут разрезаны никаким магнитным силовые линии, без ЭДС будет индуцироваться в них, ток не может течь, и не было бы крутящего момента. Тогда ротор замедлится. Для этого причина, всегда должна быть разница в скорости между ротором и вращающееся поле. Эта разница в скорости называется скольжением и выражается в процентах от синхронной скорости. Например, если ротор вращается при 1750 об / мин и синхронной скорости 1800 об / мин, разница в скорость 50 об / мин.Скольжение тогда равно 50/1800 или 2,78 процента.

Однофазный асинхронный двигатель

Предыдущее обсуждение относилось только к многофазным двигателям. Один фазный двигатель имеет только одну обмотку статора. Эта обмотка генерирует поле который просто пульсирует, а не вращается. Когда ротор неподвижен, расширяющееся и сжимающееся поле статора индуцирует токи в роторе. Эти токи создают поле ротора, противоположное полярности поля ротора. статор.Противостояние поля оказывает поворачивающее усилие на верхнюю и нижние части ротора пытаются повернуть его на 180 ° от своего положения. Поскольку эти силы действуют через центр ротора, вращение сила одинакова в каждом направлении. В результате ротор не вращается. Если ротор начал вращаться, он продолжит вращаться в направлении в котором он запускается, так как вращающая сила в этом направлении поддерживается по импульсу ротора.

Асинхронный двигатель

с экранированными полюсами

Первая попытка разработать самозапускающуюся однофазную Двигатель представлял собой асинхронный двигатель с экранированными полюсами (рисунок 9-85).У этого двигателя есть выступающие полюса, часть каждого полюса окружена тяжелое медное кольцо. Наличие кольца вызывает магнитное поле через кольцевидную часть лицевой стороны полюса, чтобы заметно отставать от этого через другую часть полюсной грани. Чистый эффект — производство небольшой составляющей вращения поля, достаточной, чтобы вызвать ротор вращаться. По мере ускорения ротора крутящий момент увеличивается до тех пор, пока номинальная скорость получается. Такие двигатели обладают низким пусковым моментом и находят их наибольшее применение в небольших двигателях вентиляторов, где начальный крутящий момент требуется низкий.

На рисунке 9-86 показана схема полюса и ротора. Полюса двигателя с экранированными полюсами напоминают двигатель постоянного тока. Катушка с низким сопротивлением, короткозамкнутая или медная полоса помещается поперек один наконечник каждого маленького полюса, от которого двигатель получает название затененного столб. Ротор этого двигателя — беличья клетка. По мере увеличения тока в обмотке статора увеличивается магнитный поток.Часть этого потока разрезает затеняющую катушку с низким сопротивлением. Это побуждает ток в затеняющей катушке, и по закону Ленца ток устанавливает поток, который противостоит потоку, вызывающему ток. Следовательно, большая часть потока проходит через незатененную часть полюсов, как показано на рисунке 9-86.

Когда ток в обмотке и главный поток достигает максимума, скорость изменения равна нулю; таким образом, нет ЭДС. индуцируется в затеняющей катушке.Чуть позже ток затеняющей катушки, вызывающий наведенную э.д.с. отставать, достигает нуля, и нет встречного потока. Поэтому основные поток поля проходит через заштрихованную часть полюса поля.

Основной поток поля, который теперь уменьшается, индуцирует ток в затеняющая катушка. По закону Ленца этот ток создает поток, противодействующий уменьшение потока основного поля в заштрихованной части полюса. Эффект состоит в том, чтобы сконцентрировать силовые линии в заштрихованной части полюсное лицо.

Фактически, затеняющая катушка задерживает во временной фазе часть поток, проходящий через заштрихованную часть полюса. Это отставание во времени флюса в затемненном наконечнике заставляет флюс производить эффект движение по лицевой стороне шеста слева направо в направлении заштрихованного кончика. Это ведет себя как очень слабое вращающееся магнитное поле, и крутящий момент, достаточный для запуска небольшого двигателя.

Пусковой момент двигателя с экранированными полюсами очень слабый, и коэффициент мощности низкий.Следовательно, он построен в размерах, подходящих для управляя такими устройствами, как маленькие вентиляторы.

Двигатель с расщепленной фазой

Существуют различные типы самозапускаемых двигателей, известных как расщепленная фаза. моторы. Такие двигатели имеют пусковую обмотку, смещенную на 90 электрических градусов. от основной или беговой обмотки. У некоторых типов пусковая обмотка имеет довольно высокое сопротивление, из-за которого ток в этой обмотке не совпадают по фазе с током в бегущей обмотке.Это условие производит, по сути, вращающееся поле и ротор вращаются. Центробежный переключатель автоматически отключает пусковую обмотку после того, как ротор достигнет примерно 25 процентов от его номинальной скорости.

Конденсаторный пусковой двигатель

С развитием электролитических конденсаторов большой емкости появилась разновидность двигателя с расщепленной фазой, известного как двигатель с конденсаторным пуском, сделал. Почти все двигатели с дробной мощностью, используемые сегодня в холодильниках, масляные горелки и другие подобные устройства относятся к этому типу.(Видеть фигура 9-87.) В этом приспособлении пусковая обмотка и ходовая обмотка имеют одинаковый размер и значение сопротивления. Фазовый сдвиг между токами двух обмоток получается с помощью конденсаторов, соединенных последовательно со стартовой обмоткой.

Двигатели с конденсаторным пуском имеют пусковой крутящий момент, сопоставимый с их крутящим моментом. при номинальной скорости и может использоваться в приложениях, где начальная нагрузка тяжелый. Опять же, требуется центробежный выключатель для отключения пускового обмотки, когда скорость ротора составляет примерно 25 процентов от номинальной скорости.

Хотя некоторые однофазные асинхронные двигатели имеют мощность до 2 л.с. (лошадиные силы), основная область применения — 1 л.с. или меньше при напряжении номинальное значение 115 вольт для меньших размеров и от 110 до 220 вольт для одной четверти л.с. и выше. Для еще большей мощности многофазные двигатели обычно б / у, так как они обладают отличными характеристиками пускового момента.

Направление вращения асинхронных двигателей

Направление вращения трехфазного асинхронного двигателя можно изменить просто поменяв местами два провода к двигателю.Тот же эффект может быть полученным в двухфазном двигателе путем обратного подключения к одной фазе. В однофазном двигателе обратное подключение к пусковой обмотке изменит направление вращения.

Большинство однофазных двигателей общего назначения имеют для быстрого реверсирования подключений к пусковой обмотке. Ничего не может для двигателя с экранированными полюсами, чтобы изменить направление вращения, потому что направление определяется физическим расположением медной штриховки звенеть.

Если после пуска разорвется одно соединение с трехфазным двигателем, двигатель будет продолжать работать, но будет обеспечивать только одну треть номинальной власть. Кроме того, двухфазный двигатель будет работать на половину своей номинальной мощности, если одна фаза отключена. Ни один из двигателей не запустится при этих ненормальных условия.

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель — один из основных типов двигателей переменного тока. Нравиться асинхронный двигатель, синхронный двигатель использует вращающийся магнитный поле.Однако, в отличие от асинхронного двигателя, развиваемый крутящий момент не зависят от индукции токов в роторе. Вкратце принцип работы синхронного двигателя выглядит следующим образом: Многофазный источник переменного тока приложено к обмоткам статора, и вращающееся магнитное поле производится. На обмотку ротора подается постоянный ток, а другой создается магнитное поле. Синхронный двигатель спроектирован и сконструирован таким образом эти два поля реагируют друг на друга таким образом, что ротор тащится и вращается с той же скоростью, что и вращающийся магнитный поле, создаваемое обмотками статора.

Понимание работы синхронного двигателя можно получить, рассматривая простой двигатель на рис. 9-88. Предполагать что полюса A и B вращаются по часовой стрелке с помощью некоторых механических средств чтобы создать вращающееся магнитное поле, они индуцируют полюса противоположных полярность ротора из мягкого железа, и силы притяжения существуют между соответствующие северный и южный полюса. Следовательно, когда полюса A и B вращаются, ротор увлекается на такая же скорость.Однако, если к валу ротора приложена нагрузка, ротор ось на мгновение отстанет от оси вращающегося поля, но после этого будет продолжать вращаться с полем с той же скоростью, пока нагрузка остается постоянной. Если нагрузка слишком велика, ротор выйдет из строя. синхронизма с вращающимся полем и, как следствие, больше не будет вращаться с полем с одинаковой скоростью. В этом случае говорят, что двигатель перегружен. Такой простой двигатель, как показанный на рисунке 9-88, никогда не используется.В идея использования каких-либо механических средств вращения полюсов непрактична потому что для выполнения этой работы потребуется другой двигатель. Также такие расположение не требуется, потому что вращающееся магнитное поле может быть производятся электрически с использованием фазированного переменного напряжения. В этом отношении синхронный двигатель аналогичен асинхронному двигателю.

Синхронный двигатель состоит из обмотки возбуждения статора, аналогичной у асинхронного двигателя.Обмотка статора создает вращающийся магнитный поле. Ротор может быть постоянным магнитом, как в небольших однофазных синхронных двигатели, используемые для часов и другого небольшого прецизионного оборудования, или это может быть электромагнит, питаемый от источника постоянного тока и питаемый через скольжение кольца в обмотки возбуждения ротора, как в генераторе переменного тока. Фактически, генератор может работать как генератор переменного тока или как синхронный двигатель.

Поскольку синхронный двигатель имеет небольшой пусковой момент, некоторые средства должны быть обеспечено, чтобы довести его до синхронной скорости.Самый распространенный метод состоит в том, чтобы запустить двигатель без нагрузки, дать ему достичь полной скорости, а затем возбудить магнитное поле. Магнитное поле ротора блокируется с магнитное поле статора и двигателя работает синхронно скорость.

Величина наведенных полюсов в роторе, показанная на фигура 9-89 настолько мал, что достаточный крутящий момент не может быть развит для большинства практические нагрузки. Чтобы избежать такого ограничения работы двигателя, обмотка размещен на роторе и запитан постоянным током.Реостат, включенный последовательно с источником постоянного тока предоставляет оператору машины средства варьируя силу полюсов ротора, таким образом ставя двигатель под контроль для переменных нагрузок.

Синхронный двигатель не самозапускающийся. Ротор тяжелый и, с полной остановки, невозможно привести ротор в магнитное замок с вращающимся магнитным полем. По этой причине все синхронные у моторов есть какое-то пусковое устройство.Один из типов простых стартеров — это другой двигатель, переменного или постоянного тока, который доводит ротор примерно до 90 процентов его синхронной скорости. Затем пусковой двигатель отключается, и ротор блокируется синхронно с вращающимся полем. Другой способ запуска — вторая обмотка на роторе типа «беличья клетка». Эта индукция обмотка приводит ротор почти к синхронной скорости, и когда постоянный ток соединенный с обмотками ротора, ротор движется синхронно с полем.Последний метод используется чаще.

Двигатель серии

переменного тока

Двигатель переменного тока является однофазным, но не асинхронный или синхронный двигатель. Он похож на двигатель постоянного тока в этом у него есть щетки и коммутатор. Двигатель серии переменного тока будет работать либо на цепи переменного или постоянного тока. Напомним, что направление вращения двигатель постоянного тока не зависит от полярности приложенного напряжения, при условии, что соединения поля и якоря останутся неизменными.Следовательно, если двигатель постоянного тока подключен к источнику переменного тока, крутящий момент будет развиваться который стремится вращать якорь в одном направлении. Однако серия постоянного тока двигатель неудовлетворительно работает от сети переменного тока в следующих случаях: причины:

1. Переменный поток вызывает большие вихревые токи и гистерезисные потери. в неизолированных частях магнитной цепи и вызывает чрезмерное нагрев и снижение эффективности.

2. Самоиндукция обмоток возбуждения и якоря вызывает низкий фактор силы.

3. Поток переменного поля создает большие токи в катушках, которые закорачиваются щетками; это действие вызывает чрезмерное искрение на коммутаторе.

Чтобы спроектировать серийный двигатель для удовлетворительной работы на переменном токе, следующие внесены изменения:

1. Потери на вихревые токи уменьшаются за счет ламинирования полюсов поля, каркас и арматура. 2.Потери на гистерезис минимизируются за счет использования трансформаторного типа с высокой проницаемостью, листы кремнистой стали. 3. Реактивное сопротивление обмоток возбуждения поддерживается на достаточно низком уровне за счет с использованием неглубоких полюсных наконечников, нескольких витков провода, низкой частоты (обычно 25 циклов для больших двигателей), низкой плотности потока и низкого сопротивления (короткое воздушный зазор). 4. Реактивное сопротивление якоря уменьшается за счет использования компенсирующего обмотка заделана в полюсные наконечники. Если компенсирующая обмотка подключена последовательно с якорем, как показано на рисунке 9-90, якорь является токопроводящим. компенсируется.
	Если компенсационная обмотка спроектирована, как показано на рисунке 9-91, якорь имеет индуктивную компенсацию. Если двигатель предназначен для работы в цепях постоянного и переменного тока компенсирующая обмотка включена последовательно. с арматурой. Ось компенсационной обмотки смещена от ось основного поля на угол 90 °. Это расположение похоже к компенсирующей обмотке, используемой в некоторых двигателях и генераторах постоянного тока для преодоления реакция якоря. Компенсирующая обмотка устанавливает противодействующий магнитодвиг. силы, нейтрализующей действие магнитодвижущей силы якоря, предотвращающей искажение потока основного поля и уменьшение реактивного сопротивления якоря. Якорь с индуктивной компенсацией действует как первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого является закороченной компенсирующей обмоткой. Замкнутый вторичная обмотка получает индуцированное напряжение под действием переменного поток якоря, и результирующий ток, протекающий через витки компенсационная обмотка устанавливает противодействующую магнитодвижущую силу, нейтрализуя реактивное сопротивление якоря.
5. Искры на коммутаторе уменьшаются за счет использования предохранительных проводов. P1, P2, P3 и т. Д., Как показано на рисунке 9-92, где кольцевой якорь показан для простоты. Когда катушки в A и B закорочены щетками, индуцированный ток ограничен относительно высоким сопротивлением ведет. Искры на щетках также уменьшаются за счет использования катушек якоря. имея только однооборотные и многополюсные поля. Получается высокий крутящий момент за счет наличия большого количества проводников якоря и большого диаметра якоря.Таким образом, коммутатор имеет большое количество очень тонких коммутаторных стержней и напряжение якоря ограничено примерно 250 вольт. Двигатели переменного тока с дробной мощностью называются универсальными двигателями. У них нет компенсационных обмоток или предохранительных проводов. Они используются широко использовать вентиляторы и переносные инструменты, такие как дрели, шлифовальные машины, и пилы.

Разница между однофазным, двухфазным и трехфазным двигателем

Что такое однофазный двигатель?
Однофазный двигатель — это вращающаяся машина с электрическим приводом, которая может превращать электрическую энергию в механическую.

Что такое двухфазный двигатель?
Двухфазный двигатель — это система, в которой два напряжения разнесены на 90 градусов и которая в настоящее время больше не используется. Генератор состоит из двух обмоток, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.

Для них требуется 2 провода под напряжением и один провод заземления, которые работают в двух фазах. Один увеличивает ток до 240 В для движения, а другой поддерживает плавность тока для использования двигателя.

Что такое трехфазный двигатель?
Трехфазный двигатель — это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую посредством электромагнитных взаимодействий.Некоторые электродвигатели обратимы — они могут преобразовывать механическую энергию в электрическую, действуя как генераторы.

Для передачи используются трехпроводные линии, но для конечного использования требуются 4-проводные кабели, соответствующие трем фазам плюс нейтраль.

Различия между однофазным двигателем и трехфазным двигателем
Во-первых, нам нужно различать тип установки и ток, протекающий через нее. В этом отношении разница между однофазным током и трехфазным током заключается в том, что однофазный ток передается по одной линии.Кроме того, поскольку имеется только одна фаза или переменный ток, напряжение не меняется.

Однофазные двигатели используются, когда трехфазная система недоступна и / или для ограниченной мощности — они обычно используются для мощностей менее 2 кВт или 3 кВт.
Трехфазные двигатели обычно находят более широкое применение в промышленности, поскольку их мощность более чем на 150% выше, чем у однофазных двигателей, и создается трехфазное вращающееся магнитное поле.

В то время как работа однофазного двигателя может быть шумной и генерировать вибрации, трехфазные двигатели более дорогие, но они не создают этих вибраций и менее шумны.

Предыдущая статья: В чем разница между 4-проводным, 6-проводным и 8-проводным шаговым двигателем
Далее: Общие вопросы, проблемы и неправильные представления о шаговых двигателях .