Электропривод и его основные компоненты

Электрический привод, сокращенно электропривод — электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса [1].

Функциональная схема электропривода, где ЭП — электрический преобразователь, ИУ — информационное устройство, ЭМП — электромеханический преобразователь (электродвигатель), МП — механический преобразователь, ИО — исполнительный орган.

Основные компоненты

Электродвигатель

Электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую.

Система управления электропривода

Совокупность управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения электропривода, предназначенных для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины.

Механический преобразователь

Предназначен для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения.

• Вращательный
• Прямолинейный

• Поступательный
• Со сложным движением

Полезная информация

База знаний

Описание разных видов электромеханических преобразователей и электрических машин в частности. Ключевые даты истории создания электродвигателя.

Технология — 8

Неподвижная часть электродвигателя — статор. Он создает постоянное магнитное поле. Конструктивно статор может быть выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита с обмоткой (3) и сердечником (5). Вращающаяся часть электродвигателя — ротор (рис. 5) — состоит из якоря (4) и коллектора (7). Якорь, в свою очередь, состоит из сердечника (5) и обмотки (6).

Поскольку обмоток на якоре двигателя несколько, то и коллектор состоит не из двух полуколец, а из многих изолированных друг от друга и от вала двигателя частей

(рис. 4, б). Коллектор жестко укреплен на валу (9) якоря. Движение якоря передается валу, а с него — непосредственно рабочим органам потребителя. Вал вращается в подшипниках (1), запрессованных в заднюю (2) и переднюю (8) крышки статора. Охлаждение электродвигателя обеспечивается вентилятором, крыльчатка (10) которого закреплена на валу.

Электрический двигатель, коллектор, статор, якорь, сердечник, ротор, подшипник, крыльчатка, крышки статора (передняя, задняя).

Рис. 5. Ротор

Вопросы для самопроверки

1. Почему электродвигатели наиболее распространены на промышленных предприятиях?
2. Для чего предназначен электродвигатель?
3. Как классифицируют электродвигатели?
4. На каком явлении основан принцип действия электродвигателя?
5. Назови основные части коллекторного электродвигателя и расскажи об их назначении.
6. Из чего состоит коллектор?

блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун

Для будущего автомобильного механика, диагноста устройство двигателя автомобиля является одной из ключевых тем. Именно двигатель обеспечивает транспортное средство энергией, которая нужна для его движения. 

Чаще всего механизм запуска устройства двигателя автомобиля возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора топливо продуцирует тепло, что приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя и росту давления газов. Подвижные части двигателя под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преображается в механическую.

Базовые части двигателя

Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.

Блок 

Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.

Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже.
Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок. Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.

Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.

Цилиндр 

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке.  То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.

Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся: 

• Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
• Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
• Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.

В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.

Среди задач поршня:

• Оказание силового воздействия на шатун.
• Отвод тепла от камеры сгорания.
• Герметизация камеры сгорания.

Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

Коленчатый вал 

Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.

Конструкция коленчатого вала состоит из несколько шеек (коренных и шатунных). Они соединены щеками, соединенных между собой щеками. Место перехода от шейки к щеке всегда является самым нагруженным у коленвала.

На коленчатый вал приходятся переменные нагрузки от сил давления газов.
Для того, чтобы не возникало осевых перемещений коленчатого вала, используется упорный подшипник скольжения. Он устанавливается на одной из шеек (средней или крайней).

Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля

Камера сгорания –замкнутое пространство, где осуществляется воспламенение и горение топливовоздушной смеси. Сверху камера сгорания ограничена нижней поверхностью головки цилиндра, сбоку – стенками цилиндра, снизу –днищем поршня.
Толкатели клапанов, подъёмники –промежуточное звено, необходимое для передачи движения от распределительного вала к остальным частям механизма привода клапанов.

Коромысла (рокеры). Детали двигателя, функции которых заключаются в передаче движения от распределительного вала к клапанам.

Маховик. Деталь, ответственная за обеспечение равномерного вращения коленчатого вала. На цилиндрической устанавливается зубчатый венец. Он помогает провести пуск электростартера.

На схеме представлено расположение основных частей двигателя при рассмотрении его со стороны его задней части. На фланце коленчатого вала видны отверстия под болты, с помощью которых к фланцу крепится маховик с зубчатым венцом, или платина привода гидравлического трансформатора автоматической трансмиссии. Источник: Ford.

Автомобильные двигатели

Большинство двигателей автомобилей многоцилиндровые. Это значит при работе используется два или несколько цилиндров и два или несколько поршней.  

Автопром выпускает машины с 2-; 3-; 4-; 5-; 6; 8-; 10- и 12-цилиндровыми двигателями. 
Чем больше цилиндров у мотора, тем больше возможностей для увеличения мощности двигателя. Если нужен двигатель, предназначенный для езды по бездорожью либо машина, развивающая сверхвысокие скорости, актуально именно устройство двигателя автомобиля, ориентированное на большое количество цилиндров. Устройство двигателя с большим количеством цилиндров обеспечивает отличную равномерность вращения коленчатого вала, ведь угол поворота коленчатого вала при 10, 12 цилиндрах – очень небольшой.

Но у 2-х цилиндровых двигателей есть другое преимущество: самые лучшие показатели топливной эффективности.

Циклы двигателя

Устройство двигателя автомобиля всегда рассматривается в купе с его рабочим циклом.
Физически цикл – это периодически повторяющиеся процессы в каждом его цилиндре. Достаточно подробно разница между работой четырёхтактного и двухтактного двигателя отражена в нашей статье о двигателе внутреннего сгорания.

Сегодня мы остановимся на работе четырёхтактных моторов. Именно по четырёхтактному циклу работает большинство современных автодвигателей. Хотя сам принцип двигателя был изобретён Николаусом Отто в 19-м веке.

Поршень четырёхтактного двигателя совершает нисходящее и восходящее движение. Эта работа укладывается в один оборот коленчатого вала. При втором обороте коленчатого вала вновь повторяют эти движения.

1. Такт впуска (всасывания). Поступление в цилиндр двигателя свежего заряда: воздуха- от дизельного мотора бензинового двигателя с прямым вспрыском или топливовоздушной смеси, от газово-топливного двигателя, мотора с распределенным или центральным впрыском топлива, или газо-топливные двигатели). В результате разрежения, созданного поршнем, перепад давления между давлением в цилиндре и давление окружающего воздуха, заряд втягивается непосредственно в цилиндр.

2. Такт сжатия. Шатун толкает поршень. Поршень сжимает газообразный свежий заряд в цилиндре. Устройство дизельного двигателя настроено на то, чтобы температура сжатых газов должна достигла температуры воспламенения топлива. Если же речь идёт об устройстве газо-топливного, бензинового двигателя температура в конце такта сжатия достигать температуры воспламенения топлива не должна. Воспламенение производится от электроискрового разряда свечи зажигания.

3. Такт рабочего хода. Температура газов в цилиндре снижается, энергия горящих газов преобразуется в механическую энергию.

4. Такт выпуска отработавших газов. Поршень движется снизувверх. Отработавшие газы выходят из цилиндра через выпускной клапан.

Устройство двигателя автомобиля устроено так, что четыре такта повторяются циклично. Посредством маховика механическая энергия превращается во вращательное движение коленвала.

Модульное обучение автоосновам доступно при изучении электронных программ по профессиям. Удобный дистанционный формат обучения.

Основные части двигателя.

Основа двигателя — это цилиндр и поршень. Поршень двигается внутри цилиндра, создавая движение. Двигатель, описанный нами выше, имел только один цилиндр. Такие двигатели обычно ставятся на бензопилы, а на машинах обычно стоят четырех-, шести- и восьмицилиндровые двигатели внутреннего сгорания. В многоцилиндровом двигателе цилиндры могут быть расположены тремя разными способами: «в ряд», «V-образно», «оппозитно».

«В ряд». Все цилиндры расположены в ряд в одном блоке.

 

«V-образно». Цилиндры расположены в двух блоках, установленных под определенным углом.

 

«Оппозитно». Цилиндры расположены в двух блоках, установленных один напротив другого.

 

Разные формы имеют различные преимущества и недостатки в плане плавности хода, стоимости производства, размеров и формы. В зависимости от типа проектируемого автомобиля на него ставят наиболее подходящий ему двигатель.

Давайте подробнее рассмотрим основные части двигателя.

 

Свеча

Свеча

 

Свеча даёт искру, которая в свою очередь подрывает смесь топлива с воздухом, чтобы произошло сгорание. Искра должна появляться в строго отведенный момент, чтобы двигатель работал нормально. Чтобы он вообще работал.

 

Клапаны

Клапаны

 

Впускной и выпускной клапаны открываются каждый строго в обозначенный им момент. Первый — чтобы впустить в цилиндр смесь воздуха и топлива. Второй — чтобы выпустить отработанные выхлопные газы. Заметьте, что оба клапана закрыты в момент сжатия и рабочего хода (сгорания) — камера сгорания в эти моменты герметична.

 

Поршень

Поршни

 

Поршень — цилиндрический кусок металла, который движется вверх и вниз внутри цилиндра.

 

Поршневые кольца

Поршневые кольца

 

Поршневые кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания, поскольку поршень должен быть диаметром поменьше, чтобы нормально перемещаться в цилиндре. В общем, у поршневых колец две основные задачи:

1. они обеспечивают герметичность камеры, чтобы смесь из топлива и воздуха при сжатии не выдавливалась в маслосборник;

2. они не позволяют машинному маслу попадать в камеру сгорания. Если оно туда попадет, то сгорит, и выйдет с выхлопными газами.

Когда двигатель начинает кушать масло (на каждую 1000 км уровень масла потихоньку уменьшается), это значит что поршневые кольца уже износились и не выполняют свою функцию.

 

Шатун

Шатун

 

Шатун соединяет поршень и коленчатый вал. Он подвижен и может отклоняться так, чтобы двигаться вместе с вращением коленчатого вала.

Шатун и поршень в сборе

 

Коленчатый вал

Коленчатый вал

 

Коленвал двигает поршень в цилиндре в ходе цикла.

 

Картер

Картер

 

Картер окружает коленвал. В картере содержится основная часть масла, которая накапливается в маслосборнике.

Электродвигатели

Электродвигатели

Подробности

Категория: Электротехника

Электрические двигатели

В бытовой технике в основном применяют электродвигатели переменного тока двух видов: коллекторные (электробритва, швейная машина, пылесос, универсальная кухонная машина, электродрель и др.) и асинхронные (стиральная машина, холодильник).
Коллекторный электродвигатель является универсальным. Он может работать от постоянного и переменного токов. Принцип действия двигателя основан на взаимодействии проводника (якоря) с электрическим током и магнитным полем, создаваемым электромагнитом (индуктором). Механическая сила, возникающая при таком взаимодействии, заставляет вращаться якорь (ротор). Направление движения проводника с током определяется по правилу левой руки. Электрический двигатель с вращающимся валом был впервые сконструирован в 1834 г. русским физиком Б.С. Якоби (1801-1874).

На рисунке ниже показано устройство коллекторного двигателя.

Станина и сердечник электромагнита двигателя переменного тока выполнена из листов электротехнической стали для уменьшения потерь энергии на нагревание сердечника. У двигателя постоянного тока эти детали в основном делают сплошными. Обмотка возбуждения электромагнита в двигателях переменного тока включается последовательно с обмоткой якоря. При таком соединении весь ток якоря проходит по обмотке возбуждения, обеспечивая большой пусковой момент двигателя.

Асинхронный двигатель не имеет коллектора и щеток, следовательно, в нем не возникает искра.
Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках короткозамкнутого ротора. По закону Ленца в проводниках наводится ток такого направления, что своим магнитным полем препятствует причине, его создающей, т.е. тормозит вращающееся магнитное поле. Поскольку ротор укреплен в подшипниках, то он приходит в движение в направлении вращения поля. Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора, поэтому такие двигатели называются асинхронными. Отставание вращения ротора относительно магнитного поля статора называется скольжением. Оно составляет 3-6%.
При скорости вращения магнитного поля 3000 об/мин ротор вращается со скоростью 2800 об/мин. Если в статор двигателя уложено шесть обмоток (две пары полюсов), то поле статора вращается со скоростью 1500 об/мин, а ротор — со скоростью 1400 об/мин.

На рисунке ниже изображен асинхронный двигатель в разобранном виде.

Конструктивно асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из двух основных частей: неподвижной части — статора и вращающейся части — ротора.

Статор имеет три обмотки, расположенные на кольцевом сердечнике и смещенные в пространстве на 120°, а ротор имеет обмотку в виде многих короткозамкнутых витков, уложенных на цилиндрическом сердечнике. Обмотка ротора без сердечника похожа на беличье колесо и называется коротко-замкнутой или обмоткой беличьего колеса. Она представляет собой стержни, замкнутые по торцам кольцами.
Асинхронные двигатели просты по устройству, надежны в работе. Они применяются во всех отраслях народного хозяйства. Из общего количества электродвигателей, изготавливаемых заводами, асинхронные двигатели составляют примерно 95%.
К недостаткам этих двигателей относятся: 1) невозможность получить постоянное и точное число оборотов на валу; 2) при пуске имеют большой ток; 3) чувствительны к колебаниям напряжения в сети.

Квартирная электропроводка является однофазной. Поэтому для использования трехфазного асинхронного двигателя в домашних условиях необходимо подключать дополнительно конденсаторы. На рис. справа показано включение трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Недостатком этого способа подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть является использование дорогостоящих бумажных конденсаторов большой емкости. Так, на каждые 100 Вт мощности нужен конденсатор емкостью 10 мкФ, рассчитанный на напряжение 250-450 В.
Наряду с трехфазными асинхронными двигателями применяются однофазные асинхронные двигатели. Эти двигатели имеют на статоре две обмотки: рабочую и пусковую. Обмотки расположены под углом 90° относительно друг друга. При включении в сеть обмоток образуется вращающееся магнитное поле и короткозамкнутый ротор приходит во вращение так же, как у трехфазного асинхронного двигателя. При этом появляется скольжение ротора и пусковая обмотка может быть отключена с помощью индукционного выключателя или специального реле.

Электродвигатели обладают большими преимуществами по сравнению с другими видами двигателей (паровыми, внутреннего сгорания): они экологичны—при работе не выделяют вредных газов, дыма или пара; экономичны — для них не нужен запас топлива и воды; их легко установить в любом доступном месте (на стене, под полом трамвая, троллейбуса, в корпусе игрушки и т. д.).
Для нужд народного хозяйства промышленность выпускает большое количество разнообразных электродвигателей: от миниатюрных, например для игрушек и моделей, до двигателей огромных размеров — для кораблей, электровозов. Электродвигатели различаются не только размерами, но и назначением, конструкцией, частотой вращения ротора.

На электротехнических предприятиях изготовлением электродвигателей занимаются рабочие разных профессий. Намотку катушек статора и ротора, соединение отдельных их частей осуществляют электромонтеры-обмотчики. Собирают электродвигатели слесари-сборщики. Они должны владеть навыками выполнения не только электромонтажных, но и слесарных работ.

Анализ индукционного двигателя: Верификационная задача TEAM

В этой заметке мы рассмотрим задачу моделирования трёхфазного асинхронного двигателя, описанную как проблема №30a в Testing Electromagnetic Analysis Methods (TEAM) (от общества Compumag). Мы покажем, как моделировать асинхронный двигатель в 2D с использованием физического интерфейса Rotating Machinery, Magnetic (Магнитные вращающиеся механизмы) и решателя во временной области. Изучим динамику пуска двигателя, объединив электромагнитный расчёт с динамикой ротора, учитывая при этом инерционные эффекты. В конце мы сравним результаты моделирования в COMSOL Multiphysics с верификационными данными.

Проектирование асинхронного двигателя посредством моделирования

Трёхфазный асинхронный двигатель состоит из двух главных частей: неподвижной, называемой статором, и вращающейся, называемой ротором. Статор состоит из набора пластин электротехнической стали и трёхфазных обмоток, а ротор — из алюминия и стали. Трёхфазные обмотки, обозначенные A, B и C на рисунке ниже, в статоре смещены друг относительно друга на 120°. Каждая фаза обмотки охватывает 45° полного оборота. Обмотки разделяются воздушным зазором. Внешний диаметр статора — 5.7 см.

Конструкция трёхфазного асинхронного двигателя. Показаны основные части, размеры и конфигурации фаз.

По условиям задачи задаём плотность тока, равною 310 A/см², что эквивалентно действующему значению тока I_rms = 2045.175 на каждую обмотку. Двигатель работает на частоте 60 Гц. Магнитная проницаемость стали статора и ротора одинаковая — μ_r = 30. Электрическая проводимость стали статора — σ = 0 (шихтовка), ротора — σ = 1.6e6 См/м. Электрическая проводимость алюминиевой части ротора — σ = 3.72e7 См/м.

Моделирование динамики асинхронного двигателя в COMSOL Multiphysics

При построении геометрии асинхронного двигателя в COMSOL Multiphysics, необходимо создать два объединения (unions). Одно для элементов статора, второе для элементов ротора. Заключительным этапом создания геометрии является Построение сборки (Form Assembly), как описано в этом видео. Таким образом, между статором и ротором автоматически сгенерируются тождественные пары (identity pair).

Геометрическая последовательность для асинхронного двигателя. Геометрия финализируется путем создания сборки (операция Form Assembly) между объединениями для ротора и статора.

В таблице ниже приведены свойства материалов, которые используются в этой модели. Плотность материала не указана в исходном задании TEAM, поэтому полагаем, что плотность стали и алюминия ротора равна 7850 кг/м³ и 2700 кг/м³ соответственно.3] Воздух 0 [См/м] 1 Не требуется

Для моделирования электромагнитных полей в трёхфазном асинхронном двигателе будем использовать физический интерфейс Rotating Machinery, Magnetic. Так как все магнитные и электрические свойства материалов линейны, добавленный по умолчанию узел Ampère’s Law (Закон Ампера) оставляем без изменений.

Для моделирования трёзфазных обмоток будем использовать условие Homogenized Multi-turn Coil (Однородная многовитковая катушка). Число витков в обмотке равно n0 = 2045. Каждый многожильный провод проводит ток порядка 1[A], который смещён на 120° между фазами. Запишем выражения для каждой из фаз:

1. I A = 1[A]*cos(w0*t)*sqrt(2)
2. I B = 1[A]*cos(w0*t+120[deg])*sqrt(2)
3. I C = 1[A]*cos(w0*t-120[deg])*sqrt(2)

Где, 1[A] — действующее значение тока. Чтобы получить амплитудное, умножаем на sqrt(2).

В физическом интерфейсе Rotating Machinery, Magnetic с помощью узла Force Calculation (Расчёт Силы) можно сразу рассчитать электромагнитный момент, действующий на ротор. Добавив этот узел, при постобработке нам будут доступны пространственные компоненты магнитных сил (rmm.Forcex_0, rmm.Forcey_0, rmm.Forcez_0) и осевого момента инерции ( rmm.Tax_0). Узел Force Calculation для расчёта силы просто интегрирует тензор напряжений электромагнитного поля (максвелловский тензор напряжений) по всей внешней выбранной границе или области. Так как метод основан на интегрировании поверхности, рассчитываемая сила зависит от размера сетки. При использовании этого метода для точного вычисления силы или момента важно всегда выполнять исследование по сеточной сходимости (mesh refinement study).

Есть другой способ расчёта момента — метод Арккио. Он заключается в объёмном интегрировании вектора плотности магнитного потока. В этом методе электромагнитный момент электрических вращающихся машин в 2D моделях может быть рассчитан из следующего уравнения.

T_e = \frac{1}{\mu_0(r_o-r_i)}\int\limits_{S_{ag}}rB_rB_\phi dS

Где r_o — это внешний радиус, r_i — внутренний радиус, S_{ag} — площадь поперечного сечения воздушного зазора. B_r и B_\phi — плотность магнитного потока в радиальном и азимутальном направлении, соответственно. Далее на скриншотах более подробно показано, как добавить расчёт по методу Арккио в модель в COMSOL Multiphysics.

Реализация метода Арккио для расчёта момента в асинхронном двигателе.

Моделирование динамики пуска двигателя с использованием физического интерфейса

Global ODEs and DAEs

Вращательное движение ротора задаётся следующими двумя уравнениями:

(1)

\frac{d \omega_m}{dt}=\frac{T_m-T_L}{I}

(2)

\frac{d \phi}{dt}=\omega_m

где T_m — аксиальный электромагнитный момент ротора, T_L — момент на нагрузке, \omega_m — угловая скорость ротора, \phi — угловое положение ротора.

Эти уравнения задаются в двух разных узлах Global Equations в физическом интерфейсе Global ODE and DAEs (Глобальные ОДУ и ЛАУ), как показано на рисунке ниже.

Задание дифференциальных уравнений для угловой скорости и углового положения ротора в физическом интерфейсе Global ODEs and DAEs.

График изменения электромагнитного момента ротора в зависимости от времени (слева). Угловая скорость ротора (справа).

График электромагнитного момента в начале колеблется, а затем достигает максимального значения при 0,28 секунды. Затем уменьшается до нуля при достижении синхронной скорости при 0,4 секунды. При 0,5 секунды момент в нагрузке изменяется скачком (по заданному закону). Затем постепенно двигатель выходит на номинальный режим.

Сравнение результатов моделирования в COMSOL Multiphysics и результатов верификационной задачи TEAM

Чтобы сравнить электромагнитный момент, наводимое напряжение и потери в роторе с верификационной задачей TEAM №30a, мы создали такую же модель асинхронного двигателя в COMSOL Multiphysics в частотной области с использованием физического интерфейса Magnetic Fields (Магнитные поля). В данном интерфейсе вращательное движение задаётся узлом Lorentz term (сила Лоренца), который описывает движение. Вы можете скачать учебный пример трёхфазного асинхронного двигателя здесь.

Сравнение графиков зависимости аксиального момента от скорости двигателя (слева) и наводимого напряжения от скорости двигателя (справа).

Сравнение графиков зависимости потерь в роторе от скорости двигателя (слева) и потерь в стали от скорости двигателя (справа).

Дополнительные ресурсы по моделирования двигателей в COMSOL Multiphysics

• Начните моделировать асинхронные двигатели, ознакомившись со следующими учебными примерами:
• Чтобы узнать больше о моделировании вращающихся машин, прочтите следующие статьи:
• Следите за нашим блогом по проектированию Электромагнитных устройств

Шесть ключевых компонентов, из которых состоит ваш промышленный электродвигатель

Ваш промышленный электродвигатель имеет несколько важных компонентов, которые позволяют ему эффективно преобразовывать электрическую энергию в механическую. Каждый из них помогает управлять критическим взаимодействием между магнитным полем вашего двигателя и электрическим током в его проволочной обмотке, создавая силу в виде вращения вала. Именно механическая энергия, производимая этим вращением вала, помогает поддерживать бесперебойную работу вашего предприятия.

Эти шесть компонентов включают:

1) Ротор

Ротор — это движущаяся часть вашего электродвигателя. Он вращает вал, который передает указанную выше механическую мощность. В типичной конфигурации ротор имеет проложенные в нем проводники, по которым проходят токи, которые затем взаимодействуют с магнитным полем статора, создавая силы, которые вращают вал. При этом некоторые роторы несут постоянные магниты, и именно статор удерживает проводники.

2) Статор (и сердечник статора)

Статор — это неподвижная часть электромагнитной цепи вашего двигателя и обычно состоит из обмоток или постоянных магнитов. Сердечник статора состоит из множества тонких металлических листов, называемых пластинами. Ламинирование используется для уменьшения потерь энергии, которые могут возникнуть при использовании твердого сердечника.

3) Подшипники

Ротор вашего электродвигателя поддерживается подшипниками, которые позволяют ему вращаться вокруг своей оси. Эти подшипники, в свою очередь, поддерживаются корпусом двигателя.Вал двигателя проходит через подшипники за пределы двигателя, где действует нагрузка. Поскольку силы нагрузки действуют за пределы самой внешней опоры, нагрузка называется «выступающей».

4) Обмотки

Обмотки — это провода, уложенные в катушки, обычно намотанные вокруг многослойного магнитного сердечника из мягкого железа, чтобы образовывать магнитные полюса при возбуждении током. Электродвигатели бывают двух основных конфигураций полюсов магнитного поля: явнополюсных и неявнополюсных.В двигателе с явнополюсным двигателем магнитное поле полюса создается обмоткой, намотанной вокруг полюса под лицевой стороной полюса. В двигателе с невыпадающими полюсами обмотка распределена по пазам на лицевой стороне полюсов. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку вокруг части полюса, которая задерживает фазу магнитного поля для этого полюса.

5) Воздушный зазор

Воздушный зазор — это расстояние между ротором и статором, хотя и не является физическим компонентом. Воздушный зазор вашего двигателя имеет важное значение и, как правило, должен быть как можно меньше, поскольку большой зазор оказывает сильное негативное влияние на производительность.Это основной источник низкого коэффициента мощности, с которым работают двигатели. Поскольку ток намагничивания увеличивается с увеличением воздушного зазора, ваш воздушный зазор должен быть минимальным. При этом очень маленькие зазоры могут создавать механические проблемы в дополнение к шуму и потерям.

6) Коммутатор

И, наконец, коммутатор — это механизм, используемый вашим двигателем для переключения входа большинства двигателей постоянного тока и некоторых двигателей переменного тока. Он состоит из сегментов контактных колец, изолированных друг от друга и от вала.Ток якоря вашего двигателя подается через неподвижные щетки, контактирующие с вращающимся коммутатором, что вызывает требуемое изменение направления тока и подает мощность на машину оптимальным образом по мере вращения ротора от полюса к полюсу. (Отсутствие такого реверсирования тока может привести к остановке двигателя.)

Что общего у всех этих компонентов?

Каждый из них может нуждаться в техническом обслуживании, ремонте или замене в любой момент. Вот тут и приходит на помощь Red Stick Armature Works.Мы обеспечиваем более 60 лет передового опыта в области обслуживания, хранения и продажи промышленных электродвигателей. Наши преданные своему делу и опытные специалисты доступны на месте 24-7-365, чтобы помочь вам поддерживать ваши двигатели — и ваши операции — в рабочем состоянии и работать без сбоев. Свяжитесь с нами или позвоните нам сегодня по телефону 800-895-0443, чтобы узнать больше.

Две основные части электродвигателя: статор и ротор

В этой главе рассматриваются затраты для сектора в рамках сценария «обычного ведения дел» и предлагается ряд стратегических подходов для поощрения инвестиций в экологически чистое производство в различные технологии.В нем утверждается, что инвестиции в экологическое производство часто могут быть прибыльными для бизнеса и увеличивать занятость, одновременно снижая нагрузку на окружающую среду. Ключевые сообщения 1. В нынешней конфигурации производство оказывает большое материальное влияние на экономику, окружающую среду и здоровье человека. На производство приходится около 35% мирового потребления электроэнергии, более 20% выбросов CO2 и более четверти добычи первичных ресурсов. Наряду с добывающей промышленностью и строительством, на обрабатывающую промышленность в настоящее время приходится 23% мировой занятости.На него также приходится до 17% ущерба здоровью, связанного с загрязнением воздуха. Оценки валового воздуха ущерб от загрязнения составляет от 1 до 5 процентов мирового валового внутреннего продукта (ВВП). 2. Нехватка основных ресурсов, в том числе легко извлекаемых запасов нефти, металлических руд и воды, станет проблемой для сектора. Поскольку промышленность прибегает к рудам с более низким содержанием, требуется больше энергии для извлечения полезных металлов. Улучшение рекуперации и рециркуляции становится все более решающим фактором как для экономических показателей, так и для экологической устойчивости.То же самое относится к водопользованию в промышленности, которое, как ожидается, вырастет до более 20 процентов от общего мирового спроса к 2030 году. 3. Беспроигрышные возможности существуют, если обрабатывающая промышленность применяет подходы жизненного цикла и внедряет повышение эффективности использования ресурсов и производительности. Для этого требуются подходы со стороны предложения и спроса, начиная от перепроектирования продуктов и систем до более чистых технологий и производства с замкнутым циклом. Если, например, срок службы всей производимой продукции будет продлен на 10 процентов, объем добываемых ресурсов может быть сокращен на аналогичную величину.Затраты на борьбу с загрязнением на конце производственного цикла можно снизить за счет более экологически чистых производственных подходов в управлении, выбора более чистого сырья и более чистых технологий, которые сокращают выбросы и интегрируют побочные продукты в производственную цепочку создания стоимости. При использовании альтернативного производственного оборудования, процессов и ресурсов возврат инвестиций может быть значительным и с относительно короткими периодами окупаемости. 4. Ключевые компоненты стратегии предложения включают реконструкцию — например, компонентов транспортных средств — и переработку тепловых отходов с помощью теплоэлектроцентралей.Производство замкнутого цикла продлевает срок службы промышленных товаров, делая модернизированные товары доступными для повторного использования и сокращая потребность в первичных материалах. Ремонт, восстановление, восстановление и переработка — довольно трудоемкие операции, требующие относительно небольших капитальных вложений. Операции по восстановлению во всем мире уже позволяют ежегодно экономить около 10,7 миллионов баррелей нефти, что равно количеству электроэнергии, вырабатываемой пятью атомными электростанциями. 5. Хотя прямые эффекты экологизации производства могут быть нейтральными или небольшими, косвенные эффекты значительно выше.Производство становится все более автоматизированным и эффективным, что сопровождается сокращением рабочих мест. Этому можно противопоставить подходы, основанные на жизненном цикле, и вторичное производство, например, в форме вторичной переработки, чтобы обеспечить рабочие места, для которых безопасные и достойные условия труда имеют первостепенное значение. 6. Моделирование сценариев «зеленых» инвестиций для производства предполагает, что можно добиться значительного повышения энергоэффективности. К 2050 году прогнозы показывают, что промышленность может практически «отделить» использование энергии от экономического роста, особенно в наиболее энергоемких отраслях.Зеленые инвестиции также увеличат занятость в этом секторе. Отслеживание прогресса потребует от правительств сбора улучшенных данных об эффективности промышленных ресурсов. 7. Инновации должны сопровождаться реформой регулирования, новой политикой и экономическими инструментами, чтобы обеспечить повышение энергоэффективности и более широкое использование ресурсов. Сборы, связанные с окружающей средой, включая налоги на выбросы углерода, потребуются для обеспечения того, чтобы производители включали стоимость внешних издержек в свои расчеты ценообразования. Помня о том, что производство не является единой отраслью, правительствам необходимо рассмотреть подходы, которые соответствуют реалиям конкретных отраслей и их цепочек создания стоимости, которые часто охватывают национальные экономики.Перед правительствами также стоит задача найти сочетание политики и механизмов регулирования, наиболее подходящих для национальных условий. Развивающиеся страны обладают значительным потенциалом для обхода неэффективных технологий путем принятия программ более чистого производства, особенно тех, которые обеспечивают поддержку меньшим компаниям, многие из которых обслуживают глобальные производственно-сбытовые цепочки. Особое значение для производства имеет внедрение признанных стандартов и этикеток, подкрепленных надежными методиками.

Основные части двигателя постоянного тока и их функции — Wira Electrical

Двигатель постоянного тока способен преобразовывать электрическую энергию в механическую.Самый распространенный тип двигателя постоянного тока работает от генерируемых магнитных полей. Большинство типов двигателей постоянного тока работают по принципу электромеханического или электронного, чтобы производить изменения тока в двигателе. Как следует из названия, этот двигатель работает от постоянного напряжения.

Части двигателя постоянного тока

Если вы читали описание двигателя постоянного тока, вы можете найти другое количество деталей двигателя постоянного тока. Наиболее часто упоминаемые детали — это ротор, статор, щетка, коммутатор и якорь.Они не ошибаются, но это не совсем так. Полное объяснение частей двигателя постоянного тока можно прочитать ниже:

Ротор

Ротор происходит от слова «вращать», что означает, что это электрическая вращающаяся часть двигателя постоянного тока. Ротор — это движущиеся части двигателя постоянного тока. Он динамически перемещается при подаче напряжения на обмотку якоря. Это приведет к механическому перемещению двигателя постоянного тока.

Это важная часть двигателя постоянного тока. Ротор состоит из:

• Вал
• Сердечник якоря
• Щетка
• Коммутатор
• Обмотки якоря

Статор

Статор происходит от «стационарного», что означает, что это электрические стационарные части постоянного тока. мотор.Статор не движется, а только создает магнитное поле вокруг ротора, которое заставляет ротор вращаться, когда к нему прикладывается напряжение.

Статор состоит из:

• Ярма или рамы
• Обмотки возбуждения
• Полюсов

Щетка

Щетки прикреплены к коммутатору в качестве моста для передачи электроэнергии от цепи питания к ротору. Щетки обычно изготавливаются из углеродного или графитового материала.

Коммутатор

Коммутатор имеет форму разъемного кольца.Кольцо изготовлено из меди и разделено на 2 или более частей в зависимости от количества обмоток якоря. Разделенный сегмент подключен к обмотке якоря.

Основное назначение коммутатора — подача электрического тока на обмотки якоря. Основная идея того, как работает двигатель постоянного тока, — это взаимодействие между северным и южным полюсами, создаваемое обмотками якоря и обмотками возбуждения. Сгенерированный северный полюс от якоря будет притягиваться к южному полюсу от обмотки возбуждения и наоборот, создавая вращательное движение от ротора.Постоянный крутящий момент, создаваемый движением ротора в одном направлении, называется коммутацией.

Таким образом, коммутатор — это часть, подключенная к якорю для переключения тока обмоток якоря. Каждый сегмент разрезного кольца изолирован друг от друга изолирующим материалом, например, слюдой. Таким образом, мы доставляем электрический ток от источника питания к щеткам через коммутатор, а затем к обмоткам якоря.

Обмотка якоря

Обмотка якоря используется для возбуждения статического магнитного поля в роторе.Устанавливаем обмотку якоря вокруг паза сердечника якоря.

Обмотки якоря могут быть изготовлены из следующих элементов:

• Конструкция кольцевой обмотки
• Конструкция волновой обмотки

Кроме обмоток якоря, мы найдем сердечник якоря, сделанный из слоистой кремнистой стали с низким гистерезисом для уменьшения магнитных потерь. Эти многослойные стальные листы будут собраны вместе для создания сердечника якоря цилиндрической формы. Внутри сердечника также есть прорези из того же материала, что и сердечник.

Обмотки возбуждения

Обмотки возбуждения изготовлены из медной проволоки и обвивают полюсные башмаки. Обмотка возбуждения используется для возбуждения статического магнитного поля в статоре. Устанавливаем обмотки возбуждения вокруг паза полюсных башмаков. Нам не нужны обмотки возбуждения, если мы используем постоянные магниты, как в двигателях с постоянными магнитами или двигателях с постоянным постоянным током.

Ярмо или рама

Ярмо — это железная рама, служащая защитным кожухом как для ротора, так и для статора.Эта часть защищает все, что находится внутри, поддерживает якорь и корпус магнитных полюсов, обмоток возбуждения и полюса для создания магнитных полей для ротора.

Полюса

Полюса в статоре используются для возбуждения определенной последовательности магнитных полюсов, чтобы гарантировать вращение ротора. Он разделен на Pole Core и Pole Shoes.

Для двигателя постоянного тока нам нужны магнитные поля, чтобы ротор начал вращаться. Чтобы генерировать магнитные поля, мы помещаем обмотки возбуждения вокруг полюсного башмака, который прикреплен к полюсному сердечнику во внутренней части ярма.Эти детали башмака и сердечника столба соединяются друг с другом с помощью гидравлического давления. Конструкция представляет собой ярмо, удерживающее полюсный сердечник, несущий полюсные башмаки, несущие обмотки возбуждения. Этот полюсный блок создает магнитный поток, распространяющийся в воздушный зазор между ротором и статором.

Основные компоненты электрических двигателей ~ Электрические ноу-хау

В предыдущей теме «Классификация электрических нагрузок и Типы », я показываю, что электрические нагрузки можно классифицировать по различным категориям в зависимости от различных факторов; один из этих факторов зависит от функции нагрузки / использования следующим образом:

Третья классификация: Классификация электрической нагрузки в соответствии с функцией нагрузки

1. Осветительная нагрузка.
2. Нагрузка бытовой техники.
3. Силовые нагрузки.

В следующих предыдущих темах я объяснил первый тип; световая нагрузка:

И я объяснил второй тип; Загрузка устройств в следующем предыдущем разделе:

И я показал, что третий и последний тип электрических нагрузок в соответствии с функцией нагрузки / использованием — это силовые нагрузки, которые можно разделить на следующие основные нагрузки:

1. Нагрузки HVAC (Нагрузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирования).
2. Лифты, эскалаторы и движущиеся тротуары Грузы (нагрузки транспортных систем).
3. Моторные и насосные нагрузки (системы пожаротушения, водопровода, ирригации и т. Д.).

С этого курса EE-1 предназначен для новичков в области электрического проектирования. Я должен подробно объяснить эти нагрузки или системы и указать их конструкцию, принципы работы и различные типы. Итак, я объяснил первый тип силовых нагрузок; Нагрузки HVAC в следующих предыдущих темах:

Также я объяснил второй элемент силовых нагрузок; Лифты, эскалаторы и движущиеся пешеходные дорожки Грузы (нагрузки на транспортную систему) в следующих предыдущих темах:

Введение

• Электродвигатели, определяемые как электромеханические устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую; они являются связующим звеном между электрическими и механическими системами объекта.
• Электродвигатели — важная часть любой электрической системы. Они используются на всех производственных предприятиях, в офисах и домах, потребляя около 64% ​​всей вырабатываемой электроэнергии.
• Существует множество способов спроектировать двигатель, поэтому существует много различных типов двигателей, и каждый из них обладает разными рабочими характеристиками (которые будут перечислены позже). На основании этих характеристик двигатель может быть выбран для конкретного применения.

Принцип работы двигателей:

Принцип работы двигателей

1. Электрический ток, протекающий по петле из проволоки, создает магнитное поле в петле.
2. Когда эта петля окружена полем другого магнита, петля поворачивается, создавая силу (называемую крутящим моментом), которая приводит к механическому движению

Основные части двигателя:

Электромашины подразделяются на две категории: двигатели постоянного и переменного тока, основные части для каждого типа будут разными для каждого типа следующим образом:

1- Основные части электродвигателя переменного тока:

Основные детали двигателя переменного тока

Основные части для двигателей переменного тока следующие:

1. Корпус.
2. Статор.
3. Ротор.
4. Подшипники.
5. Коробка для кабелепровода.
6. Болт с проушиной.

1- Корпус

Корпус

Корпус состоит из рамы (или траверсы) и двух концевых кронштейнов (или корпусов подшипников).

Кожух двигателя не только скрепляет компоненты двигателя, но также защищает внутренние компоненты от влаги и препятствий.Степень защиты зависит от типа корпуса. Кроме того, тип корпуса влияет на охлаждение двигателя. Есть две категории корпусов:

• Открытый корпус.
• Полностью закрытый корпус.

Открытые и закрытые типы

A- Открытый корпус

Открытый каплезащищенный (ODP) корпус

Открытые корпуса позволяют охлаждающему воздуху проходить через двигатель.Один из типов открытого корпуса — это открытый каплезащищенный корпус (ODP). В этом корпусе есть вентиляционные отверстия, через которые проходит воздух. Лопасти вентилятора, прикрепленные к ротору, перемещают воздух через двигатель, когда ротор вращается. Вентиляционные отверстия расположены таким образом, чтобы жидкости и твердые частицы, падающие сверху под углом до 15 ° от вертикали, не могли попасть внутрь двигателя, когда двигатель установлен на горизонтальной поверхности. Когда двигатель установлен на вертикальной поверхности, например на стене или панели, может потребоваться специальная крышка.Кожухи ODP следует использовать в среде, свободной от загрязнений.

B- Полностью закрытый корпус

В эту категорию будут входить следующие три типа:

• Полностью закрытый невентилируемый корпус.
• Полностью закрытый корпус с вентиляторным охлаждением.
• Взрывозащищенный корпус.

a- Полностью закрытый невентилируемый корпус (TENV)

Полностью закрытый невентилируемый корпус (TENV)

В некоторых случаях воздух, окружающий двигатель, содержит коррозионные или вредные элементы, которые могут повредить внутренние части двигателя.Полностью закрытый невентилируемый кожух двигателя (TENV) ограничивает поток воздуха в двигатель, но не является воздухонепроницаемым. Однако уплотнение в месте, где вал проходит через корпус, предотвращает попадание воды, пыли и других посторонних веществ в двигатель вдоль вала.

Большинство двигателей TENV имеют дробную мощность. Однако двигатели TENV со встроенной мощностью в лошадиных силах используются для специальных применений. Отсутствие вентиляционных отверстий означает, что все тепло изнутри двигателя должно рассеиваться через корпус за счет теплопроводности.Эти двигатели TENV большей мощности имеют корпус с ребрами жесткости, которые помогают быстрее рассеивать тепло. Двигатели TENV можно использовать как в помещении, так и на открытом воздухе.

b — Полностью закрытый корпус с вентиляторным охлаждением (TEFC)

Полностью закрытый корпус с вентиляторным охлаждением (TEFC)

Полностью закрытый двигатель с вентиляторным охлаждением (TEFC) похож на двигатель TENV, но имеет внешний вентилятор, установленный напротив приводного конца двигателя.Вентилятор обдувает двигатель снаружи воздухом для дополнительного охлаждения. Вентилятор закрыт кожухом, чтобы никто не мог к нему прикоснуться. Двигатели TEFC могут использоваться в грязных, влажных или умеренно агрессивных средах.

c- Взрывозащищенный корпус (XP)

Взрывозащищенный корпус (XP)

• Применение в опасных условиях обычно встречается в химической, горнодобывающей, литейной, целлюлозно-бумажной, переработке отходов и нефтехимической промышленности.В этих приложениях двигатели должны соответствовать самым строгим стандартам безопасности для защиты жизни, машин и окружающей среды. Это часто требует использования взрывозащищенных двигателей (XP).
• Двигатель XP внешне похож на двигатель TEFC, однако большинство корпусов XP изготовлены из чугуна.
• Раздел I обычно содержит опасные материалы в атмосфере.
• Раздел II может содержать опасные материалы в атмосфере при ненормальных условиях.
• Места, определяемые как опасные, дополнительно определяются классом и группой опасности. Например,

— Класс I, группы от A до D содержат газы или пары.

— Класс II, группы E, F и G содержат легковоспламеняющуюся пыль, такую ​​как кокс или зерновая пыль.

— Класс III не делится на группы. В этот класс входят горючие волокна и пух.

2- Статор

Статор

Статор двигателя состоит из двух основных частей:

A- Сердечник статора
Статор — это неподвижная часть электромагнитной цепи двигателя.Статор — это электрическая цепь, выполняющая роль электромагнита. Сердечник статора состоит из множества тонких металлических листов, называемых пластинами. Ламинирование используется для уменьшения потерь энергии, которые могут возникнуть при использовании твердого сердечника.

B- Статор (обмотки)
Пластины статора сложены вместе, образуя полый цилиндр. Катушки изолированного провода вставляются в пазы сердечника статора.

При работе собранного двигателя обмотки статора подключаются непосредственно к источнику питания.Каждая группа катушек вместе со стальным сердечником, который она окружает, при подаче тока становится электромагнитом. Электромагнетизм — это основной принцип работы двигателя.

3-ротор

Ротор

Ротор — это вращающаяся часть электромагнитной цепи двигателя. Магнитное поле статора наводит на ротор противоположное магнитное поле, заставляя ротор «отталкиваться» от поля статора.

Существует много типов ротора, таких как ротор с короткозамкнутым ротором и ротор с обмоткой, они будут объяснены позже.

4- Подшипники

Подшипники, установленные на валу, поддерживают ротор и позволяют ему вращаться. Не все подшипники подходят для любого применения; универсального универсального подшипника не существует. Выбор подшипниковой опоры основывается на следующих качествах:

• Грузоподъемность в осевом и радиальном направлении.
• Превышение скорости и продолжительность.
• Скорость вращения.
• Срок службы подшипника.

Размер подшипника, который будет использоваться, первоначально выбирается на основе его несущей способности, в зависимости от несущей нагрузки, а также требований, касающихся его срока службы и надежности.

Также необходимо принимать во внимание другие факторы, такие как рабочая температура, грязные и пыльные условия окружающей среды, а также вибрация и удары, влияющие на подшипники в условиях работы и покоя.

Типы подшипников:
На рынке существует множество типов подшипников, каждый с разными характеристиками и различными применениями, это следующие типы:

A- Радиальные шарикоподшипники

Радиальные шарикоподшипники являются наиболее распространенным типом подшипников и могут выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки. Благодаря низкому крутящему моменту трения они подходят для высоких скоростей.

В шарикоподшипниках нагрузка передается от внешнего кольца к шару и от шара к внутреннему кольцу.

Поскольку шар представляет собой шар, он контактирует с внутренним и внешним кольцом только в очень маленькой точке, что помогает ему вращаться очень плавно. Это также означает, что площадь контакта, удерживающая нагрузку, не так велика, поэтому при перегрузке подшипника шарики могут деформироваться, разрушив подшипник.

B- Цилиндрические роликоподшипники

Эти роликовые подшипники используются там, где они должны выдерживать большие радиальные нагрузки. В роликовых подшипниках ролик представляет собой цилиндр, поэтому контакт между внутренним и внешним кольцом представляет собой не точку, а линию.Это распределяет нагрузку на большую площадь, позволяя подшипнику выдерживать гораздо большие радиальные нагрузки, чем шарикоподшипник.

Однако этот тип подшипника не предназначен для выдерживания больших осевых нагрузок.

C- Радиально-упорные шарикоподшипники

Радиально-упорные шарикоподшипники имеют дорожки качения на внутреннем и внешнем кольцах, которые смещены относительно друг друга в направлении оси подшипника. Это означает, что они подходят для восприятия комбинированных нагрузок, таких как одновременно действующие радиальные и осевые нагрузки в вертикальных машинах.

D- Сферический упорный роликовый подшипник

В упорных сферических роликоподшипниках нагрузка передается от одной дорожки качения к другой под углом к ​​оси подшипника. Они подходят для восприятия высоких осевых нагрузок в дополнение к одновременно действующим небольшим радиальным нагрузкам. Упорные сферические роликоподшипники также являются самоустанавливающимися.

E- Подшипник скольжения

Подшипники скольжения не имеют движущихся частей, они опираются на тонкий слой масла, чтобы уменьшить трение и позволить валу двигателя свободно вращаться.Эта масляная пленка имеет решающее значение для срока службы подшипников скольжения.

При правильной смазке между подшипником и валом фактически нет физического контакта. Если по какой-либо причине масляная пленка разрушается, контакт металл-металл между валом и подшипником приведет к очень быстрому износу подшипника и его быстрому выходу из строя.

Подшипники скольжения часто выбираются из-за их относительно тихой работы и более низкой стоимости по сравнению с к шариковым подшипникам.

Подшипники скольжения можно разделить на:

a- Подшипники скольжения с фланцем используются в машинах с высотой вала до 1120 мм.Машины с подшипниками этого типа легко и быстро выравниваются. Воздушный зазор между статором и ротором уже отрегулирован на заводе и не требует дополнительной регулировки на месте во время установки.

b- Подшипники скольжения на лапах установлены на опоре. Подставка может быть встроена в статорную раму или может быть установлена ​​отдельно. Если он интегрирован с рамой статора, его легко и быстро выровнять.

5-кабельная коробка

Распределительная коробка

Точка подключения электроэнергии к обмоткам статора двигателя.

6-рым-болт

Болт с проушиной

Используется для подъема тяжелых двигателей с помощью подъемника или крана для предотвращения повреждения двигателя.

2- Основные детали двигателя постоянного тока:

Основные детали двигателя постоянного тока

Основные части двигателей постоянного тока следующие:

1- Статор

Статор несет обмотку возбуждения и полюса.Статор вместе с ротором составляет магнитную цепь или сердечник машины. Это полый цилиндр.

2- ротор

Он несет обмотку якоря. Арматура — это несущий элемент. Ротор имеет цилиндрическую форму.

3- Обмотка якоря

Эта обмотка вращается в магнитном поле, созданном на неподвижной обмотке (обмотка возбуждения).Это несущий элемент, установленный на роторе. Обмотка якоря — это непрерывная обмотка; то есть у него нет ни начала, ни конца. Он состоит из нескольких последовательно соединенных катушек.

4- Обмотка возбуждения

Это возбуждающая система, которая может быть электрической обмоткой или постоянным магнитом и расположена на статоре.

Примечание. Двигатели постоянного тока обычно классифицируются по способу подключения их якоря и обмоток возбуждения к источнику постоянного тока.

5- Коммутатор

Обмотка коммутатора

Катушки на якоре оканчиваются и соединяются между собой через коммутатор, который состоит из ряда стержней или сегментов коммутатора, изолированных друг от друга. Коммутатор вращается вместе с ротором и служит для выпрямления индуцированного напряжения и тока в якоре, оба из которых равны A.C.

6- Щетки

Щетки

Они проводят подпружиненный угольный графит, который перемещается по коммутатору и действует как интерфейс между внешней схемой и обмоткой якоря.

7 полюсов

Поляки

Обмотка возбуждения размещается в полюсах, количество которых определяется номинальными значениями напряжения и тока машины.

8 шлицев / зубьев

Для механической поддержки, защиты от истирания и дополнительной электроизоляции непроводящие вкладыши паза часто вклиниваются между катушками и стенками паза. Магнитный материал между пазами называется зубцами.

9- Корпус двигателя

Корпус двигателя поддерживает железный сердечник, щетки и подшипники.

В следующей теме я объясню электрические двигатели типа .Итак, продолжайте следить.

Примечание: эти темы о двигателях в этом курсе EE-1: Курс электрического проектирования для начинающих является введением только для новичков, чтобы получить общую базовую информацию о двигателях и насосах как типе силовых нагрузок. Но на других уровнях наших курсов по электрическому проектированию мы покажем и подробно объясним расчеты нагрузок на двигатели и насосы.

Основные части электродвигателя

Люди знали об электричестве тысячи лет, начиная с так называемой багдадской батареи.Несмотря на то, что последние 250 лет электричество эффективно использовалось, большинство людей до сих пор не знают, как и почему оно работает на базовом уровне.

Одна из самых запутанных частей использования электричества — это электродвигатели. Вы хотите узнать о частях электродвигателя, чтобы знать, какие из них лучше подходят для ваших приложений?

Продолжайте читать, чтобы узнать, что входит в электродвигатели, и немного о силе, которая ими движет.

Детали электродвигателя: переменный / постоянный ток?

Существует два основных типа электричества, что означает, что у вас может быть два основных типа электродвигателя.Это переменный и постоянный ток. Части двигателя постоянного тока аналогичны частям двигателя переменного тока, за некоторыми заметными исключениями, и где электричество может течь.

Электроэнергия постоянного тока является основным источником электроэнергии от батарей и солнечных систем. Электроэнергия переменного тока вырабатывается на большинстве электростанций с помощью турбин. Турбина — это, по сути, электродвигатель, работающий в обратном направлении, очень похожий на генератор в вашем автомобиле.

Что делает двигатели переменного тока желательными во многих случаях, так это тихая, высокоскоростная работа с низким крутящим моментом.С другой стороны, двигатели постоянного тока развивают более высокий крутящий момент. Эти различия в конструкции и применении означают, что нам необходимо иметь подробную разбивку деталей электродвигателя.

Детали электродвигателя переменного тока Электродвигатели переменного тока

имеют меньше движущихся частей. Фактически, вращается только ротор, а ротор позиционируется подшипником. Это означает, что электродвигатели переменного тока довольно просты в обслуживании и ремонте.

Основные части электродвигателя переменного тока:

• Статоры
• Ротор
• Вентилятор и крышка вентилятора
• Подшипник ротора
• Рама

Вентилятор и крышка вентилятора закрывают конец рамы и в процессе работы пропускают воздух через двигатель переменного тока.Он выделяет довольно много тепла, и когда воздух проходит через двигатель, он выходит через заднюю часть электродвигателя переменного тока.

Статоры неподвижны вокруг ротора. У них есть обмотки возбуждения в различных конфигурациях или различные типы двигателей переменного тока. Из-за природы электродвигателей переменного тока они также изменяют скорость, изменяя частоту тока.

Детали электродвигателя постоянного тока Электродвигатели постоянного тока

обладают высоким крутящим моментом, хотя часто имеют много движущихся частей.Прежде чем мы перейдем к работе электродвигателя постоянного тока, нам нужно выяснить, что в нем заложено.

• Арматура
• Статор
• Подшипники
• Кисть
• Коммутатор

Якорь представляет собой вращающуюся часть электродвигателя постоянного тока и окружает вращающийся вал, передающий кинетическую силу. Через подпружиненную щетку проходит электрический ток, который возбуждает якорь вокруг вала.

В двигателе переменного тока обмотки были статорами, а на роторе переменного тока были постоянные магниты.В электродвигателях постоянного тока оба имеют собственные обмотки. Это связано с тем, что электродвигатели постоянного тока обычно работают на силе отталкивания одинаковых полярностей, тогда как переменный ток использует притяжение разных полярностей.

Проще говоря, электродвигатель постоянного тока использует толкающую силу, в то время как электродвигатели переменного тока используют тянущее усилие.

Обеспечение работы постоянного тока с помощью коммутаторов

Коммутатор в двигателях постоянного тока меняет свою электрическую полярность при прохождении через статоры.Статор в любом электродвигателе — это неподвижная часть, которая обычно удерживает постоянный магнит или электромагнит.

Щетки и коммутаторы изнашиваются быстрее всего из-за трения и тепла, которые накапливаются во время их работы. Для высокоскоростной работы электродвигатели постоянного тока — не лучший вариант, если вам не нужен крутящий момент.

Коммутаторы

помогают увеличить крутящий момент и дают электродвигателям постоянного тока необходимую мощность для подъема лифтов, перемещения транспортных средств и запуска горючих двигателей (стартера в вашем автомобиле).

Фактически, коммутатор является основным компонентом, который двигатель постоянного тока использует для выработки электроэнергии постоянного тока. Электроэнергия постоянного тока течет только в одном направлении, и чем больше сегментов у вашего коммутатора, тем более плавная пиковая мощность постоянного тока.

Торможение электродвигателя

Подшипники на этих валах спроектированы так, чтобы обеспечивать высокую стабильность при минимально возможном трении. Поскольку при отключении подачи тока на электродвигатели возникает довольно небольшое трение, сразу же возникает проблема.Валы электродвигателей не могут вращаться вечно.

Самая большая проблема с этой проблемой заключается в том, что почти в каждом приложении она небезопасна, неточна и требует много времени, чтобы перестать вращаться.

Включите тормоз электродвигателя. Есть два типа тормозов с электродвигателем: пружинный и электрический. В зависимости от того, для чего они используются, один лучше подходит для вашего приложения, чем другой.

Например, если вам нужен отказоустойчивый тормоз, лучше всего подойдет тормоз электродвигателя с пружинным приводом.Например, это хорошо подходит для лифта. Пружинные тормоза используют электрическую, гидравлическую или пневматическую силу для преодоления силы пружин, которые создают момент трения против движения вала генератора.

Тормоза с электрическим приводом работают в обратном порядке. Они применяют тормозной момент только при наличии электричества. Обычно для срабатывания этих тормозов используется магнитная катушка.

Трехфазные тормоза и тормоза постоянного тока — это две формы тормозов электродвигателей, обычно используемые в электродвигателях постоянного тока.

Общие сведения о частях электродвигателя

Теперь, когда вы понимаете, какие части электродвигателя и каково их назначение, вы сможете довольно быстро определять типы электродвигателей вместе со списком частей электродвигателя, которые могут вам понадобиться. Вы также должны понимать замысел конструкции для использования электродвигателя переменного или постоянного тока в данной ситуации.

Вы даже должны научиться замедлять или останавливать электродвигатель с помощью торможения электродвигателем.Готовы узнать больше? Продолжайте просматривать наши статьи, чтобы узнать больше об основах и дополнительных знаниях о двигателях, электричестве, производстве электроэнергии и многом другом!

Компоненты и функции электромобилей

Компоненты электромобилей

Электромобиль или его компоненты и функции зависят от типа автомобиля. Существует по крайней мере четыре типа электромобилей (пожалуйста, прочтите статью «Типы электромобилей, архитектура и принципы работы»), которые в настоящее время продаются на коммерческой основе и работают в мире.В этой статье будут обсуждаться различные общие основные компоненты или части или элементы электромобилей и их функции, такие как тяговые батареи, инверторы (преобразователи постоянного тока в постоянный), тяговые двигатели, бортовые зарядные устройства и контроллеры. Различные типы компонентов электромобиля определяют принцип работы автомобиля. Компоненты и функции электромобилей (транспортных средств) можно пояснить с помощью рисунка ниже.

———————————————

Как работает электромобиль?

Когда педаль автомобиля нажата, то:

• Контроллер [ C ] принимает и регулирует электрическую энергию от батарей [ A ] и инверторов [ B ]
• С установленным контроллером инвертор затем отправляет определенное количество электроэнергии на двигатель (в зависимости от глубины нажатия на педаль)
• Электродвигатель [ D ] преобразует электрическую энергию в механическую (вращение)
• Вращение ротора двигателя вращает трансмиссию, поэтому колеса вращаются, а затем автомобиль движется.

Примечание. Вышеуказанный принцип работы относится к аккумуляторному электромобилю (BEV).

———————————————

Компоненты электромобилей

Основные электрические компоненты Автомобиль

Основные основные элементы электромобилей, устанавливаемые практически на все типы электромобилей, следующие:

Тяговый аккумулятор (A)

Аккумулятор в электромобиле работает как система хранения электроэнергии в форме электричества постоянного тока (DC).Если он получает сигнал от контроллера, аккумулятор будет передавать электрическую энергию постоянного тока на инвертор, который затем будет использоваться для привода двигателя. Используемая батарея представляет собой перезаряжаемую батарею, которая скомпонована таким образом, что образует так называемый тяговый аккумуляторный блок .

Существуют различные типы аккумуляторов для электромобилей. Наиболее широко используются литий-ионные аккумуляторы. Прочтите статью «Аккумуляторы для электромобилей и их характеристики», чтобы получить представление об аккумуляторах для электромобилей.

Инвертор мощности (B)

Инвертор изменяет постоянный ток (DC) на батарее на переменный ток (AC), а затем этот переменный ток используется электродвигателем. Кроме того, инвертор в электромобиле также имеет функцию изменения переменного тока при рекуперативном торможении на постоянный ток, а затем используется для подзарядки аккумулятора. Тип инвертора, используемый в некоторых моделях электромобилей, относится к категории двунаправленных инверторов.

Контроллер (C)

Основная функция контроллера — это регулятор электрической энергии от батарей и инверторов, которая будет распределяться по электродвигателям. В то время как сам контроллер получает основной вход от педали автомобиля (которая задается водителем). Эта настройка педали будет определять изменение частоты или напряжения, которое поступает на двигатель, и в то же время определяет скорость автомобиля.

Вкратце, этот блок управляет потоком электроэнергии, поставляемой тяговым аккумулятором, регулируя скорость электрического тягового двигателя и создаваемый им крутящий момент.Этот компонент будет определять принцип работы электромобиля.

Тяговый электродвигатель (D)

Поскольку контроллер обеспечивает электроэнергию от тягового аккумулятора, электрические тяговые двигатели будут работать, вращая трансмиссию и колеса. В некоторых гибридных электромобилях используется тип двигателя-генератора, который выполняет функции движения и регенерации. Как правило, используется тип электродвигателя BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока)

.

———————————————

Прочие компоненты для электромобилей

Зарядное устройство (E) — это устройство для зарядки аккумуляторов.Зарядные устройства получают электроэнергию из внешних источников, таких как коммунальные сети или солнечные электростанции. Электричество переменного тока преобразуется в электричество постоянного тока и затем сохраняется в батарее. Есть 2 типа зарядных устройств для электромобилей:

• Бортовое зарядное устройство: зарядное устройство находится и устанавливается в автомобиле
• Внешнее зарядное устройство: зарядное устройство не находится или не установлено в автомобиле.

Трансмиссия (F): Трансмиссия передает механическую энергию от тягового электродвигателя для привода колес.

Преобразователь постоянного тока в постоянный (G): Это одна из частей электромобиля, которая преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность постоянного тока низкого напряжения, необходимую для работы аксессуаров автомобиля и подзарядки вспомогательной батареи.

Аккумулятор (H): В транспортном средстве с электрическим приводом вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электроэнергией аксессуары транспортного средства.

Тепловая система — охлаждение (I): Эта система поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

Порт зарядки (J): Порт зарядки позволяет автомобилю подключаться к внешнему источнику питания для зарядки тягового аккумулятора.

———————————————

В ходе обучения, организованного Omazaki Group, компоненты и их функции электромобиля или транспортных средств, указанных выше, будут изучены и рассмотрены более глубоко и подробно. Каталог обучения электромобилей и систем их поддержки можно скачать на странице Omazaki Training.

Статьи по теме:

Артикул:

Факты об электродвигателях для детей

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическое движение.Динамо-машина или электрический генератор делают обратное: они превращают механическое движение в электрическую энергию. Большинство электродвигателей работают за счет силы магнетизма. Также использовались электростатические двигатели.

Машины, использующие электродвигатели, включают: вентиляторы, стиральные машины, холодильники, насосы и пылесосы.

Внутри электродвигателя

Анимация, показывающая работу щеточного электродвигателя постоянного тока.

Начнем с общего плана простого двухполюсного электродвигателя постоянного тока.Простой мотор состоит из шести частей:

• Якорь или ротор
• Коммутатор
• Кисти
• Ось
• Полевой магнит
• Блок питания постоянного тока какой-то

Электродвигатель — это все о магнитах и ​​магнетизме: двигатель использует магниты для создания движения. Если вы когда-либо играли с магнитами, вы знаете основной закон всех магнитов: противоположности притягиваются, а любит отталкиваться. Итак, если у вас есть два стержневых магнита, концы которых помечены как «север» и «юг», то северный конец одного магнита будет притягивать южный конец другого.С другой стороны, северный конец одного магнита будет отталкивать северный конец другого (и аналогично юг будет отталкивать юг). Внутри электродвигателя эти силы притяжения и отталкивания создают вращательное движение.

Чтобы понять, как работают электродвигатели, важно понять, как работают электромагниты. Электромагнит — основа электродвигателя.

Электродвигатели классифицируются по двум категориям: DC (постоянный ток) и AC (переменный ток).В этих категориях существует множество типов, каждый из которых предлагает уникальные возможности, которые подходят им для наилучшего применения.

История

В 1821 году Майкл Фарадей создал первый электродвигатель. Он работал с использованием силы магнетизма.

Он создал простой электромагнит, взяв гвоздь и проволоку, намотав около 100 петель проволоки вокруг гвоздя и соединив их с батареей. При этом у него был простой электромагнит с северным и южным полюсами. В середине гвоздя он проделал отверстие и вставил в него веретено, чтобы гвоздь мог вращаться.Затем он взял магнит в форме подковы и поместил гвоздь, обернутый проволокой, посередине.

Он подключил провод северного полюса к отрицательному полюсу батареи, а провод южного полюса к положительному полюсу. Основной закон магнетизма сказал ему, что произойдет: северный конец электромагнита будет отталкивать северный конец подковообразного магнита и притягивать южный полюс. То же самое произошло с другой стороной ногтя, в результате чего гвоздь повернулся.

Фарадей не был доволен результатом электромотора, потому что двигатель вращался только один раз.Он поменял полярность аккума и проволочный гвоздь снова повернулся только один раз. Если бы он менял полярность каждый раз, когда северный полюс гвоздя, обернутого проволокой, находился напротив южного полюса подковообразного магнита, то он бы получил желаемый результат. Обернутый проволокой гвоздь будет вращаться и вращаться вокруг шпинделя (пока батарея не разряжена).

Связанные страницы

Детские картинки

• Вид в разрезе через статор асинхронного двигателя.

• Электромагнитный эксперимент Фарадея, 1821 г.

• «Электромагнитный самовращающийся двигатель» Джедлика, 1827 г. (Музей прикладного искусства, Будапешт). Исторический мотор отлично работает и сегодня.

• Ротор электродвигателя (слева) и статор (справа)

• Маленький мотор постоянного тока игрушки с коммутатором

• Работа щеточного электродвигателя с двухполюсным ротором и статором ПМ.(«N» и «S» обозначают полярность на внутренних сторонах магнитов; внешние грани имеют противоположные полярности.)

• Современный недорогой универсальный мотор от пылесоса. Обмотки возбуждения окрашены в темно-медный цвет с обеих сторон назад. Ламинированный сердечник ротора — серый металлик с темными пазами для намотки катушек. Коммутатор (частично скрыт) потемнел от использования; он направлен вперед. Большая коричневая деталь из формованного пластика на переднем плане поддерживает направляющие и щетки (с обеих сторон), а также передний подшипник двигателя.

  No related posts.