+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Устройство, принцип работы и подключения электродвигателей переменного тока | Полезные статьи

Электродвигатели переменного тока являются электротехническими устройствами, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую. Электромоторы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности для привода всевозможных станков и механизмов. Без такого оборудования невозможна работа стиральных машин, холодильников, соковыжималок, кухонных комбайнов, вентиляторов и других бытовых приборов.

По принципу работы электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные электромоторы переменного тока наиболее часто применяются в промышленности.

Асинхронный двигатель с креплением к фланцу

Стоит рассмотреть устройство электродвигателя переменного тока асинхронного.

Данный вид электромоторов состоит из главных частей — статора и ротора. В современных асинхронных электромоторах статор имеет неявно выраженные полюсы.

Для того чтобы максимально снизить потери от вихревых токов, сердечник статора изготавливают из соответствующей толщины листов электротехнической стали, подвергшихся штамповке. В пазы статора впрессовывается обмотка из медного провода. Фазовые обмотки статора устройства могут соединяться «звездой» или «треугольником». При этом все начала и концы впрессованных обмоток электромотора выводятся на корпус — в клеммную коробку. Подобное устройство статора электродвигателя оправданно, так как дает возможность включать его обмотки на различные стандартные напряжения. Сердечник статора запрессовывается в чугунный или алюминиевый корпус.

Устройство асинхронного электродвигателя

Ротор асинхронного мотора также состоит из подвергшихся штамповке листов электротехнической стали, и во все его пазы закладывается обмотка.

Учитывая конструкцию ротора, асинхронные электродвигатели подразделяются на устройства с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

Обмотку короткозамкнутого ротора, сделанную из медных стержней, закладывают в пазы ротора. При этом все торцы стержней соединяют при помощи медного кольца. Данный вариант обмотки считается обмоткой типа «беличья клетка». Стоит отметить, что медные стержни в пазах ротора не изолируются. Во многих асинхронных электромоторах «беличью клетку» сменяют литым ротором. Ротор напрессовывается на вал двигателя и является с ним одним целым.

Синхронные электродвигатели устанавливаются в различных электроинструментах, пылесосах, стиральных машинах. На корпусе синхронного электромотора переменного тока имеется сердечник полюса, в котором расположены обмотки. Обмотки возбуждения намотаны и на якорь. Их выводы припаяны ко всем секторам токосъемного коллектора, на которые при использовании графитовых щеток подается напряжение.

Устройство синхронного электродвигателя

Принцип действия электродвигателя переменного тока основан на применении закона электромагнитной индукции. При взаимодействии переменного электрического тока в проводнике и магните может возникнуть непрерывное вращение.

В синхронном электродвигателе якорь вращается синхронно с электромагнитным полем полюса, а у асинхронного электромотора ротор вращается с отставанием от вращающегося магнитного поля статора.

Для работы асинхронного электромотора необходимо, чтобы ротор устройства вращался в более медленном темпе, чем электромагнитное поле статора. При подаче тока на обмотку статора между сердечником статора и ротора возникает электромагнитное поле, которое наводит ЭДС в роторе. Возникает вращающийся момент, и вал электродвигателя начинает вращаться. Из-за трения подшипников или определенной нагрузки на вал, ротор асинхронного двигателя всегда вращается в более медленном темпе.

Принцип работы электродвигателя переменного тока асинхронного заключается в том, что магнитные полюса устройства постоянно вращаются в обмотках электромотора и направление тока в роторе постоянно меняется.

Скорость вращения ротора электромотора асинхронного зависит от общего количества полюсов. Для того чтобы понизить скорость вращения ротора в таком двигателе, требуется увеличить общее количество полюсов в статоре.

В синхронных электродвигателях вращающий момент в устройстве создается при взаимодействии между током в обмотке якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. При изменении направления переменного тока одновременно меняется направление магнитного потока в корпусе и якоре. При таком варианте вращение якоря всегда будет в одну сторону. Примечательно, что плавная регулировка скорости вращения таких электромоторов регулируется величиной подаваемого напряжения, при помощи реостата или переменного сопротивления.

В зависимости от напряжения сети фазные обмотки статора асинхронного электромотора могут подсоединяться в «звезду» или «треугольник». Схема электродвигателя переменного тока при подключении его в сеть с напряжением 220 Вольт обмотки соединяются в треугольник, а при подключении в сеть 380 Вольт — схема обмоток имеет вид звезды.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту [email protected] ru с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.  

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока

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

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

Как работает электродвигатель

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

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

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

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

В других же более мощных

двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

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

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

По принципу работы:

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

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

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

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

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.

Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

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

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

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

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

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

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

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

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

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

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

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

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

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

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

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

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

Режимы работы электродвигателя в следующей статье.

Электрический двигатель — принцип работы электромотора классификация и технические характеристики

Электрические двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Первые их прототипы были созданы в 19 веке, а сегодня эти устройства максимально интегрированы в жизнь современного человечества. Примеры их использования можно встретить в любой сфере жизнедеятельности: от общественного транспорта до домашней кофемолки.

Содержание:

Электрический двигатель: вид в разрезе

Принцип преобразования энергии

Принцип работы электродвигателя любого типа заключается в использовании электромагнитной индукции, возникающей внутри устройства после подключения в сеть. Для того чтобы понять, как эта индукция создается и приводит элементы двигателя в движение, следует обратиться к школьному курсу физики, объясняющему поведение проводников в электромагнитном поле.

Итак, если мы погрузим проводник в виде обмотки, по которому движутся электрические заряды, в магнитное поле, он начнет вращаться вокруг своей оси. Это связано с тем, что заряды находятся под влиянием механической силы, изменяющей их положение на перпендикулярной магнитным силовым линиям плоскости. Можно сказать, что эта же сила действует на весь проводник.

Схема, представленная ниже, показывает токопроводящую рамку, находящуюся под напряжением, и два магнитных полюса, придающие ей вращательное движение.

Картинка кликабельна.

Именно эта закономерность взаимодействия магнитного поля и токопроводящего контура с созданием электродвижущей силы лежит в основе функционирования электродвигателей всех типов. Для создания аналогичных условий в конструкцию устройства включают:

  • Ротор (обмотка) – подвижная часть машины, закрепленная на сердечнике и подшипниках вращения. Она исполняет роль токопроводящего вращательного контура.
  • Статор – неподвижный элемент, создающий магнитное поле, воздействующее на электрические заряды ротора.
  • Корпус статора. Оснащен посадочными гнездами с обоймами для подшипников ротора. Ротор размещается внутри статора.

Для представления конструкции электродвигателя можно создать принципиальную схему на основе предыдущей иллюстрации:

После включения данного устройства в сеть, по обмоткам ротора начинает идти ток, который под воздействием магнитного поля, возникающего на статоре, придает ротору вращение, передаваемое на крутящийся вал. Скорость вращения, мощность и другие рабочие показатели зависят от конструкции конкретного двигателя и параметров электрической сети.

Классификация электрических двигателей

Все электродвигатели между собой классифицируют в первую очередь по типу тока, протекающему через них. В свою очередь, каждая из этих групп тоже делить на несколько видов, в зависимости от технологических особенностей.
Двигатели постоянного тока

На маломощных двигателях постоянного тока магнитное поле создается постоянным магнитом, устанавливаемым в корпусе устройства, а обмотка якоря закрепляется на вращающемся валу. Принципиальная схема ДПТ выглядит следующим образом:

Обмотка, расположенная на сердечнике, изготавливается из ферромагнитных материалов и состоит из двух частей, последовательно соединенных между собой. Своими концами они подсоединяются к коллекторным пластинам, к которым прижимаются графитовые щетки. На одну из них подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а на другую – отрицательный.

После подачи питания на двигатель происходит следующее:

  1. Ток от нижней «плюсовой» щетки подается на ту коллекторную пластину, к контактной платформе которой она подключена.
  2. Прохождение тока по обмотке на коллекторную пластину (обозначено пунктирной красной стрелкой), подключенную к верхней «отрицательной» щетке создает электромагнитное поле.
  3. Согласно правилу буравчика, в правой верхней части якоря возникает магнитное поле южного, а в левой нижней — северного магнитного полюса.
  4. Магнитные поля с одинаковым потенциалом отталкиваются друг от друга и приводят ротор во вращательное движение, обозначенное на схеме красной стрелкой.
  5. Устройство коллекторных пластин приводит к смене направления протекания тока по обмотке во время инерционного вращения, и рабочий цикл повторяется вновь.

Самый простой электрический двигатель

При очевидной простоте конструкции существенным недостатком таких двигателей является низкий КПД, обусловленный большими потерями энергии. Сегодня ДПТ с постоянными магнитами используются в простых бытовых приборах и детских игрушках.

Устройство двигателей постоянного тока большой мощности, используемых в производственных целях, не предусматривает использование постоянных магнитов (они занимали бы слишком много места). В этих машинах используется следующая конструкция:

  • обмотка состоит из большего количества секций, представляющих собой металлический стержень;
  • каждая обмотка отдельно подключается к положительному и отрицательному полюсу;
  • количество контактных площадок на коллекторном устройстве соответствует количеству обмоток.

Таким образом, снижение потерь электроэнергии обеспечивается плавным подключением каждой обмотки к щеткам и источнику питания. На следующей картинке представлена конструкция якоря такого двигателя:

Устройство электрических двигателей постоянного тока позволяет легко обратить направление вращения ротора с помощью простой смены полярности на источнике питания.

Функциональные особенности электродвигателей определяются наличием некоторых «хитростей», к которым относится сдвиг токосъемных щеток и несколько схем подключения.

Сдвиг узла токосъемных щеток относительно вращения вала происходит после запуска двигателя и изменения подаваемой нагрузки. Это позволяет компенсировать «реакцию якоря» — эффект, снижающий эффективность машины за счет торможения вала.

Есть три способа подключения ДПТ:

  1. Схема с параллельным возбуждением предусматривает параллельное подключение независимой обмотки, как правило, регулируемой реостатом. Так обеспечивается максимальная стабильность скорости вращения и её плавная регулировка. Именно благодаря этому двигатели с параллельным возбуждением находят широкое применение в грузоподъемном оборудовании, на электрическом транспорте и станках.
  2. Схема с последовательным возбуждением тоже предусматривает использование дополнительной обмотки, но подключается она последовательно с основной. Это позволяет при необходимости резко увеличить крутящий момент двигателя, к примеру, на старте движения железнодорожного состава.
  3. Смешанная схема использует преимущества обоих способов подключения, описанных выше.

Биполярный электрический двигатель

Двигатели переменного тока

Главным отличием этих двигателей от описанных ранее моделей заключается в токе, протекающем по их обмотке. Он описывает по синусоидальному закону и постоянно меняет свое направление. Соответственно и питание этих двигателей осуществляется от генераторов со знакопеременной величиной.

Одним из главных конструктивных отличий является устройство статора, представляющего собой магнитопровод со специальными пазами для расположения витков обмотки.

Двигатели переменного тока классифицируют по принципу работы на синхронные и асинхронные. Коротко говоря, это означает, что в первых частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля в статоре, а во вторых – нет.

Настоятельно рекомендуем прочитать нашу статью об устройстве электродвигателей переменного тока.

Синхронные двигатели

В основе работы синхронных электродвигателей переменного тока тоже лежит принцип взаимодействия полей, возникающих внутри устройства, однако в их конструкции постоянные магниты закрепляются на роторе, а по статору проводится обмотка. Принцип их действия демонстрирует следующая схема:

Проводники обмотки, по которой проходит ток, показанные на рисунке в виде рамки. Вращение ротора происходит следующим образом:

  1. На определенный момент времени ротор с закрепленным на нем постоянным магнитом находится в свободном вращении.
  2. На обмотке в момент прохождения через нее положительной полуволны формируется магнитное поле с диаметрально противоположными полюсами Sст и Nст. Оно показано на левой части приведенной схемы.
  3. Одноименные полюса постоянного магнита и магнитного поля статора отталкиваются друг от друга и приводят двигатель в положение, показанное на правой части схемы.

В реальных условиях для создания постоянного плавного вращения двигателя используется не одна катушка обмотки, а несколько. Они поочередно пропускают через себя ток, благодаря чему создается вращающееся магнитное поле.

Асинхронные двигатели

А асинхронном двигателе переменного тока вращающееся магнитное поле создается тремя (для сети 380 В) обмотками статора. Их подключение к источнику питания осуществляется через клеммную коробку, а охлаждение — вмонтированным в двигатель вентилятором.

Ротор, собранный из нескольких замкнутых между собой металлических стержней, жестко соединен с валом, составляя с ним одно целое. Именно из-за соединения стержней межу собой этот тип ротора называется короткозамкнутым. Благодаря отсутствию токопроводящих щеток в данной конструкции значительно упрощается техническое обслуживание двигателя, увеличивается срок службы и надежность. Главной причиной выхода из строя двигателей этого типа является износ подшипников вала.

Принцип работы асинхронного двигателя основывается на законе электромагнитной индукции – если частота вращения электромагнитного поля обмоток статора превышает частоту вращения ротора, в нем наводится электродвижущая сила. Это важно, поскольку при одинаковой частоте ЭДС не возникает и, соответственно, не возникает вращения. В действительности нагрузка на вал и сопротивление от трения подшипников всегда замедляет ротор и создает достаточные для работы условия.

Главным недостатком двигателей данного типа является невозможность получения постоянной частоты вращения вала. Дело в том, что рабочие характеристики устройства изменяются в зависимости от различных факторов. К примеру, без нагрузки на вал циркулярная пила вращается с максимальной скоростью. Когда мы подводим к пильному полотну доску и начинаем её резать, частота вращения диска заметно снижается. Соответственно, снижается и скорость вращения ротора относительно электромагнитного поля, что приводит к наведению еще большей ЭДС. Это увеличивает потребляемый ток и рабочая мощность мотора увеличивается до максимальной.

Принцип работы электрического мотора

Важно подбирать двигатель подходящей мощности – слишком низкая приведет к повреждению короткозамкнутого ротора из-за превышения расчетного максимума ЭДС, а слишком высокая приводит к необоснованным энергозатратам.

Асинхронные двигатели переменного тока рассчитаны на работу от трехфазной электрической сети, однако могут быть подключены и в однофазную сеть. Так, например, они используются в стиральных машинах и станках для домашних мастерских. Однофазный двигатель имеет примерно на 30% более низкую мощность, по сравнению с трехфазным – от 5 до 10 кВт.

Ввиду простоты исполнения и надежности асинхронные двигатели переменного тока наиболее распространены не только в производственном оборудовании, но и в бытовой технике.

Универсальные коллекторные двигатели

Во многих бытовых электроприборах необходимо наличие высокой скорости вращения двигателя и крутящего момента при малых пусковых токах и плавной регулировке. Всем этим требования удовлетворяют коллекторные двигатели, называемые универсальными. По своему устройству они очень похожи на двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Главным отличием от ДПТ является магнитная система, комплектуемая несколькими изолированными друг от друга листами электротехнической стали, к полюсам которых подсоединены по две секции обмотки. Такая конструкция снижает нагрев элементов токами Фуко и перемагничивание.

Высокая синхронность магнитных полей в универсальных коллекторных двигателях сохраняет высокую скорость вращения даже под большой нагрузкой на вал. Поэтому их используют в маломощном быстроходном оборудовании и домашней технике. При подключении в цепь регулируемого трансформатора появляется возможность плавной настройки частоты вращения.

Главный недостаток таких электромоторов заключается в низком моторесурсе, обусловленном быстрым стиранием графитовых щеток.

Принцип работы электродвигателя. Принцип работы электродвигателя переменного тока

1.

Принцип работы электродвигателя. Принцип работы электродвигателя переменного тока Подготовила
Ученица 9-В класса
ТООШ 1-3 ст.
Штемпель Виктория

2. Электродвигатель

Сегодня представить себе
человеческую цивилизацию и
высокотехнологическое
общество без электричества
невозможно. Одним из
основных аппаратов, которые
обеспечивают работу
электрических приборов,
является двигатель. Эта
машина нашла самое
широкое распространение: от
промышленности
(вентиляторы, дробилки,
компрессоры) до бытового
использования (стиральные
машины, дрели и прочее). Но
в чем состоит принцип
работы электродвигателя

3. Назначение

Принцип работы
электродвигателя и его
основные цели заключаются
в передаче рабочим органам
необходимой для совершения
технологических процессов
механической энергии. Сам
двигатель вырабатывает ее
за счет потребляемой из
сети электроэнергии. По
сути говоря, принцип работы
электродвигателя
заключается в
преобразовании
электрический энергии в
механическую. Количество
вырабатываемой им
механической энергии за одну
единицу времени называется
мощностью
В зависимости от характеристик
питающей сети можно выделить два
основных типа двигателя: на
постоянном и на переменном токе.
Наиболее распространенными
машинами постоянного тока являются
моторы с последовательным,
независимым и смешанным
возбуждением.
Примерами двигателей
на переменном токе
могут выступить
синхронные и
асинхронные машины.
Несмотря на кажущееся
разнообразие,
устройство и принцип
работы
электродвигателя
любого назначения
основаны на
взаимодействии
проводника с током и
магнитным полем либо
же постоянного магнита
( ферромагнитного
объекта) с магнитным
полем.

5. Изменение направления тока относительно магнита

Для того чтобы изменить направление движения заряженных частиц в проводнике рамки с током,
необходимо устройство, которое бы задавало это направление в зависимости от расположения
проводников. Такая конструкция реализована благодаря использованию скользящих контактов, которые
служат для подвода к рамке тока. При замене одним кольцом двух, когда рамка поворачивается на
половину оборота, направление тока меняется на противоположное, а крутящий момент его сохраняет.
Важно учесть, что одно кольцо собрано из двух половинок, которые изолированы друг от друга.

6. Конструкция машины постоянного тока

Вышеприведенный пример – это
принцип работы электродвигателя
постоянного тока. Реальная машина,
естественно, имеет более сложную
конструкцию, где используются
десятки рамок, образующих обмотку
якоря. Проводники этой обмотки
размещены в специальных пазах в
цилиндрическом ферромагнитном
сердечнике. Концы обмоток
присоединены к изолированных
кольцам, которые образуют
коллектор. Обмотка, коллектор и
сердечник – это якорь, вращающийся
в подшипниках на корпусе самого
двигателя. Магнитное поле
возбуждения создается полюсами
постоянных магнитов, которые
расположены в корпусе. Обмотка
подключается к питающей сети, и ее
можно включать как независимо от
цепи якоря, так и последовательно. В
первом случае электродвигатель
будет иметь независимое
возбуждение, во втором –
последовательное. Также
существует конструкция со
смешанным возбуждением, когда
используются сразу два типа
подключения обмотки

7. Какие бывают двигатели? Типы электродвигателей. Асинхронные

В основу работы любых электродвигателей
положен принцип электромагнитной
индукции. Электродвигатель состоит из
неподвижной части — статора (для
асинхронных и синхронных движков
переменного тока) либо индуктора (для
движков постоянного тока) и подвижной
части — ротора (для асинхронных и
синхронных движков переменного тока) либо
якоря (для движков постоянного тока). В роли
индуктора на маломощных двигателях
постоянного тока нередко используются
постоянные магниты. Все двигатели, грубо
говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока двигатели
переменного тока (асинхронные и

8.

Двигатели постоянного тока По неким мнениям данный
двигатель возможно еще
назвать синхронной машиной
постоянного тока с
самосинхронизацией. Простой
движок, являющийся машиной
постоянного тока, состоит из
постоянного магнита на
индукторе (статоре), 1-го
электромагнита с очевидно
выраженными полюсами на
якоре ( двухзубцового якоря с
явно выраженными полюсами и
с одной обмоткой),
щёточноколлекторного узла с
2-мя пластинами (ламелями) и
2-мя щётками. Простой
двигатель имеет 2 положения
ротора (2 «мёртвые точки»), из
которых неосуществим
самозапуск, и неравномерный
крутящий момент. В первом
приближении магнитное поле
полюсов статора равномерное (

Принцип работы электродвигателя. Принцип работы электродвигателя переменного тока. Физика, 9 класс

Сегодня представить себе человеческую цивилизацию и высокотехнологическое общество без электричества невозможно. Одним из основных аппаратов, которые обеспечивают работу электрических приборов, является двигатель. Эта машина нашла самое широкое распространение: от промышленности (вентиляторы, дробилки, компрессоры) до бытового использования (стиральные машины, дрели и прочее). Но в чем состоит принцип работы электродвигателя?

Назначение

Принцип работы электродвигателя и его основные цели заключаются в передаче рабочим органам необходимой для совершения технологических процессов механической энергии. Сам двигатель вырабатывает ее за счет потребляемой из сети электроэнергии. По сути говоря, принцип работы электродвигателя заключается в преобразовании электрический энергии в механическую. Количество вырабатываемой им механической энергии за одну единицу времени называется мощностью.

Виды двигателей

В зависимости от характеристик питающей сети можно выделить два основных типа двигателя: на постоянном и на переменном токе. Наиболее распространенными машинами постоянного тока являются моторы с последовательным, независимым и смешанным возбуждением. Примерами двигателей на переменном токе могут выступить синхронные и асинхронные машины. Несмотря на кажущееся разнообразие, устройство и принцип работы электродвигателя любого назначения основаны на взаимодействии проводника с током и магнитным полем либо же постоянного магнита (ферромагнитного объекта) с магнитным полем.

Рамка с током – прообраз двигателя

Основным моментом в таком вопросе, как принцип работы электродвигателя, можно назвать появление крутящего момента. Рассмотреть такое явление можно на примере рамки с током, которая состоит из двух проводников и магнита. К проводникам ток подводится через контактные кольца, которые закреплены на оси вращающейся рамки. В соответствии со знаменитым правилом левой руки на рамку будут действовать силы, которые создадут крутящий момент относительно оси. Она под действием этой суммарной силы будет вращаться по направлению против часовой стрелки. Известно, что этот момент вращения прямо пропорционален магнитной индукции (B), силе тока (I), площади рамки (S) и зависит от угла между линиями поля и осью последней. Однако под действием момента, изменяющегося по своему направлению, рамка будет совершать колебательные движения. Что же предпринять для образования постоянного направления? Тут есть два варианта:

  • менять направление электрического тока в рамке и положение проводников относительно полюсов магнита;
  • менять направление самого поля, притом что рамка вращается в неизменную сторону.

Первый вариант используется для двигателей постоянного тока. А второй — это принцип работы электродвигателя переменного тока.

Изменение направления тока относительно магнита

Для того чтобы изменить направление движения заряженных частиц в проводнике рамки с током, необходимо устройство, которое бы задавало это направление в зависимости от расположения проводников. Такая конструкция реализована благодаря использованию скользящих контактов, которые служат для подвода к рамке тока. При замене одним кольцом двух, когда рамка поворачивается на половину оборота, направление тока меняется на противоположное, а крутящий момент его сохраняет. Важно учесть, что одно кольцо собрано из двух половинок, которые изолированы друг от друга.


Конструкция машины постоянного тока

Вышеприведенный пример – это принцип работы электродвигателя постоянного тока. Реальная машина, естественно, имеет более сложную конструкцию, где используются десятки рамок, образующих обмотку якоря. Проводники этой обмотки размещены в специальных пазах в цилиндрическом ферромагнитном сердечнике. Концы обмоток присоединены к изолированных кольцам, которые образуют коллектор. Обмотка, коллектор и сердечник – это якорь, вращающийся в подшипниках на корпусе самого двигателя. Магнитное поле возбуждения создается полюсами постоянных магнитов, которые расположены в корпусе. Обмотка подключается к питающей сети, и ее можно включать как независимо от цепи якоря, так и последовательно. В первом случае электродвигатель будет иметь независимое возбуждение, во втором – последовательное. Также существует конструкция со смешанным возбуждением, когда используются сразу два типа подключения обмотки.

Синхронная машина

Принцип работы синхронного электродвигателя заключается в необходимости создания вращающегося магнитного поля. Затем нужно поместить в это поле обтекаемые неизменным в направлении током проводники. Принцип работы синхронного электродвигателя, который получил весьма широкое распространение в промышленности, основан на вышеприведенном примере с рамкой с током. Вращающееся поле, создаваемое магнитом, образуется при помощи системы обмоток, которые подключены к питающей сети. Обычно используют трехфазные обмотки, однако принцип работы однофазного электродвигателя переменного тока не будет отличаться от трехфазного, разве что количеством самих фаз, что несущественно при рассмотрении конструктивных особенностей. Обмотки укладывают в пазы статора с некоторым сдвигом по окружности. Это делается для создания вращающегося магнитного поля в образованном воздушном промежутке.

Синхронизм

Очень важным моментом является синхронная работа электродвигателя вышеприведенной конструкции. При взаимодействии магнитного поля с током в обмотке ротора образуется сам процесс вращения двигателя, который будет синхронным по отношению к вращению магнитного поля, образованному на статоре. Синхронизм будет сохраняться до достижения максимального момента, который вызван сопротивлением. При увеличении нагрузки машина может выйти из синхронизма.

Асинхронный двигатель

Принцип работы электродвигателя асинхронного заключается в наличии вращающегося магнитного поля и замкнутых рамок (контуров) на роторе – крутящейся части. Магнитное поле образуется так же, как и у синхронного двигателя — при помощи расположенных в пазах статора обмоток, которые подключены к сети переменного напряжения. Обмотки ротора состоят из десятка замкнутых контуров-рамок и имеют обычно два типа исполнения: фазное и короткозамкнутое. Принцип работы электродвигателя переменного тока в обоих вариантах одинаковый, меняется только конструктивное исполнение. В случае короткозамкнутого ротора (также известного под названием «беличья клетка») обмотка заливается расплавленным алюминием в пазы. При изготовлении обмотки фазной концы каждой фазы выводят наружу с помощью скользящих колец-контактов, так как это позволит включить в цепь добавочные резисторы, которые необходимы для регулирования частоты вращения двигателя.

Тяговая машина

Принцип работы тягового электродвигателя аналогичен мотору на постоянном токе. От питающей сети ток подают на повышающий трансформатор. Далее трехфазный переменный ток передается на специальные тяговые подстанции. Там находится выпрямитель. Он преобразует переменный ток в постоянный. По схеме он проводится одной своей полярностью к контактным проводам, второй – непосредственно к рельсам. Необходимо помнить, что многие тяговые механизмы работают на частоте, отличной от установившейся промышленной (50 Гц). Поэтому используют частотник для электродвигателя, принцип работы которого заключается в преобразовании частот и контролировании данной характеристики.

По поднятому пантографу напряжение подается в камеры, где находятся пусковые реостаты и контакторы. С помощью контроллеров реостаты подключаются к тяговым электродвигателям, которые расположены на осях тележек. От них ток поступает через шины на рельсы, а затем возвращается к тяговой подстанции, таким образом замыкая электрическую цепь.

Принцип работы электродвигателя — HiSoUR История культуры

Электродвигатель представляет собой электромеханический преобразователь (электрическая машина), который преобразует электрическую энергию в механическую. В обычных электродвигателях генерируются магнитные поля с токопроводящими проводниками, взаимные силы притяжения и отталкивания которых приводятся в движение. Таким образом, электродвигатель является аналогом очень аналогичного сконструированного генератора, который преобразует мощность двигателя в электрическую. Электродвигатели обычно генерируют вращающиеся движения, но они также могут использоваться для создания трансляционных движений (линейный привод). Электродвигатели используются для управления многими оборудованием, машинами и транспортными средствами.

Принцип действия
Электродвигатели — это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую энергию. Средствами этого преобразования энергии в электродвигателях является магнитное поле. Существуют различные типы электродвигателей, и каждый тип имеет разные компоненты, структура которых определяет взаимодействие электрических и магнитных потоков, которые вызывают силу или крутящий момент двигателя.

Основной принцип заключается в том, что описание того, как сила вызвано взаимодействием точечного электрического заряда q в электрическом и магнитном полях, является законом Лоренца:

где:
q: пунктуальный электрический заряд
E: Электрическое поле
v: скорость частиц
B: плотность магнитного поля

В случае чисто электрического поля выражение уравнения сводится к:

Сила в этом случае определяется только зарядом q и электрическим полем E. Это кулоновская сила действует вдоль проводника, создающего электрический поток, например, в катушках статора индукционных машин или в роторе двигателей постоянного тока.

В случае чисто магнитного поля:

Сила определяется зарядом, плотностью магнитного поля B и скоростью нагрузки v. Эта сила перпендикулярна магнитному полю и направлению скорости нагрузки. Обычно в движении имеется много нагрузок, поэтому удобно переписать выражение в терминах плотности заряда Fv (сила в единице объема):

К продукту 

 он известен как плотность тока J (ампер на квадратный метр):

Тогда полученное выражение описывает силу, возникающую при взаимодействии тока с магнитным полем:

Это основной принцип, объясняющий, как возникают силы в электромеханических системах, таких как электродвигатели. Однако полное описание для каждого типа электродвигателя зависит от его компонентов и конструкции.

Линейный двигатель
Линейный двигатель — это по существу любой электродвигатель, который был «разворачиван», так что вместо создания крутящего момента (вращения) он создает прямолинейную силу вдоль своей длины.

Линейные двигатели чаще всего являются асинхронными двигателями или шаговыми двигателями. Линейные двигатели обычно встречаются во многих роликовых подстаканниках, где быстрое движение безмоторного вагона контролируется рельсом. Они также используются в поездах маглева, где поезд «летает» над землей. В меньших масштабах, в 1985 году эскалатор HP 7225A использовал два линейных шаговых двигателя для перемещения пера вдоль осей X и Y.

электромагнетизм

Сила и момент
Основная цель подавляющего большинства мировых электродвигателей состоит в том, чтобы электромагнитно индуцировать относительное перемещение в воздушном зазоре между статором и ротором для получения полезного крутящего момента или линейной силы.

Согласно закону силы Лоренца сила обмоточного проводника может быть задана просто:

или в более общем плане, для обработки проводников с любой геометрией:

Наиболее общие подходы к вычислению сил в двигателях используют тензоры.

Мощность
Где rpm — скорость вала, а T — момент, механическая мощность двигателя Pem определяется,

в британских единицах с Т, выраженным в фунтах,

 (лошадиная сила), и,

в единицах СИ с угловой скоростью вала, выраженной в радианах в секунду, и Т, выраженной в Ньютонометрах,

 (Вт).

Для линейного двигателя с силой F, выраженной в ньютонах и скоростью v, выраженной в метрах в секунду,

 (Вт).

В асинхронном или асинхронном двигателе соотношение между скоростью двигателя и мощностью воздушного зазора, пренебрегая скин-эффектом, определяется следующим:

 , где

Rr — сопротивление ротора
r 2 — квадрат тока, индуцированного в роторе
s — проскальзывание двигателя; т.е. разница между синхронной скоростью и скоростью скольжения, которая обеспечивает относительное движение, необходимое для индукции тока в роторе.

Назад emf
Так как обмотки якоря постоянного тока или универсального двигателя движутся через магнитное поле, они имеют индуцированное в них напряжение. Это напряжение имеет тенденцию противостоять напряжению питания двигателя и поэтому называется «назад электродвижущей силой (ЭДС)». Напряжение пропорционально скорости движения двигателя.Задняя ЭДС двигателя плюс падение напряжения на внутреннем сопротивлении обмотки и щетках должны быть равны напряжению на щетках. Это обеспечивает фундаментальный механизм регулирования скорости в двигателе постоянного тока. Если механическая нагрузка увеличивается, двигатель замедляется; результаты обратной волны в нижней части спины, и больше тока извлекается из питания. Этот увеличенный ток обеспечивает дополнительный крутящий момент для баланса новой нагрузки.
В компьютерах с переменным током иногда полезно учитывать источник обратной волны emf в машине; в качестве примера это вызывает особую озабоченность по поводу тесного регулирования скорости асинхронных двигателей на VFD.

потери
Потери двигателя связаны главным образом с резистивными потерями в обмотках, потерями в сердечнике и механическими потерями в подшипниках, а также возникают аэродинамические потери, особенно там, где присутствуют охлаждающие вентиляторы.

Потери также возникают при коммутации, искровых механических коммутаторах и электронных коммутаторах, а также рассеивают тепло.

КПД
Для расчета эффективности двигателя механическая выходная мощность делится на электрическую входную мощность:

 ,

где 

 является эффективность преобразования энергии,  электрическая входная мощность, и  механическая выходная мощность:

где 

 это входное напряжение,  входной ток, T — выходной крутящий момент, и  — выходная угловая скорость. Аналитически можно получить точку максимальной эффективности. Обычно он составляет менее 1/2 крутящего момента.

Различные регулирующие органы во многих странах внедрили и внедрили законодательство, поощряющее производство и использование электродвигателей с более высокой эффективностью.

Коэффициент добротности
Эрик Лайтвейт предложил метрику, чтобы определить «доброту» электродвигателя: 

Куда:

 коэффициент добротности (коэффициенты выше 1, вероятно, будут эффективными)
 — площади поперечного сечения магнитной и электрической цепи
 представляют собой длины магнитных и электрических цепей
 является проницаемость сердечника
 — это угловая частота, с которой двигатель

Из этого он показал, что наиболее эффективные двигатели, вероятно, будут иметь относительно большие магнитные полюса. Однако это уравнение относится только к моделям без ПМ.

Параметры производительности

Момент затяжки моторов
Все электромагнитные двигатели, которые включают в себя упомянутые здесь типы, вызывают крутящий момент от векторного произведения взаимодействующих полей. Для расчета крутящего момента необходимо знать поля в воздушном зазоре. Как только они были установлены путем математического анализа с использованием FEA или других инструментов, крутящий момент можно вычислить как интеграл всех векторов силы, умноженных на радиус каждого вектора. Ток, текущий в обмотке, создает поля, а для двигателя с использованием магнитного материала поле не линейно пропорционально току. Это затрудняет вычисление, но компьютер может выполнить многие расчеты.

Как только это будет сделано, цифра, связывающая ток с крутящим моментом, может использоваться как полезный параметр для выбора двигателя. Максимальный крутящий момент для двигателя будет зависеть от максимального тока, хотя это, как правило, будет использоваться только до тех пор, пока термические соображения не будут иметь приоритет.

При оптимальном проектировании в пределах заданного ограничения насыщения ядра и для заданного активного тока (т. Е. Крутящего момента), напряжения, числа пар полюсов, частоты возбуждения (т. Е. Синхронной скорости) и плотности потока воздушного зазора все категории электродвигателей или генераторы будут демонстрировать практически такой же максимальный непрерывный крутящий момент вала (т. е. рабочий крутящий момент) в заданной области воздушного зазора с обмотками и глубиной заднего железа, которая определяет физические размеры электромагнитного сердечника. В некоторых приложениях требуется крутящий момент за максимальный рабочий крутящий момент, такой как короткие всплески крутящего момента для ускорения электромобиля от остановки. Всегда ограниченные насыщением магнитного сердечника или безопасным повышением температуры и напряжением, способность к крутящим моментам за пределы максимального рабочего момента значительно отличается между категориями электродвигателей или генераторов.

Емкость для всплесков крутящего момента не следует путать с возможностью ослабления поля. Ослабление поля позволяет электрической машине работать за пределы заданной частоты возбуждения. Ослабление поля выполняется, когда максимальная скорость не может быть достигнута за счет увеличения приложенного напряжения. Это относится только к двигателям с регулируемыми по току полям и, следовательно, не может быть достигнуто с помощью двигателей с постоянными магнитами.

Электрические машины без топологии трансформаторной схемы, такие как WRSM или PMSM, не могут реализовать всплески крутящего момента выше максимального расчетного момента без насыщения магнитного сердечника и любого увеличения тока как бесполезного. Кроме того, блок ПМСМ с постоянными магнитами может быть поврежден непоправимо, если попытки всплесков крутящего момента превышают максимальный крутящий момент.

Электрические машины с топологией трансформаторной схемы, такие как индукционные машины, индукционные двухкомпонентные электрические машины, а также индукционные или синхронные машины с двунаправленным раневым ротором (WRDF), демонстрируют очень высокие всплески крутящего момента, поскольку активный ток, индуцированный ЭДС, на любом стороны трансформатора противостоят друг другу и, таким образом, не влияют на плотность магнитного потока магнитного сердечника, связанного с трансформатором, что в противном случае привело бы к насыщению ядра.

Электрические машины, которые полагаются на индукционные или асинхронные принципы, замыкают один порт схемы трансформатора, и в результате реактивный импеданс трансформаторной цепи становится доминирующим по мере увеличения скольжения, что ограничивает величину активного (то есть реального) тока. Тем не менее реализуются всплески крутящего момента, которые в два-три раза превышают максимальный расчетный крутящий момент.

Синхронная двухсторонняя машина (BWRSDF) с бесколлекторным раневым ротором является единственной электрической машиной с истинно двухполярной топологией трансформаторной схемы (т.е. оба порта независимо возбуждены без короткого замыкания). Известно, что топология схемы с двумя портированными трансформаторами нестабильна и требует многофазного узла щетки скольжения для распространения ограниченной мощности на комплект обмотки ротора. Если бы имелись прецизионные средства для мгновенного регулирования угла крутящего момента и скольжения для синхронной работы во время движения или генерации при одновременном обеспечении бесщеточной мощности на намотке ротора, активный ток машины BWRSDF не зависел бы от реактивного сопротивления схемы трансформатора и значительно превышающие максимальный рабочий крутящий момент и намного превосходящие практические возможности любого другого типа электрической машины. Рассчитаны крутящие моменты, превышающие восьмикратный рабочий крутящий момент.

Плотность непрерывного крутящего момента
Постоянная плотность крутящего момента обычных электрических машин определяется размером зоны воздушного зазора и глубиной заднего железа, которые определяются степенью мощности набора обмоток якоря, скоростью машины и достижимыми характеристиками воздушно- плотность потока зазоров до насыщения ядра. Несмотря на высокую коэрцитивность постоянных магнитов неодима или самария-кобальта, постоянная плотность крутящего момента практически одинакова среди электрических машин с оптимально разработанными намотками арматуры. Непрерывная плотность крутящего момента относится к способу охлаждения и допустимого периода эксплуатации перед разрушением при перегреве обмоток или повреждении постоянным магнитом.

Другие источники утверждают, что различные топологии e-machine имеют разную плотность крутящего момента. Один источник показывает следующее:

Тип электрической машины Удельная плотность крутящего момента (Нм / кг)
SPM — бесщеточный переменного тока, токовая проводимость 180 ° 1,0
SPM — бесщеточный переменного тока, токовая проводимость 120 ° 0.9-1.15
IM, асинхронная машина 0,7-1,0
IPM, внутренняя машина с постоянными магнитами 0,6-0,8
VRM, машина с удвоенным показателем сопротивления 0,7-1,0

где — удельная плотность крутящего момента нормализована до 1,0 для SPM — бесщеточный переменного тока, токовая проводимость 180 °, SPM — машина для поверхностного постоянного магнита.

Плотность крутящего момента примерно в четыре раза больше для электродвигателей, которые охлаждаются жидкостью, по сравнению с воздушными охлаждением.

Источник сравнения постоянного тока (DC), асинхронных двигателей (IM), синхронных двигателей с постоянными магнитами (PMSM) и переключаемых двигателей с сопротивлением (SRM) показал:

Характеристика Округ Колумбия Я PMSM SRM
Плотность крутящего момента 3 3,5 5 4
Удельная мощность 3 4 5 3,5

Другой источник отмечает, что синхронные машины с постоянными магнитами до 1 МВт имеют значительно более высокую плотность крутящего момента, чем индукционные машины.

Непрерывная плотность мощности
Непрерывная плотность мощности определяется продуктом непрерывной плотности крутящего момента и постоянным диапазоном крутящего момента электрической машины.

Специальные магнитные двигатели

ротационный

Безрулевой или бесколлекторный роторный двигатель
Ничто в принципе ни одного из двигателей, описанных выше, не требует, чтобы железные (стальные) части ротора фактически вращались. Если мягкий магнитный материал ротора выполнен в виде цилиндра, то (за исключением эффекта гистерезиса) крутящий момент действует только на обмотки электромагнитов. Воспользовавшись этим фактом, используется бесконтактный или безредукторный двигатель постоянного тока, специализированный вариант постоянного двигателя постоянного тока. Оптимизированные для быстрого ускорения, эти двигатели имеют ротор, который построен без какого-либо железного сердечника. Ротор может иметь форму намоточного цилиндра или самонесущую конструкцию, содержащую только магнитную проволоку и связующий материал. Ротор может помещаться внутри магнитов статора; магнитно-мягкий неподвижный цилиндр внутри ротора обеспечивает обратный путь для магнитного потока статора. Вторая компоновка имеет корзину намотки ротора, окружающую магниты статора. В этой конструкции ротор помещается внутри магнитно-мягкого цилиндра, который может служить корпусом для двигателя, а также обеспечивает обратный путь для потока.

Поскольку ротор намного легче по массе, чем обычный ротор, образованный из медных обмоток на стальных ламинатах, ротор может ускоряться намного быстрее, часто достигая механической постоянной времени в течение одного мс. Это особенно верно, если на обмотках используется алюминий, а не более тяжелая медь. Но поскольку в роторе нет металлической массы, чтобы действовать как теплоотвод, даже небольшие двигатели без сердечника часто должны охлаждаться принудительным воздухом. Перегрев может быть проблемой для бесконтактных двигателей постоянного тока. Современное программное обеспечение, такое как Motor-CAD, может помочь увеличить тепловой КПД двигателей, хотя и находится на стадии проектирования.

Среди этих типов — типы дисков-роторов, более подробно описанные в следующем разделе.

Вибрирующий сигнал сотовых телефонов иногда генерируется крошечными цилиндрическими типами полей с постоянными магнитами, но существуют также дискообразные типы, которые имеют тонкий многополярный магнит на диске, и преднамеренно неуравновешенную формованную пластиковую роторную структуру с двумя связанными бесколлекторными катушками. Металлические щетки и плоский коммутатор переключаются на катушки ротора.

Связанные приводы с ограниченным ходом не имеют сердечника и связанной катушки, размещенной между полюсами тонких постоянных магнитов с высоким потоком. Это быстрые позиционеры для жестких дисков (жестких дисков). Хотя современный дизайн значительно отличается от современного громкоговорителя, он все еще свободно (и неправильно) называется структурой «звуковой катушки», поскольку некоторые более ранние жесткие диски с дисковым накопителем перемещаются по прямым линиям и имеют структуру привода, громкоговорителя.

Блин или осевой роторный двигатель
Печатный якорь или двигатель блинчика имеют обмотки в виде диска, работающего между массивами магнитов с высоким потоком. Магниты расположены в окружности, обращенной к ротору, с промежутком между ними, чтобы образовать осевой воздушный зазор. Эта конструкция широко известна как двигатель блинчика из-за ее плоского профиля. У технологии было много фирменных наименований с момента ее создания, например ServoDisc.

Печатная арматура (первоначально сформированная на печатной плате) в печатном двигателе якоря выполнена из перфорированных медных листов, которые ламинируются вместе с использованием передовых композитов для образования тонкого жесткого диска.Печатная арматура имеет уникальную конструкцию в мире мостового мотора, поскольку она не имеет отдельного кольцевого коммутатора. Щетки запускаются непосредственно на поверхности якоря, что делает весь дизайн очень компактным.

Альтернативным методом изготовления является использование намотанной медной проволоки, уложенной плоской с центральным обычным коммутатором, в форме цветка и лепестка. Обмотки обычно стабилизируются с помощью электрических систем эпоксидной заливки. Это наполненные эпоксиды, которые имеют умеренную, смешанную вязкость и длительное время гелеобразования. Они выделяются низкой усадкой и низкой экзотермией и обычно UL 1446 признаются в качестве заливающего компаунда, изолированного по 180 ° C, класса H.

Уникальным преимуществом бесщеточных двигателей постоянного тока является отсутствие зубцов (изменения крутящего момента, вызванные изменением притяжения между железом и магнитами). Паразитные вихревые токи не могут образовываться в роторе, поскольку он абсолютно невозможен, хотя железные роторы ламинируются. Это может значительно повысить эффективность, но контроллеры с переменной скоростью должны использовать более высокую скорость переключения (& gt; 40 кГц) или постоянный ток из-за пониженной электромагнитной индукции.

Эти двигатели были первоначально изобретены для привода ведущих магнитных ленточных накопителей, где минимальное время для достижения рабочей скорости и минимальной остановки было критическим. Масляные моторы широко используются в высокопроизводительных сервоуправляемых системах, роботизированных системах, промышленной автоматизации и медицинских устройствах. Благодаря разнообразию доступных конструкций технология используется в приложениях от высокотемпературных военных до недорогих насосов и базовых сервоприводов.

Другой подход (Magnax) — использовать один статор, зажатый между двумя роторами. Одна такая конструкция обеспечивала максимальную мощность 15 кВт / кг, устойчивую мощность около 7,5 кВт / кг. Этот беспилотный двигатель с осевым потоком имеет более короткий путь потока, удерживая магниты дальше от оси. Конструкция позволяет иметь нулевой обмотки; 100 процентов обмоток активны. Это усиливается благодаря использованию медной проволоки прямоугольного сечения. Двигатели могут быть сложены для параллельной работы.Нестабильность сводится к минимуму за счет того, что два диска ротора накладывают равные и противоположные силы на диск статора. Роторы соединены непосредственно друг с другом через кольцо вала, отменяя магнитные силы.

Двигатели Magnax имеют диаметр от 15 до 5,4 метра (5,9 дюйма на 17 футов 8,6 дюйма).

Серводвигатель
Сервомотор — это двигатель, который часто продается как полный модуль, который используется в системе управления с обратной связью по положению или скорости.Сервомоторы используются в таких применениях, как станки, пленочные плоттеры и другие технологические системы. Двигатели, предназначенные для использования в сервомеханизме, должны иметь хорошо документированные характеристики для скорости, крутящего момента и мощности. Кривая скорости и крутящего момента очень важна и имеет высокое соотношение для серводвигателя. Также важны динамические характеристики отклика, такие как индуктивность обмотки и инерция ротора; эти факторы ограничивают общую производительность петли сервомеханизма. Большие, мощные, но медленно реагирующие серво-петли могут использовать обычные двигатели переменного или постоянного тока и системы привода с обратной связью по положению или скорости на двигателе. По мере увеличения требований к динамическому реагированию используются более специализированные конструкции двигателей, такие как бесконтактные двигатели.Превосходные характеристики мощности и ускорения электродвигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока имеют тенденцию поддерживать синхронные приводы с постоянным магнитом, BLDC, индукционные и SRM-приводы.

Сервосистема отличается от некоторых применений шагового двигателя тем, что обратная связь по положению постоянно, пока двигатель работает. Шаговая система по своей сути работает с разомкнутым контуром — полагаясь на двигатель, чтобы не «пропустить шаги» для краткосрочной точности — с любой обратной связью, такой как «домашний» переключатель или датчик положения, являющийся внешним по отношению к двигательной системе. Например, при запуске типичного компьютерного принтера с точечной матрицей его контроллер превращает привод шагового двигателя печатающей головки в его левый предел, где датчик положения определяет исходное положение и останавливается. Пока питание включено, двунаправленный счетчик в микропроцессоре принтера отслеживает положение печатающей головки.

Шаговый двигатель
Шаговые двигатели являются часто используемым двигателем, когда требуются точные вращения. В шаговом двигателе внутренний ротор, содержащий постоянные магниты или магнитно-мягкий ротор с выступающими полюсами, управляется набором внешних магнитов, которые переключаются электронным способом. Шаговый двигатель можно также рассматривать как крест между электродвигателем постоянного тока и ротационным соленоидом. Когда каждая катушка включается поочередно, ротор выравнивается с магнитным полем, создаваемым обмоткой возбужденного поля. В отличие от синхронного двигателя, при его применении шаговый двигатель не может вращаться непрерывно; вместо этого он «шагает» — начинается, а затем быстро останавливается снова — от одного положения к другому, когда обмотки возбуждения возбуждаются и обесточиваются последовательно. В зависимости от последовательности ротор может поворачиваться вперед или назад, и он может в любое время изменять направление, останавливаться, ускоряться или замедляться.

Простые драйверы шагового двигателя полностью активируют или полностью обесточивают обмотки возбуждения, приводя ротор к «зубчатому колесу» к ограниченному числу положений;более сложные драйверы могут пропорционально управлять мощностью обмоток поля, позволяя роторам располагаться между точками зубчатого колеса и тем самым вращаться чрезвычайно плавно. Этот режим работы часто называют микрошагом. Управляемые компьютером шаговые двигатели являются одной из самых универсальных форм позиционирующих систем, особенно в части цифровой сервоуправляемой системы.

Шаговые двигатели можно легко поворачивать под определенным углом дискретными шагами, и, следовательно, шаговые двигатели используются для позиционирования головки чтения / записи в дисководах гибких дисков. Они использовались с той же целью в компьютерных дисках в эпоху до гигабайта, где точность и скорость, которые они предлагали, были достаточными для правильного позиционирования головки чтения / записи на жестком диске.По мере увеличения плотности дисков ограничения скорости и скорости шаговых двигателей сделали их устаревшими для жестких дисков — ограничение точности сделало их непригодными для использования, а ограничение скорости сделало их неконкурентоспособными, поэтому новые жесткие диски используют системы с головным приводом с голосовой катушкой. (Термин «звуковая катушка» в этой связи является историческим, он относится к структуре в типичном (коническом) громкоговорителе. Эта структура использовалась некоторое время для размещения головок. Современные приводы имеют поворотную катушку, катушки качания назад и вперед, что-то вроде лопасти вращающегося вентилятора. Тем не менее, как звуковая катушка, современные проводники катушки привода (магнитный провод) движутся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля.)

Шаговые двигатели использовались и по-прежнему часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и цифровых фотокопировальных устройствах для перемещения оптического сканирующего элемента, каретки печатающей головки (точечной матрицы и струйных принтеров) и валиков или подающих роликов. Аналогично, многие компьютерные плоттеры (которые с начала 1990-х годов были заменены крупноформатными струйными и лазерными принтерами) использовали вращающиеся шаговые двигатели для движения пера и валика; типичными альтернативами здесь были либо линейные шаговые двигатели, либо серводвигатели с аналоговыми системами управления с замкнутым контуром.

Так называемые кварцевые аналоговые наручные часы содержат наименьшие обычные шаговые двигатели; они имеют одну катушку, набирают очень мало энергии и имеют постоянный магнитный ротор. Такой же двигатель работает от кварцевых часов с батарейным питанием. Некоторые из этих часов, например, хронографы, содержат более одного шагового двигателя.

Тесно связанные с проектированием трехфазные синхронные двигатели переменного тока, шаговые двигатели и SRM классифицируются как тип двигателя с переменным сопротивлением. Шаговые двигатели были и остаются часто используемыми в компьютерных принтерах, оптических сканерах и компьютерах с числовым программным управлением (ЧПУ), таких как маршрутизаторы, плазменные резцы и токарные станки с ЧПУ.

Немагнитные двигатели
Электростатический двигатель основан на притяжении и отталкивании электрического заряда.Обычно электростатические двигатели сочетаются с обычными моторами на катушках.Обычно они требуют высоковольтного источника питания, хотя очень маленькие двигатели используют более низкие напряжения. Обычные электродвигатели вместо этого используют магнитное притяжение и отталкивание и требуют большого тока при низких напряжениях. В 1750-е годы первые электростатические двигатели были разработаны Бенджамином Франклином и Эндрю Гордоном. Сегодня электростатический двигатель часто используется в микроэлектромеханических системах (МЭМС), где их приводные напряжения составляют менее 100 вольт, а движущиеся заряженные пластины намного легче изготавливать, чем катушки и железные сердечники. Кроме того, молекулярный механизм, который управляет живыми клетками, часто основан на линейных и вращающихся электростатических двигателях.

Пьезоэлектрический двигатель или пьезомотор — это тип электродвигателя, основанный на изменении формы пьезоэлектрического материала при приложении электрического поля.Пьезоэлектрические двигатели используют обратный пьезоэлектрический эффект, при котором материал производит акустические или ультразвуковые колебания для создания линейного или вращательного движения. В одном механизме удлинение в одной плоскости используется для того, чтобы сделать ряд растяжек и удерживание положения, подобно тому, как движется гусеница.

В двигательной силовой установке с электрическим приводом используется технология электродвигателей для запуска космических аппаратов в космическом пространстве, причем большинство систем основано на электрическом питании пропеллента на высокой скорости, причем некоторые системы основаны на принципах электродинамической привязки движений к магнитосфере.

Поделиться ссылкой:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)

Принцип работы электродвигателей — MirMarine

Источник статьи Книга «Электродвигатели» — результат совместной работы специалистов GRUNDFOS. (www.grundfos.com). В ней подробно рассмотрены основные элементы электродвигателя, принципы его работы, стандарты, способы защиты и вопросы технического обслуживания.

В данном разделе мы рассмотрим основные принципы работы электродвигателей. Здесь Вы получите общую информацию, которая потребуется в дальнейшем. Мы приведем основные сведения о магнетизме, AC (переменном токе), электромагнетизме, вращающем моменте и подробнее поговорим об электродвигателях.

Магнетизм

Наиболее характерное магнитное явление — притяжение магнитом кусков железа — известно со времен глубокой древности. Ещё одной очень важной особенностью магнитов является наличие у них полюсов: северного (отрицательного) и южного (положительного). Противоположные полюса притягиваются, а одинаковые — отталкиваются друг от друга.

Магнитное поле

Магнитное поле можно условно изобразить линиями в виде магнитного потока, движущегося от северного полюса к южному. В некоторых случаях определить, где северный, а где южный полюс, достаточно сложно.

Электромагнетизм

Вокруг проводника, при пропускании по нему электрического тока, создаётся магнитное поле. Это явление называется электромагнетизмом. Физические законы одинаковы для магнетизма и электромагнетизма.

Магнитное поле вокруг проводников можно усилить, если намотать их на катушку со стальным сердечником. Когда проводник намотан на катушку, все линии магнитного потока, образуемого каждым витком, сливаются и создают единое магнитное поле вокруг катушки.

Чем больше витков на катушке, тем сильнее магнитное поле. Это поле имеет такие же характеристики, что и естественное магнитное поле, а, следовательно, у него тоже есть северный и южный полюса.

Вращение вала электродвигателя обусловлено действием магнитного поля. Основные части электродвигателя: статор и ротор.

Ротор — Подвижная часть электродвигателя, которая вращается с валом электродвигателя, двигаясь вместе с магнитным полем статора.

Статор — Неподвижный компонент электродвигателя. Он включает в себя несколько обмоток, полярность которых меняется при прохождении через них переменного тока (AC). Таким образом, создаётся комбинированное магнитное поле статора.

Вращение под действием магнитного поля

Преимуществом магнитных полей, которые создаются токопроводящими катушками, является возможность менять местами полюса магнита посредством изменения направления тока. Именно эта возможность смены полюсов и используется для преобразования электрической энергии в механическую.

Одинаковые полюса магнитов отталкиваются друг от друга, противоположные полюса — притягиваются. Можно сказать, что это свойство используется для создания непрерывного движения ротора с помощью постоянной смены полярности статора. Ротором здесь, является магнит, который может вращаться.

Чередование полюсов с помощью переменного тока

Полярность постоянно меняется с помощью переменного тока (AC). Далее мы увидим, как ротор заменяется магнитом, который вращается под действием индукции. Здесь важную роль играет переменный ток, поэтому будет полезно привести здесь краткую информацию о нём.

Переменный ток — AC

Под переменным током понимается электрический ток, периодически изменяющий свое направление в цепи так, что среднее значение силы тока за период равно нулю. Вращающееся магнитное поле можно создать с помощью трёхфазного питания. Это означает, что статор подсоединяется к источнику переменного тока с тремя фазами. Полный цикл определяется как цикл в 360 градусов. Это значит, что каждая фаза расположена по отношению к другой под углом в 120 градусов. Фазы изображаются в виде синусоидальных кривых, как представлено на рисунке.

Смена полюсов

Дальше мы объясним, как взаимодействуют ротор и статор, заставляя электродвигатель вращаться. Для наглядности мы заменили ротор вращающимся магнитом, а статор — катушками. В правой части страницы приведено изображение двухполюсного трёхфазного электродвигателя. Фазы соединены парами:

1-й фазе соответствуют катушки A1 и A2, 2-й фазе — B1 и B2, а 3-й соответствуют C1 и C2. При подаче тока на катушки статора одна из них становится северным полюсом, другая — южным. Таким образом, если A1 — северный полюс, то A2 — южный.

Питание в сети переменного тока

Обмотки фаз A, B и C расположены по отношению друг к другу под углом в 120 градусов. Количество полюсов электродвигателя определяется количеством пересечений поля обмотки полем ротора. В данном случае каждая обмотка пересекается дважды, что означает, что перед нами двухполюсный статор. Таким образом, если бы каждая обмотка появлялась четыре раза, это был бы четырехполюсный статор и т.д.

Когда на обмотки фаз подаётся электрический ток, вал электродвигателя начинает вращаться со скоростью, обусловленной числом полюсов (чем меньше полюсов, тем ниже скорость).

Вращение ротора

Ниже рассказывается о физическом принципе работы электродвигателя (как ротор вращается внутри статора). Для наглядности, заменим ротор магнитом. Все изменения в магнитном поле происходят очень быстро, поэтому нам необходимо разбить весь процесс на этапы. При прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора в нем создается магнитное поле, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля.

Начав вращение, магнит будет следовать за меняющимся магнитным полем статора. Поле статора меняется таким образом, чтобы поддерживалось вращение в одном направлении.

Индукция

В предыдущем разделе мы установили, как обыкновенный магнит вращается в статоре.

В электродвигателях переменного тока AC установлены роторы, а не магниты. Наша модель очень схожа с настоящим ротором, за исключением того, что под действием магнитного поля ротор поляризуется. Это вызвано магнитной индукцией, благодаря которой в проводниках ротора наводится электрический ток.

Индукция

В основном ротор работает так же, как магнит.

Когда электродвигатель включен, ток проходит по обмотке статора и создаёт электромагнитное поле, которое вращается в направлении, перпендикулярном обмоткам ротора. Таким образом, в обмотках ротора индуцируется ток, который затем создаёт вокруг ротора электромагнитное поле и поляризацию ротора.

В предыдущем разделе, чтобы было проще объяснить принцип действия ротора, заменив его для наглядности магнитом. Теперь заменим магнитом статор. Индукция — это явление, которое наблюдается при перемещении проводника в магнитном поле. Относительное движение проводника в магнитном поле приводит к появлению в проводнике так называемого индуцированного электрического тока.

Этот индуцированный ток создаёт магнитное поле вокруг каждой обмотки проводника ротора. Так как трёхфазное AC питание заставляет магнитное поле статора вращаться, индуцированное магнитное поле ротора будет следовать за этим вращением. Таким образом вал электродвигателя будет вращаться. Электродвигатели переменного тока часто называют индукционными электродвигателями переменного тока, или ИЭ (индукционными электродвигателями).

Когда к статору подаётся питание, он создает магнитное поле, вектор которого направлен перпендикулярно проводникам ротора, магнитное поле создаёт ток в роторе.

Принцип действия

Индукционные электродвигатели состоят из ротора и статора.

Токи в обмотках статора создаются фазовым напряжением, которое приводит в движение индукционный электродвигатель. Эти токи создают вращающееся магнитное поле, которое также называется полем статора. Вращающееся магнитное поле статора определяется токами в обмотках и количеством фазных обмоток.

Вращающееся магнитное поле формирует магнитный поток. Вращающееся магнитное поле пропорционально электрическому напряжению, а магнитный поток пропорционален электрическому току.

Вращающееся магнитное поле статора движется быстрее ротора, что способствует индукции токов в обмотках проводников роторов, в результате чего образуется магнитное поле ротора.

Магнитные поля статора и ротора формируют свои потоки, эти потоки будут притягиваться друг к другу и создавать вращающий момент, который заставляет ротор вращаться. Принципы действия индукционного электродвигателя представлены на иллюстрациях.

Таким образом, ротор и статор являются наиболее важными составляющими индукционного электродвигателя переменного тока. Они проектируются с помощью САПР (системы автоматизированного проектирования). Далее мы подробнее поговорим о конструкции ротора и статора.

Статор

Статор — это неподвижный электрический компонент электродвигателя. Он включает в себя несколько обмоток, полярность которых всё время меняется при прохождении через них переменного тока (AC). Таким образом, создаётся комбинированное магнитное поле статора.

Все статоры устанавливаются в раму или корпус. Корпус статора электродвигателей Grundfos для электродвигателей мощностью до 22 кВт чаще всего изготавливается из алюминия, а для электродвигателей с большей мощностью — из чугуна. Сам статор устанавливается в кожухе статора. Он состоит из тонких пластин электротехнической стали, обмотанных изолированным проводом. Сердечник состоит из сотен таких пластин. При подаче питания переменный ток проходит по обмоткам, создавая электромагнитное поле, перпендикулярное проводникам ротора. Переменный ток (AC) вызывает вращение магнитного поля.

Изоляция статора должна соответствовать требованиям IEC 62114, где приведены различные классы защиты (по уровням температуры) и изменения температуры (Δ Т). Электродвигатели Grundfos имеют класс защиты F, а при увеличении температуры — класс B. Grundfos производит 2-полюсные электродвигатели мощностью до 11 кВт и 4-полюсные электродвигатели мощностью до 5,5 кВт. Более мощные электродвигатели Grundfos закупает у других компаний, уровень качества продукции которых соответствует принятым в Grundfos стандартам. Для насосов, в основном, используются статоры с двумя, четырьмя и шестью полюсами, так как частота вращения вала электродвигателя определяет давление и расход насоса. Можно изготовить статор для работы с различными напряжениями, частотами и мощностями на выходе, а также для переменного количества полюсов.

Ротор

В электродвигателях Grundfos используются так называемые «беличьи колеса» (короткозамкнутые роторы), конструкция которых напоминает барабаны для белок. При вращении статора магнитное поле движется перпендикулярно обмоткам проводников ротора; появляется ток.

Этот ток циркулирует по обмоткам проводников и создаёт магнитные поля вокруг каждого проводника ротора. Так как магнитное поле в статоре постоянно меняется, меняется и поле в роторе. Это взаимодействие и вызывает движение ротора. Как и статор, ротор изготовлен из пластин электротехнической стали. Но, в отличие от статора, с обмотками из медной проволоки, обмотки ротора выполнены из литого алюминия или силумина, которые выполняют роль проводников.

Асинхронные электродвигатели

В предыдущих разделах мы разобрали, почему электродвигатели переменного тока называют также индукционными электродвигателями, или электродвигателями типа «беличье колесо». Далее объясним, почему их ещё называют асинхронными электродвигателями. В данном случае во внимание принимается соотношение между количеством полюсов и числом оборотов, сделанных ротором электродвигателя.

Частоту вращения магнитного поля принято считать синхронной частотой вращения (Ns). Синхронную частоту вращения можно рассчитать следующим образом: частота сети (F), умноженная на 120 и разделенная на число полюсов (P).

Если, например, частота сети 50 Гц, то синхронная частота вращения для 2-полюсного электродвигателя равна 3000 мин-1.

Синхронная частота вращения уменьшается с увеличением числа полюсов. В таблице, приведенной ниже, показана синхронная частота вращения для различного количества полюсов.

Скольжение

Теперь мы уже знаем, что электродвигатели переменного тока называют асинхронными, потому что движущееся поле ротора отстает от поля статора.

В электродвигателях переменного тока вращающий момент возникает в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем статора. Магнитное поле обмоток ротора будет стремиться к тому, чтобы приблизиться к магнитному полю статора, как это было описано раньше. Во время работы частота вращения ротора всегда ниже частоты вращения магнитного поля статора. Таким образом, магнитное поле ротора может пересекать магнитное поле статора и создавать вращающий момент. Эта разница в частоте вращения полей ротора и статора называется скольжением и измеряется в %. Скольжение необходимо для создания вращающего момента. Чем больше нагрузка, а, следовательно, и вращающий момент, тем больше скольжение.

Литература

GRUNDFOS – Электродвигатели
www.grundfos.com

Похожие статьи

Принцип работы двигателя переменного тока

Двигатели

переменного тока отличаются от двигателей постоянного или постоянного тока тем, что в них используется переменный ток, который меняет направление. Эти двигатели по-прежнему широко используются в современной жизни, и вы можете найти их в бытовой технике и гаджетах у себя дома. В этом блоге мы говорим о принципе работы двигателя переменного тока.

Что такое двигатель переменного тока?

Двигатель, который преобразует переменный ток в механическую энергию с помощью явления электромагнитной индукции, называется двигателем переменного тока .Статор и ротор — две наиболее важные части двигателей переменного тока. Статор — это неподвижная часть двигателя. А ротор — это вращающаяся часть мотора. Двигатель переменного тока может быть однофазным или трехфазным.

Принцип работы двигателя переменного тока

Основная работа двигателя переменного тока зависит от принципа магнетизма. Простой двигатель переменного тока содержит катушку с проводом и два фиксированных магнита, окружающих вал. Когда электрический заряд (переменный ток) применяется к катушке с проволокой, она становится электромагнитом.Этот электромагнит создает магнитное поле.

Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и некоторые другие свободно вращающиеся металлические части, которые могут проводить электричество. В двигателе переменного тока энергия подается на внешние катушки, составляющие статор. Катушки включаются попарно, последовательно, создавая магнитное поле, которое вращается вокруг двигателя снаружи.

Вы знаете, как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться?

Ротор подвешен внутри магнитного поля.Магнитное поле постоянно меняется из-за вращения, поэтому, согласно закону электромагнетизма, магнитное поле создает электрический ток внутри ротора.

Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него в виде петли. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него протекают вихревые токи. Индуцированный ток создает собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма, вращающееся магнитное поле также создается путем вращения.Проще говоря, когда магниты взаимодействуют, вал и катушка проводов начинают вращаться, что приводит в действие двигатель.

ДОЛЖЕН ПРОЧИТАТЬ ДОБАВЛЕНИЯ В БЛОГЕ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Разница между двигателем переменного и постоянного тока

Типы двигателей переменного тока

В основном электродвигатели переменного тока подразделяются на два типа. Это синхронный двигатель и асинхронный двигатель.

1. Синхронный двигатель переменного тока

Двигатель, который преобразует электрическую мощность переменного тока в механическую энергию и работает только с синхронной скоростью, называется синхронным двигателем.

Когда питание подается на синхронный двигатель, создается вращающееся поле. Это поле пытается увлечь за собой ротор, но из-за инерции ротора он не может вращаться. Следовательно, он не создает пусковой крутящий момент. Таким образом, синхронный двигатель не запускается автоматически.

2. Асинхронный или асинхронный двигатель переменного тока

Машина, которая преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую с помощью явления электромагнитной индукции, называемого асинхронным двигателем.Асинхронный двигатель делится на два типа

  • Однофазный асинхронный двигатель
  • Трехфазные асинхронные двигатели.

В индукционной машине обмотка якоря служит одновременно обмоткой якоря и обмоткой возбуждения. Когда обмотки статора подключаются к источнику переменного тока, в воздушном зазоре возникает магнитный поток. Поток вращается с фиксированной скоростью, называемой синхронной скоростью. Этот вращающийся поток индуцирует напряжения в обмотке статора и ротора.

Если цепь ротора замкнута, ток течет через обмотку ротора и реагирует с вращающимся потоком, создавая крутящий момент.В установившемся режиме ротор вращается со скоростью, очень близкой к синхронной.

Применение двигателя переменного тока

Двигатели переменного тока

можно найти во многих бытовых приборах и приложениях,

  • Часы
  • Электроинструменты
  • Накопители
  • Стиральные машины и другая бытовая техника
  • Проигрыватели виниловых пластинок
  • Вентиляторы
    Их также можно найти в промышленных приложениях,
  • Насосы
  • Воздуходувки
  • Конвейеры
  • Компрессоры

Надеюсь, эта статья поможет вам понять принцип работы двигателя переменного тока.

Мы в Robu.in надеемся, что вам было интересно, и что вы вернетесь к другим нашим образовательным блогам.

Принцип работы двигателя переменного тока с основами и конструкцией

Принцип работы двигателя переменного тока основан на простых принципах магнетизма. Но прежде чем подробно обсудить принцип работы двигателя переменного тока, давайте разберемся с основами. AC — это сокращение от Alternating Current . В то время как постоянный или постоянный ток остается постоянным во времени, переменный ток периодически меняет свое направление.

Разница между переменным и постоянным током:

Профиль постоянного напряжения показан на рисунке ниже. Посмотрите, как величина напряжения остается постоянной с течением времени. Генератор постоянного тока и двигатель постоянного тока требуют такого напряжения для работы.

Форма сигнала постоянного напряжения

Ниже приводится профиль напряжения переменного тока.

Один полный цикл питания переменного тока

  • При подаче сигнала переменного тока для двигателя переменного тока величина напряжения начинается с нуля, увеличивается до максимального значения, а затем начинает уменьшаться, пока снова не достигнет нуля.Он составляет полупериод и известен как положительный полупериод .
Положительный полупериод источника питания переменного тока

  • После завершения полупериода величина напряжения снова увеличивается, но уже в обратном направлении. Он следует той же схеме, что и положительный полупериод, и известен как отрицательный полупериод .

Отрицательный полупериод переменного тока

  • Комбинация положительных и отрицательных циклов составляет один полный цикл.
  • Время, необходимое для завершения этого цикла, известно как Период времени . Обратный период времени — , частота . Итак, для электрической системы с частотой 50 Гц этот один цикл завершается за 0,02 секунды.
  • Электродвигатели переменного тока
  • работают по принципу электромагнитной индукции . Он преобразует электрическую энергию (в форме переменного тока) в механическую энергию (вращение вала).
  • Принцип работы двигателя переменного тока подробно объясняется после базовой конструкции двигателя переменного тока.

Базовая конструкция двигателя переменного тока

Конструкция двигателя переменного тока

** Источник изображения

Итак, разобравшись с основами, давайте узнаем, как двигатель переменного тока выглядит изнутри.

  • Если упростить конструкцию двигателя переменного тока, он состоит из двух основных частей. Стационарная конструкция (он же статор) и вращающаяся часть (он же ротор).
  • Стационарная часть состоит из катушек, покрывающих всю ее внутреннюю периферию.При прохождении электрического тока через эти обмотки электромагниты возбуждаются, создавая полюса чередующейся полярности.
  • В двигателях переменного тока
  • в качестве ротора используется либо постоянный магнит , либо сердечник из тонкой многослойной стали . В последнем в качестве проводника используются токопроводящие шины вместо катушек с проволокой.
  • Вал удерживает вращающуюся часть двигателя. Подшипники между ними обеспечивают свободное движение ротора.
  • Наружная рама охватывает как неподвижную, так и вращающуюся часть.Он защищает двигатель от воды или любых других факторов окружающей среды.
Статор (справа) и ротор (слева) двигателя переменного тока

** Изображение предоставлено

Принцип работы двигателя переменного тока в деталях

Чтобы понять, как работает двигатель переменного тока, рассмотрим ротор с постоянными магнитами. Ротор свободно перемещается между двумя полюсами электромагнитного статора (полюс A и B) с небольшим воздушным зазором между ними. Электромагниты подключаются напрямую к источнику переменного тока.
При подаче питания переменного тока на электромагниты подается напряжение и формируются магнитные полюса.

Упрощенная конструкция, поясняющая принцип работы электродвигателя переменного тока

Дело 1:

Во время положительного полупериода подачи переменного тока пусть полюс A достигает полярности северного полюса, а полюс B достигает полярности южного полюса. Теперь по закону магнетизма противоположные полюса будут притягиваться друг к другу. Итак, полюс А притягивает южный полюс ротора. И ротор выравнивается в положении, как показано на рисунке.

Ориентация ротора во время положительного полупериода

Дело 2:

Во время отрицательного полупериода полярность источника переменного тока меняется на противоположную, и, следовательно, полярность полюсов также меняется.Итак, теперь полюс A достигает полярности южного полюса, а полюс B — полярности северного полюса.
В этой ситуации одноименные полюса обращены друг к другу. Таким образом, отталкивающая магнитная сила будет пытаться отклонить ротор из этого положения. Когда ротор отклоняется, в картину вступает сила притяжения. Таким образом, теперь полюс А притягивает северный полюс ротора. Ротор выравнивается в новом положении, как показано на рисунке.

Ориентация ротора во время отрицательного полупериода

Вращающееся магнитное поле в двигателе переменного тока

Ротор повернулся на угол 180 градусов.Ротор снова поворачивается на 180 градусов в предстоящем положительном полупериоде и так далее. Этот оборот ротора продолжается до тех пор, пока на обмотку статора подается питание.

Вращающееся магнитное поле статора с питанием переменного тока

Если мы наблюдаем, магнитное поле статора постоянно изменяется. В каждом цикле подачи переменного тока магнитное поле кажется вращающимся внутри периферии статора. Технически это называется вращающимся магнитным полем.

Что такое RPM (число оборотов в минуту)?

Оборот ротора на 180 градусов за один цикл переменного тока

Для любой вращающейся машины число оборотов в минуту означает скорость вращения ротора.Это количество оборотов ротора за одну минуту. На приведенном выше рисунке показано, что ротор вращается на 180 градусов за один цикл переменного тока. Таким образом, для системы с частотой 50 Гц ротор совершает один оборот за 0,02 секунды. Верный? Итак, за одну секунду этот ротор сделает 50 оборотов. Следовательно, за одну минуту ротор успешно совершит 3000 оборотов внутри периферии статора. Очень быстро, правда? Итак, в нашем обсуждаемом примере скорость ротора составляет 3000 об / мин.

Заключение

Вышеупомянутая теория была просто примером, объясняющим, как работает двигатель переменного тока.В электрических системах двигатели переменного тока обычно имеют более двух электромагнитных полюсов для лучшего распределения магнитного потока. Не все двигатели переменного тока используют постоянный магнит. В зависимости от области применения требуются разные типы роторов. Но основной принцип работы двигателя переменного тока всегда остается неизменным. то есть заставляя ротор вращаться в соответствии с вращающимся магнитным полем статора.

Типы двигателей переменного тока — принцип работы, конструкция и классификация

Электродвигатели играют важную роль в различных отраслях промышленности, а также находят широкое применение в нескольких коммерческих и бытовых областях.На рынке доступно множество разновидностей электродвигателей, каждый из которых отличается по режиму работы, напряжению и вариантам использования.

В общем, каждый двигатель состоит из двух важнейших компонентов — обмотки якоря и обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения отвечает за создание фиксированного магнитного поля, тогда как обмотка якоря имеет вид проводника и расположена внутри магнитного поля. Из-за магнитного поля обмотка якоря использует энергию и создает крутящий момент, заставляющий вал двигателя вращаться.

Различные типы электродвигателей подразделяются на три основных сегмента — электродвигатели постоянного тока, электродвигатели переменного тока и электродвигатели для конкретных целей.

(изображение будет скоро загружено)

Принцип работы двигателя переменного тока

Электродвигатели используют ток, протекающий через электромагниты, для преобразования электрической энергии во вращательную механическую энергию. Электромагниты находятся внутри вложенных колец, а полярности магнитов в кольцах чередуются. Магниты ротора движутся, а магниты статора неподвижны.Полярность электромагнитов север-юг постоянно меняется.

Двигатель переменного тока имеет обмотки статора, к которым подается переменный ток для создания вращающегося магнитного поля. Из-за вращения магнитного поля двигатель переменного тока не требует каких-либо механических средств или мощности для подачи на ротор. Ротор вращается под действием магнитного поля и создает крутящий момент на приводном валу двигателя. Статор имеет фиксированное количество магнитных полюсов, которые определяют скорость вращения, известную как синхронная скорость.Однако асинхронные двигатели переменного тока работают со скольжением или запаздыванием, чтобы позволить току ротора течь.

Конструкция двигателя переменного тока:

(изображения будут загружены в ближайшее время)

Классификация двигателей переменного тока

Итак, сколько типов классификаций двигателей существует? Различные типы двигателей переменного тока различаются по следующим четырем критериям:

1. Принцип работы

  1. Синхронные двигатели: Синхронные двигатели в основном работают от трехфазного источника питания.В таких двигателях статор вращается со стабильной скоростью, определяемой частотой переменного тока, и отвечает за генерацию тока возбуждения. Ротор подключен к нагрузке и вращается с той же скоростью, что и ток статора. Таким образом, нет воздушного зазора или скольжения между ротором и скоростью тока статора. В зависимости от намагничивания ротора синхронные двигатели бывают двух типов:

  • без возбуждения и

  • с возбуждением от постоянного тока

(изображение будет скоро загружено)

  1. Асинхронные двигатели : Асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели, имеют асинхронную скорость, которая скользит относительно тока статора.Такие двигатели используют электромагнитную индукцию для переключения с электрической энергии на механическую. По конструкции ротора асинхронные двигатели бывают следующих типов:

  • Беличья клетка и

  • Контактное кольцо

(изображение будет скоро загружено)

  1. Другой тип Асинхронный двигатель — это коллекторный двигатель, который имеет следующие модели:

2. Тип тока

В зависимости от фазы подачи тока двигатели переменного тока бывают следующих типов:

  • Однофазные и

  • Трехфазный

3.Скорость работы

В этой классификации двигатели переменного тока делятся на три типа:

  • Переменная скорость

  • Постоянная скорость

  • Регулируемая скорость

4. Конструктивные особенности

На основе конструктивных особенностей, переменный ток двигатели делятся на следующие категории:

  • Открытые

  • Полузакрытые

  • Закрытые

  • Вентилируемые

  • Трубные вентилируемые

  • 9223 Рама с заклепками 52 двигателя переменного тока

    • Синхронные двигатели идеально подходят для таких процессов автоматизации, как робототехника и устройства позиционирования, требующие высокой точности.

    • Асинхронные или асинхронные двигатели в основном используются для перекачки воды в верхние резервуары, питательные насосы котлов на электростанциях и компрессоры.

    • Однофазные двигатели подходят для применений, требующих малой мощности, например, бытовой техники (включая миксеры-измельчители, потолочные вентиляторы, переносные электроинструменты и т. Д.). Трехфазные двигатели питания удовлетворяют требованиям высокой мощности, таким как гидравлические насосы, силовые приводы компрессоров, ирригационные насосы, компрессоры кондиционеров и т. Д.

    • Двигатели с регулируемой и регулируемой скоростью используются в насосах охлаждения забортной воды и грузовых насосах на судах.

    Типы электродвигателей переменного тока [Конструкция, принцип работы деталей] Подробнее

    В этом посте вы узнаете, что такое электродвигатели переменного тока Типы электродвигателей переменного тока и , принцип работы , конструкция , приложения , преимущества и недостатки .

    Двигатели переменного тока и их типы

    Двигатель, который преобразует переменный ток в механическую энергию, известен нам воздухом А.C. мотор. Асинхронные двигатели — это двигатели переменного тока.

    Автор Egzon123 — Собственная работа, CC BY-SA 3.0, https: //commons.wikimedia.org6

    Принцип работы асинхронных двигателей

    Асинхронный двигатель работает по принципу: когда замкнутый проводник помещается в магнитное поле, он производит моментный или асинхронный двигатель работает на комбинированном эффекте электромагнитной индукции и принципа двигателя.

    Читайте также: Что такое подшипник? и различные типы подшипников и как они работают?

    Конструкция асинхронных двигателей

    Трехфазный асинхронный двигатель в основном состоит из двух частей:

    1. Статор
    2. Ротор

    Статор является статической частью, а ротор — вращающейся частью, обе разделены небольшим воздухом. разрыв, который варьируется от 0.4 мм — 4 мм в зависимости от мощности двигателя.

    1. Статор

    На рисунке показан статор асинхронного двигателя. Он состоит из стальной рамы, которая закрывает полый цилиндрический конус, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь. На внутренней периферии сердечника вырезано большое количество одинаковых пазов.

    В эти пазы помещаются проводники статора, которые изолированы друг от друга, а также от пазов.Проводники подключаются по схеме сбалансированной обмотки звезды или треугольника. Обмотки намотаны на определенное количество. полюсов, в зависимости от требований скорости.

    Если требуется высокая скорость, обмотка наматывается за меньшее количество. полюсов и наоборот. Связи между скоростью и нет. Число полюсов определяется выражением,

    Ns = 120f / P

    где,

    • Ns = синхронная скорость в об / мин
    • f = частота питания
    • P = количество полюсов.

    Читайте также: Индукторы: типы, характеристики, работа и применение индукторов

    2.Ротор

    Ротор установлен на валу двигателя, к которому может быть подключена любая механическая нагрузка. Существует 2 типа роторов, таких как:

    • Ротор с короткозамкнутым ротором
    • Ротор с фазовой обмоткой

    Таким образом, если двигатель содержит ротор с короткозамкнутым ротором, то он называется асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, а если он содержит ротор с фазовой обмоткой , то он называется асинхронным двигателем с фазной обмоткой.

    1. Ротор с короткозамкнутым ротором

    На рисунке показан ротор с короткозамкнутым ротором, который состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями для несения проводников ротора.Проводами ротора служат тяжелые медные или алюминиевые шины. В каждый слот помещается одна полоска.

    Все шины припаяны или приварены с обоих концов к двум медным концевым кольцам, таким образом закорачивая их с обоих концов. Поскольку стержни ротора закорочены, невозможно добавить внешнее сопротивление последовательно с цепью ротора во время запуска.

    Прорези слегка перекошены, потому что это снижает шум из-за магнитного шума и обеспечивает плавную работу ротора, а также снижает тенденцию к блокировке между ротором и статором.

    2. Ротор с фазовой обмоткой

    На рисунке показан асинхронный двигатель с фазной обмоткой и положение соединений ротора. Ротор многослойный. Цилиндрический сердечник содержит одинаковые пазы, в этих пазах размещается трехфазная обмотка, соединенная звездой.

    Открытые концы звездообразной обмотки соединены с 3 изолированными контактными кольцами, установленными на валу двигателя, с присоединенными к ним угольными щетками. Три щетки подключены к трехфазному реостату, соединенному звездой, который используется в качестве пускового устройства во время пускового периода.Контактные кольца замыкаются накоротко с помощью металлической манжеты во время работы.

    Читайте также: Электрическая цепь: Типы цепей, закон Кирхгофа и его классификация

    Типы двигателей переменного тока

    Ниже приведены различные типы двигателей переменного тока :

    1. Асинхронные двигатели
    2. Синхронные двигатели
    3. Однофазные двигатели
    4. Трехфазные двигатели
    5. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
    6. Двигатель с фазной обмоткой или электродвигатель с фазной обмоткой или электродвигатель с контактным кольцом

    1.Асинхронные двигатели

    Асинхронный двигатель (также известный как асинхронный двигатель) обычно используется как электродвигатель переменного тока. В этом двигателе электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, достигается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора. Ротор асинхронного двигателя в основном представляет собой ротор с короткозамкнутым ротором или ротор с намоткой.

    Принцип работы

    В двигателе постоянного тока электрическое питание подается как на статор, так и на ротор через щеточную систему.В асинхронном двигателе мы подаем только один на статор. Когда мы подаем питание на обмотку статора, в статоре создается магнитный поток из-за тока, протекающего в катушке.

    Обмотка ротора сконструирована таким образом, что каждая катушка закорачивается. Магнитный поток от статора разрезает катушку с короткой циркуляцией в роторе. Поскольку катушки ротора закорочены, ток начнет течь через катушку ротора. Это называется законом электромагнитной индукции Фарадея.

    Когда ток течет через катушку ротора, в роторе генерируется другой магнитный поток. Теперь в статоре и роторе есть два потока. Поток ротора будет отставать от потока статора. Благодаря этому ротор получит крутящий момент, который заставит ротор вращаться в направлении вращающегося магнитного поля.

    2. Синхронные двигатели

    Синхронный двигатель утверждает, что «двигатель переменного тока, в котором он находится в установившемся состоянии, вращение вала синхронизируется с частотой приложенного тока».Он работает как двигатель переменного тока, но здесь общее количество оборотов, образованных валом, равно целочисленному множителю частоты приложенного тока.

    Работа синхронного двигателя не зависит от индукционного тока. В этих типах двигателей, в отличие от асинхронных двигателей, на статоре установлены многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле.

    Здесь ротор представляет собой постоянный магнит, который синхронизирован с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой приложенного к нему тока.

    Принцип работы

    Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора. Статор имеет 3-х фазные обмотки и питается 3-х фазным питанием.

    Следовательно, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле. Ротор питается от постоянного тока. Ротор попадает во вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, и вращается синхронно.

    Теперь скорость двигателя зависит от частоты тока питания.Скорость синхронного двигателя регулируется частотой приложенного тока. Скорость синхронного двигателя рассчитывается по формуле

    Ns = 60f / P = 120f / p

    , где

    • f = частота переменного тока (Гц)
    • p = общее количество количество полюсов на фазу
    • P = общее количество пар полюсов на фазу

    Если приложена нагрузка, превышающая пробивную нагрузку, то двигатель становится десинхронизированным. Преимущество трехфазной обмотки статора заключается в определении направления обмотки.

    В случае однофазной обмотки невозможно получить направление вращения, и двигатель может запускаться в любом направлении. Эти синхронные двигатели требуют первоначального устройства для управления направлением вращения.

    3. Однофазные двигатели

    Однофазный асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, который преобразует электрическую энергию в механическую для выполнения некоторой физической работы. Однофазному асинхронному двигателю для работы требуется только одна фаза питания.Эти типы двигателей переменного тока обычно используются в системах с низким энергопотреблением в бытовых и промышленных целях.

    Принцип работы

    В этих типах двигателей переменного тока однофазное питание переменного тока подается на обмотку статора. Это вызывает магнитное поле, которое пульсирует синусоидальным образом.

    Через некоторое время полярность поля меняется на противоположную, и переменный ток может не обеспечивать двигатель необходимой обмоткой. Но если двигатель приводится в действие внешними средствами, двигатель будет вращаться с ограниченной скоростью.

    4. Трехфазные двигатели

    Трехфазный двигатель — это электрическая машина, которая посредством электромагнитных взаимодействий преобразует электрическую энергию в механическую. В случае работы трехфазного переменного тока (переменного тока) наиболее часто используемым двигателем является трехфазный асинхронный двигатель, поскольку эти типы двигателей переменного тока не требуют дополнительных пусковых устройств.

    Эти типы двигателей называются асинхронными двигателями с самозапуском. Трехфазный асинхронный двигатель состоит из статора и ротора.

    Принцип работы

    Когда эти типы двигателей переменного тока заряжаются от трехфазного источника питания, обмотка статора создает постоянное магнитное поле со 120 смещениями постоянной величины, которое вращается с синхронной скоростью.

    Согласно теории электромагнитного поля Фарадея, переменное магнитное поле разрезает проводники ротора и генерирует в них ток. Поскольку эти проводники ротора укорачиваются, через эти проводники начинает течь ток.

    При наличии магнитного поля статора размещаются проводники ротора.Следовательно, согласно теории сил Лоренца, на проводник ротора действует механическая сила. Таким образом, все проводники ротора проявляют силу, то есть сумма механических сил создает крутящий момент в роторе, который перемещает его в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.

    Вращение этого проводника ротора также можно объяснить законом Ленца, который гласит, что токи, индуцируемые в роторе, противодействуют причине его образования, здесь это сопротивление вращает магнитное поле.

    В результате ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле статора.Если скорость ротора больше скорости статора, то в роторе не будет генерироваться ток, поскольку причиной вращения ротора является относительное движение ротора и магнитное поле статора.

    Разница между полями статора и ротора называется скольжением. Трехфазный двигатель называется асинхронной машиной из-за этой относительной разницы скоростей между статором и ротором.

    5. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

    Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это трехфазный асинхронный двигатель, работающий по закону электромагнетизма.Это называется «двигателем с короткозамкнутым ротором», потому что ротор внутри него известен как ротор с короткозамкнутым ротором »- потому что он выглядит как беличья клетка.

    Этот ротор представляет собой цилиндр из стальной детали, поверхность которого состоит из металла с высокой проводимостью (обычно алюминия или меди). Когда переменный ток проходит через обмотки статора, создается вращающееся магнитное поле.

    Создает ток в обмотке ротора, который создает собственное магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей, создаваемых обмоткой статора и ротора, создает крутящий момент на роторе с короткозамкнутым ротором.

    Основным преимуществом двигателя с короткозамкнутым ротором является то, насколько эффективно вы можете изменять его характеристики скорости-момента. Этого можно добиться, отрегулировав размер стержней в роторе. Эти типы двигателей используются в различных отраслях промышленности, поскольку они надежны, самозапускаются и легко адаптируются.

    Принцип работы

    Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, она создает вращающееся магнитное поле в пространстве. Это вращающееся магнитное поле имеет скорость, известную как синхронная скорость.

    Это вращающееся магнитное поле статора индуцирует напряжения в стержнях ротора, и поэтому в стержнях ротора начинают течь токи короткого замыкания. Эти токи ротора создают собственное магнитное поле, которое объединяется с полем статора. Теперь поле ротора будет пытаться противостоять своей причине, и поэтому ротор начинает следовать за вращающимся магнитным полем.

    В момент, когда ротор захватывает вращающееся магнитное поле, ток ротора падает до нуля, потому что нет большего относительного движения между вращающимся магнитным полем и ротором.Следовательно, в это время ротор испытывает нулевую касательную силу, поэтому ротор моментально распадается.

    После разрушения ротора относительное движение между ротором и вращающимся магнитным полем восстанавливается, следовательно, ток ротора повторно индуцируется.

    Итак, тангенциальная сила снова восстанавливается для вращения ротора, и снова ротор начинает вращать магнитное поле, и, как таковой, ротор сохраняет постоянную скорость, которая меньше скорости вращающегося магнитного поля или синхронной скорости. скорость.

    6. Двигатель с фазной обмоткой или электродвигатель с контактным кольцом

    Асинхронные двигатели уже много лет управляют промышленным миром. В асинхронных двигателях, используемых в лифтах и ​​подъемниках, вы можете увидеть тип ротора, называемый ротором с контактным кольцом, в то время как в большинстве других приложений вы можете увидеть простой ротор с короткозамкнутым ротором.

    Обычный асинхронный двигатель или двигатель с короткозамкнутым ротором генерирует очень низкий пусковой момент, и для некоторых приложений этот низкий пусковой момент вызовет серьезные проблемы.Именно в этих условиях используются асинхронные двигатели с контактным кольцом, поскольку они обеспечивают высокий пусковой момент.

    Преимущества электродвигателей переменного тока

    Ниже приведены преимущества электродвигателей переменного тока:

    1. Он может быть доступен по низкой цене.
    2. Имеет вариации скорости.
    3. Низкие эксплуатационные расходы.
    4. Двигатель переменного тока имеет высокий коэффициент мощности.
    5. Имеет надежную работу.
    6. Простой дизайн.

    Недостатки электродвигателей переменного тока

    Ниже приведены недостатки электродвигателей переменного тока:

    1. Он создает вихревые токи из-за образования обратной ЭДС.
    2. Отказ от работы на малой скорости.
    3. Плохой контроль позиционирования.

    Применение электродвигателей переменного тока

    Ниже приведены области применения электродвигателей переменного тока:

    1. Двигатели с короткозамкнутым ротором
      1. Они используются в промышленных приводах водяных насосов, трубчатых колодцев, токарных станков, дрелей и т.д. Применяется для приводов кранов, пробивных прессов, токарных станков, дрелей и т. д.
    2. Двигатели с фазной обмоткой
      1. Используются там, где требуется высокий пусковой момент.
      2. Применяются для приводов линейных валов, лифтов, насосов, станов и т. Д.
    3. Синхронные двигатели используются в компрессорах, бумажных фабриках, сталепрокатной промышленности.
    4. Однофазные двигатели используются в бытовых электроприборах, таких как стиральные машины, холодильники, измельчители, воздуходувки и т. Д.

    Загрузите эту статью в формате PDF


    Спасибо за прочтение. Если вам понравилась наша статья « типов асинхронных двигателей », поделитесь с друзьями.Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу « типов асинхронных двигателей », вы можете задать их в комментариях.

    Читать дальше:

    Что такое двигатель переменного тока? Определение и типы

    Определение: Двигатель, преобразующий переменный ток в механическую энергию с помощью явления электромагнитной индукции, называется двигателем переменного тока. Этот двигатель приводится в действие переменным током. Статор и ротор — две наиболее важные части двигателей переменного тока. Статор — это неподвижная часть двигателя, а ротор — это вращающаяся часть двигателя.Двигатель переменного тока может быть однофазным или трехфазным.

    Трехфазные двигатели переменного тока в основном применяются в промышленности для массового преобразования энергии из электрической в ​​механическую. Для преобразования малой мощности в основном используются однофазные двигатели переменного тока. Однофазные двигатели переменного тока почти малы по размеру и обеспечивают широкий спектр услуг в доме, офисе, на предприятиях, на фабриках и т. Д. Почти все бытовые приборы такие как холодильники, вентиляторы, стиральная машина, фены, миксеры и т. д.используйте однофазный двигатель переменного тока.

    Электродвигатели переменного тока в основном подразделяются на два типа. Это синхронный двигатель и асинхронный двигатель.

    Синхронный двигатель

    Двигатель, который преобразует электрическую мощность переменного тока в механическую энергию и работает только с синхронной скоростью, известен как синхронный двигатель.

    Принцип работы синхронного двигателя

    Когда питание подается на синхронный двигатель, создается вращающееся поле. Это поле пытается увлечь за собой ротор, но не может этого сделать из-за инерции ротора.Следовательно, пусковой крутящий момент не создается. Таким образом, синхронный двигатель по своей сути не запускается автоматически.

    Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель

    Машина, которая преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую с помощью явления электромагнитной индукции, называемого асинхронным двигателем. Асинхронный двигатель в основном подразделяется на два типа: однофазный асинхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель.

    Принцип работы асинхронного двигателя

    В индукционной машине обмотка якоря служит одновременно обмоткой якоря и обмоткой возбуждения.Когда обмотки статора подключены к питающему переменному току, в воздушном зазоре создается поток. Поток вращается с фиксированной скоростью, называемой синхронной скоростью. Этот вращающийся поток индуцирует напряжения в статоре и обмотке ротора. Если цепь ротора замкнута, ток течет через обмотку ротора и вступает в реакцию с вращающимся потоком, создавая крутящий момент. В установившемся режиме ротор вращается со скоростью, очень близкой к синхронной.

    Как работают электродвигатели переменного тока?

    Двигатели переменного тока — это электродвигатели, приводимые в действие переменным током (AC).Двигатели переменного тока широко используются в промышленности, в первую очередь из-за их высокого КПД и их способности создавать постоянный крутящий момент до номинальной скорости.

    Типы двигателей переменного тока

    Два наиболее широко используемых типа двигателей переменного тока — это асинхронные двигатели и синхронные двигатели.

    Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока повышенной эффективности IronHorse®

    Как работают электродвигатели переменного тока

    Двумя основными частями двигателя переменного тока являются статор (неподвижный внешний барабан) и ротор; вращающаяся внутренняя часть двигателя, которая прикреплена к валу двигателя (и приводит в движение).И статор, и ротор создают вращающиеся магнитные поля. В обмотках статора это вращающееся поле обеспечивается синусоидальной природой переменного тока. В роторе магнитное поле создается постоянными магнитами, реактивным сопротивлением или дополнительными электрическими обмотками.

    Синхронные двигатели работают синхронно с частотой питающего тока, поскольку их роторы имеют либо постоянные магниты, либо электромагниты, генерирующие вращающееся электромагнитное поле.

    В асинхронном двигателе магнитное поле в обмотках ротора «индуцируется» магнитным полем статора. Чтобы эта индукция создавала крутящий момент, скорость поля ротора должна отставать от поля магнитного поля статора. Этот дифференциал скоростей известен как «скольжение» и является причиной того, что асинхронные двигатели будут иметь номинальное число оборотов, указанное на паспортной табличке, примерно на 5% меньше, чем их синхронная скорость. Например, модель Ironhorse MTRP-001-3DB18 (1 л.с., трехфазный, четырехполюсный, асинхронный двигатель переменного тока) имеет номинальную синхронную скорость 1800 об / мин (при условии мощности 60 Гц), но номинальная частота вращения на паспортной табличке составляет 1760.Этот вал двигателя будет вращаться со скоростью 1760 об / мин при питании «поперек линии» с трехфазным питанием 60 Гц по стандарту США.

    Отличия от двигателей постоянного тока

    Промышленные двигатели постоянного тока исторически были щеточными. Двигатели постоянного тока со щетками и коммутаторами имеют ряд недостатков по сравнению с двигателями переменного тока: дополнительное обслуживание (замена щеток), ограниченные диапазоны скоростей и общий ожидаемый срок службы меньше. Асинхронные двигатели переменного тока не имеют щеток и имеют гораздо более длительный срок службы.

    Скорость двигателя постоянного тока регулируется путем изменения тока якоря, в то время как управление скоростью двигателя переменного тока достигается путем изменения частоты переменного тока, часто с помощью частотно-регулируемого привода (VFD).

    Бесщеточные двигатели постоянного тока

    стали доступны в течение последних нескольких десятилетий, в первую очередь в результате появления полупроводниковых схем управления, необходимых для их работы, а также наличия высококачественных постоянных магнитов. Бесщеточные двигатели постоянного тока не требуют щеток или физического коммутатора и, следовательно, имеют увеличенный срок службы.Они также преодолевают ограничения скорости щеточных версий.

    Управление двигателем переменного тока

    Когда требуется простое включение / выключение, часто используются контакторы или ручные пускатели двигателей. Контакторы (большие трехфазные реле) позволяют ПЛК или другому контроллеру переключать питание на двигатель переменного тока. Реверсивные пускатели двигателей представляют собой специализированные версии с двумя контакторами, подключенными таким образом, что они также позволяют изменять направление вращения вала двигателя. Ручные пускатели двигателей включают ручку с ручным управлением, которая позволяет оператору переключать мощность.Все эти типы известны как «поперечное» управление — двигатель подключается непосредственно к «линии» входящего питания (через контактор или пускатель двигателя).

    Устройства плавного пуска

    Устройства плавного пуска

    — это более сложные средства управления двигателем, которые позволяют использовать линейные изменения ускорения и замедления для более плавной остановки и запуска двигателей, чем это возможно при поперечном управлении. В устройствах плавного пуска обычно используются кремниевые управляющие выпрямители (управление тиристором) для постепенного увеличения или уменьшения угла зажигания для медленного увеличения или уменьшения количества используемой энергии и обеспечения более плавного пуска или замедления по сравнению с пускателем двигателя, подключенным к сети. .Устройства плавного пуска снижают износ двигателя и любых подключенных механических устройств, а также значительно снижают пусковой ток, необходимый для запуска двигателя. Для больших двигателей это может иметь серьезные последствия для снижения затрат на коммунальные услуги.

    Регулятор скорости (ЧРП)

    Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока иногда получают питание от частотно-регулируемых приводов (ЧРП), которые, как следует из их названия, изменяют частоту питания двигателя для изменения скорости двигателя.Эти устройства принимают стандартную входную мощность 60 Гц (одно- или трехфазную), преобразуют ее в постоянный ток, а затем используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для создания моделируемой мощности переменного тока любой частоты, необходимой для вращения двигателя с заданной скоростью. Подробнее о ЧРП здесь.

    Однофазный режим

    Также доступны однофазные асинхронные двигатели переменного тока. Эти двигатели требуют специальной схемы для запуска (пусковые конденсаторы и центробежные переключатели), но работают так же, как их трехфазные аналоги, когда они вращаются.Однофазные асинхронные двигатели переменного тока несовместимы с частотно-регулируемыми приводами и могут привести к более высоким расходам на коммунальные услуги из-за своей несбалансированной нагрузки в электросети.

    Как указать двигатели переменного тока

    Если вы указываете двигатель для нового приложения, начните с определения необходимого напряжения, скорости и мощности, а также типа приложения, как описано в этой статье.

    Если вы заменяете двигатель подходящего размера в существующем приложении, вы можете найти всю необходимую информацию на паспортной табличке существующего двигателя.См. Этот информационный документ «Важные соображения по замене и определению размеров электродвигателей переменного тока», чтобы узнать, как определить, нужно ли перематывать или заменять электродвигатель, и как найти электродвигатель подходящего размера для вашего приложения.

    Помимо стандартных спецификаций для скорости двигателя, мощности и рабочего напряжения, проектировщики должны также учитывать конструкцию NEMA (соотношение скорость-крутящий момент-проскальзывание), тип корпуса и условия охлаждения (если таковые имеются), размер корпуса и варианты монтажа. Вот несколько рекомендаций:

    Классификация проектов NEMA

    Существует четыре различных проектных классификации NEMA по скорости, крутящему моменту и скольжению, которые помогают определить пригодность для различных приложений:

    • NEMA, конструкция A; подходит для широкого спектра применений, таких как вентиляторы и насосы.Двигатели имеют максимальное скольжение 5%, пусковой ток от высокого до среднего, нормальный момент заторможенного ротора и нормальный момент пробоя.
    • NEMA дизайн B; предназначен для широкого спектра применений с нормальным пусковым моментом (вентиляторы, нагнетатели и насосы). Двигатели имеют максимальное скольжение 5%, низкий пусковой ток, высокий крутящий момент заблокированного ротора и нормальный момент пробоя.
    • NEMA, дизайн C; предназначен для оборудования с высокоинерционным пуском — например, поршневых насосов прямого вытеснения. Двигатели имеют максимальное скольжение 5%, низкий пусковой ток, высокий крутящий момент заблокированного ротора и нормальный момент пробоя.
    • NEMA дизайн D; предназначен для оборудования с очень большим моментом инерции пусков (краны, подъемники и т. д.). Двигатели имеют максимальное скольжение 5-13%, низкий пусковой ток и очень высокий крутящий момент заблокированного ротора.
    Тип корпуса и охлаждение

    Распространенные типы корпусов включают защиту от капель (DP), полностью закрытые с вентиляторным охлаждением (TEFC) и полностью закрытые без вентиляции (TENV).

    • Каплестойкие двигатели — это двигатели с открытой рамой, предназначенные для внутреннего применения в чистой окружающей среде.Вентиляционные отверстия предназначены для предотвращения попадания падающих твердых частиц и жидкостей.
    • Двигатели
    • TEFC имеют вентилятор, прикрепленный к задней части вала двигателя, чтобы помочь охладить двигатель. Несмотря на то, что в корпусе двигателя нет вентиляционных отверстий, корпус не герметичен для воздуха или жидкости. Хотя двигатель TEFC может работать при более высокой температуре окружающей среды, будьте осторожны на низких скоростях (под управлением VFD), поскольку охлаждающий вентилятор прикреплен к валу двигателя, и ему может потребоваться определенная минимальная скорость для эффективного охлаждения двигателя.
    • Двигатели
    • TENV также не имеют вентиляции, но корпус не герметичен для воздуха или жидкости.

    Дополнительные классификации включают двигатели, рассчитанные на промывку (TEWD), взрывозащищенные двигатели (XPRF) и двигатели, предназначенные для использования во взрывоопасных зонах (HAZ).

    Размер рамы и установка

    Большинство двигателей переменного тока сегодня построено для определенных размеров NEMA. В небольших диапазонах мощности многие двигатели доступны в размере корпуса «NEMA 56C». «56» относится к размерам корпуса двигателя. «C» обозначает двигатель, устанавливаемый на поверхность «C» (фланец).Это самый популярный тип двигателя с торцевым креплением, который имеет особую схему расположения болтов на конце вала, позволяющую производить монтаж. Важнейшими размерами двигателей с C-образной гранью являются окружность болта, диаметр приводного устройства и размер вала. Двигатели с фланцем C всегда имеют резьбовые монтажные отверстия на лицевой стороне двигателя. Многие двигатели предлагаются как с вариантами монтажа C-Face, так и с жесткой или съемной монтажной базой. По мере увеличения мощности используется ряд различных обозначений Т-образной рамы для обозначения стандартных размеров NEMA.

    Для VFD или нет для VFD

    Если вы планируете использовать асинхронный двигатель переменного тока с частотно-регулируемым приводом (VFD) — существует ряд дополнительных соображений, ознакомьтесь с нашей статьей «В VFD или нет в VFD».

    Для получения дополнительной информации о спецификациях и размерах двигателей всех типов щелкните здесь.

    Общие принципы работы (двигатели и приводы)

    Введение

    Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, вероятно, является сегодня наиболее широко используемым двигателем в промышленности.Традиционные применения асинхронных двигателей переменного тока включают вентиляторы и насосы. Асинхронный двигатель переменного тока получил широкое распространение во многих отраслях промышленности с высокими требованиями по сравнению с двигателем постоянного тока, поскольку требуется меньшее техническое обслуживание. Двигатели переменного тока довольно часто встречаются в таких приложениях, как компрессоры, станки, конвейеры, смесители
    , дробилки, лыжные подъемники и экструдеры. Благодаря своей эффективной работе и характеристикам энергосбережения, асинхронный двигатель переменного тока приобретет все большее значение в течение следующих нескольких десятилетий.
    Основные принципы работы двигателя любого производителя по сути одинаковы. Конкретные конструкции могут отличаться, например, воздушный зазор между вращающимися частями, прочность изоляции напряжения и устойчивость к скачкам высокого напряжения. Однако основные части асинхронного двигателя одинаковы.
    Здесь следует отметить, что в мире двигателей переменного тока существует два основных языка: NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) в Северной Америке и IEC (Международная электротехническая комиссия) в большей части остального мира.До недавнего времени не было необходимости осознавать различия, как тонкие, так и очевидные. Однако все меняется по мере того, как автомобильный рынок становится более глобальным. Эта тенденция получила дополнительный импульс в 1992 году, когда экономики стран Европейского общего рынка стали единым целым.
    Далее в этом разделе будут рассмотрены характеристики двигателей NEMA и IEC. Все больше компаний отправляют свою электрическую продукцию за границу, и наоборот. В недалеком будущем будет сложно не соприкасаться с двигателем с рейтингом IEC.Поэтому обзор сравнений будет полезен. Кроме того, поскольку в промышленности широко используются трехфазные асинхронные двигатели, основное внимание в этом разделе будет уделено именно этому типу двигателей. Однако мы также рассмотрим несколько других распространенных типов трехфазных двигателей.
    Все двигатели переменного тока можно разделить на однофазные и многофазные (поли означает многофазные или трехфазные). Поскольку в промышленности чаще всего используются многофазные двигатели, мы более подробно рассмотрим конструкцию этих устройств.Имейте в виду, что также используются однофазные двигатели переменного тока для таких приложений, как небольшие бытовые приборы, бытовые вентиляторы, печи и многие другие приложения с низкой мощностью.
    Однако для промышленного применения в основном используются трехфазные асинхронные двигатели. Основное преимущество использования трехфазных двигателей — экономичность. Трехфазные двигатели намного проще по конструкции, чем другие типы, и требуют меньшего обслуживания. Более мощный двигатель может быть встроен в корпус меньшего размера по сравнению с однофазным двигателем.Трехфазный двигатель будет работать с более высоким КПД по сравнению с однофазным двигателем.
    Существует несколько типов многофазных двигателей: асинхронные, с фазным ротором и синхронные. Наиболее распространенным типом двигателей этой группы является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Этот тип двигателя будет основой для понимания общих принципов работы двигателя переменного тока.


    Асинхронный двигатель переменного тока

    Основными частями асинхронного двигателя переменного тока являются ротор (вращающийся элемент) и статор (неподвижный элемент, который генерирует магнитный поток).Конструкция ротора
    выглядит как беличья клетка, отсюда и традиционное название: асинхронный двигатель с беличьей клеткой. Рисунок 3-23 показывает конструкцию ротора.

    Рисунок 3-23. Ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
    Двигатель с короткозамкнутым ротором является самым простым в изготовлении и наиболее легким в обслуживании. Работа двигателя с короткозамкнутым ротором проста. Трехфазный ток создает в статоре вращающееся магнитное поле. Это вращающееся магнитное поле вызывает также создание магнитного поля в роторе.Притяжение и отталкивание между этими двумя магнитными полями заставляет ротор вращаться. Эту концепцию можно увидеть на рисунках 3-24 и 3-25

    Рисунок 3-24. Ротор и статор
    Двигатель с короткозамкнутым ротором — это двигатель постоянной скорости с нормальным или высоким пусковым моментом. Эти характеристики соответствуют требованиям большинства промышленных приложений.
    Концепция вращающегося магнитного поля показана на Рисунке 3-26. На этом рисунке показана зависимость трехфазного магнитного поля от полюсного.Каждая пара магнитных полюсов намотана таким образом, чтобы это позволяло срабатывать.

    Рисунок 3-25. Вид с торца на два сегмента ротора (магнитное взаимодействие со статором)
    Чтобы магнитное поле «вращалось». Статор двигателя состоит из групп катушек, намотанных на сердечник, которые заключены в рамку. Простой двухполюсный статор, показанный на рис. 3-26, имеет по три катушки в каждой группе полюсов. (Двухполюсный двигатель будет иметь два полюса x три фазы = шесть физических полюсов.) Каждая катушка в группе полюсов подключена к одной фазе трехфазного источника питания.Одной из характеристик трехфазного питания является то, что фазный ток достигает максимального значения в разные промежутки времени. На рисунке 3-26 также показано соотношение между максимальным и минимальным значениями.

    Рисунок 3-26. Базовый двухполюсный статор
    В качестве примера мы сфокусируемся на моменте времени, когда ток в катушках «А» почти максимален. (Используйте верхний левый угол рисунка 3-25.) Магнитные поля этих катушек также будут почти максимальными. В этот же момент токи фазы «B» равны нулю, а токи фазы «C» немного больше, чем «A.»
    В более поздний момент времени ток в катушках« B »близок к максимальному с последующим максимизацией магнитного поля катушек« B ». В этот же момент поле фазы «С» немного меньше максимального. Поля катушки «А» равны нулю.
    Этот же процесс повторяется, когда магнитное поле каждой из фаз достигает максимума, все в разное время (разные степени вращения магнитного поля). Таким образом, максимальное поле последовательно повторяется в точках «A», «C» и «B» непрерывно вокруг статора и по существу определяет вращающееся магнитное поле.
    Катушки статора намотаны диаметрально противоположными катушками. Это означает, что они несут одинаковый фазный ток, но соединены так, что их магнитные поля имеют противоположную полярность. Опять же, двигатель, показанный на рис. 3-26, будет иметь конфигурацию двухполюсной обмотки.

    Магнитное поле (ротор)

    Ротор — это вращающаяся часть двигателя. Ротор состоит из медных или алюминиевых стержней, соединенных на концах концевыми кольцами. См. Рисунок 3-27.

    Рисунок 3-27. Конструкция ротора асинхронного двигателя
    Внутренняя часть ротора заполнена множеством отдельных стальных дисков, называемых пластинами. Вращающееся поле, создаваемое токами статора, разрезало беличью клетку, проводящую алюминиевые стержни ротора. Это вызывает напряжение в этих стержнях, называемое индуцированным напряжением. Это напряжение заставляет ток течь по алюминиевым стержням. Ток создает магнитное поле вокруг стержней с соответствующими северным и южным полюсами в роторе.Крутящий момент создается из
    притяжения и отталкивания между этими полюсами и полюсами вращающегося поля статора.

    На Рис. 3-28 показана сборка деталей в единый асинхронный двигатель.


    Рисунок 3-28. Конструкция асинхронного двигателя

    Вихретоковая генерация

    Магнитное поле вращающегося статора и индуцированное напряжение в стержнях ротора также вызывают напряжение в сердечниках статора и ротора.Напряжение в этих сердечниках вызывает протекание небольших циркулирующих токов. Эти токи, называемые вихревыми токами, бесполезны и приводят только к потере мощности. Чтобы уменьшить эти токи, сердечники статора и ротора выполнены из пластин. (обсуждалось в предыдущем разделе). Эти листы покрываются изолирующим лаком, а затем свариваются, образуя сердцевину. Этот тип сердечника существенно снижает потери на вихревые токи, но не устраняет их полностью.

    Конструкция асинхронного двигателя Инженеры

    могут спроектировать двигатели практически для любого применения, изменив конструкцию обмоток ротора и статора с короткозамкнутым ротором.Такие характеристики, как скорость, крутящий момент и напряжение, — это лишь некоторые из функций, контролируемых проектировщиком.
    Для стандартизации определенных характеристик двигателей Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) установила стандарты для ряда характеристик двигателей. Следующий раздел содержит множество функций, которые будут полезны при выборе правильного двигателя для конкретного применения.

    Контроль скорости, крутящего момента и мощности

    Контроль скорости

    Скорость двигателя с короткозамкнутым ротором зависит от частоты и количества полюсов, на которые намотан двигатель.Чем выше частота, тем быстрее работает двигатель. Чем больше у мотора полюсов, тем медленнее он работает. Наименьшее количество полюсов, когда-либо использовавшихся в двигателе с короткозамкнутым ротором, — два. Двухполюсный двигатель 60 Гц будет работать со скоростью примерно 3600 об / мин. Как скоро будет видно, двигатель всегда будет работать со скоростью менее 3600 об / мин.
    Чтобы найти приблизительную скорость любого двигателя с короткозамкнутым ротором, можно использовать формулу для синхронной скорости, которая фактически является скоростью вращающегося магнитного поля:

    N = синхронная скорость (об / мин)
    F = частота источника питания ( Герц)
    P = количество полюсов статора
    Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором намотаны для синхронных скоростей, указанных в таблице 3-1.

    Кол-во полюсов Sync. скорость (при 60 Гц) Sync. скорость (при 50 Гц)
    2 3600 3000
    4 1800 1500
    6 1200 1000
    CO 900 750
    10 720 600
    12 600 500

    Таблица 3-1.Синхронные скорости двигателя в зависимости от количества полюсов

    Большинство стандартных асинхронных двигателей (типоразмеры от NEMA 143T до 445T) имеют максимум восемь полюсов.
    Фактическая скорость вала двигателя несколько меньше синхронной скорости. Эта разница между синхронной и фактической скоростями определяется как скольжение. Если бы ротор с короткозамкнутым ротором вращался со скоростью поля статора, стержни ротора были бы неподвижны по отношению к вращающемуся магнитному полю. В стержнях ротора не будет индуцироваться напряжение, и стержни ротора не будут сокращать магнитный поток.В результате не будет тока, настроенного для создания крутящего момента. Поскольку крутящий момент не создается, ротор будет замедляться до тех пор, пока не будет индуцирован ток, достаточный для развития крутящего момента. Когда крутящий момент развивается, ротор разгоняется до постоянной скорости. Рисунок 3-29 представляет собой графическое представление скольжения.

    Рисунок 3-29. Скольжение в асинхронном двигателе
    Подведем итог: должна быть разница между вращающимся магнитным полем статора и фактическим положением стержней ротора. Это позволяет стержням ротора прорезать магнитные поля статора и создавать магнитное поле в роторе.Взаимодействие магнитных полей статора и ротора создает притяжение, необходимое для развития крутящего момента.
    Когда нагрузка на двигатель увеличивается, скорость ротора уменьшается. Затем вращающееся поле режет стержни ротора с большей скоростью, чем раньше. Это приводит к увеличению тока в стержнях ротора и увеличению силы магнитного полюса ротора. В основном, с увеличением нагрузки увеличивается и выходной крутящий момент. Проскальзывание
    обычно выражается в процентах и ​​может быть легко рассчитано по следующей формуле:
    Двигатели с короткозамкнутым ротором
    имеют скольжение в диапазоне от 3 до 20%.Двигатели со скольжением 5% или выше используются в приложениях с затрудненным запуском. Двигатель со скольжением 5% или менее называется двигателем с нормальным скольжением. Двигатель с нормальным скольжением часто называют двигателем с постоянной скоростью, потому что скорость очень мало изменяется при изменении нагрузки.
    При указании скорости двигателя на паспортной табличке большинство производителей двигателей используют фактическую скорость двигателя при номинальной нагрузке. Используемый термин — базовая скорость. Базовая скорость — это скорость несколько ниже синхронной скорости
    .Он определяется как фактическая частота вращения ротора при номинальном напряжении, номинальных герцах и номинальной нагрузке.
    Направление вращения
    Направление вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором зависит от подключения двигателя к линиям электропередачи. Вращение можно легко изменить, поменяв местами любые два входных провода.
    Управление крутящим моментом и мощностью
    Как обсуждалось ранее, мощность в лошадиных силах учитывает скорость, с которой вращается вал. Для быстрого вращения вала требуется больше лошадиных сил, чем для его медленного вращения.Примечание. Лошадиная сила — это скорость выполнения работы.
    По определению, 1 л.с. равняется 33 000 фут-фунт в минуту. Другими словами, поднятие веса 33000 фунтов на 1 фут за 1 минуту потребует 1 HP.
    Используя знакомую формулу ниже, мы можем определить мощность, развиваемую асинхронным двигателем переменного тока.

    T = крутящий момент в фунт-футах N = скорость в об / мин
    Например, вал двигателя вращается со скоростью 5 об / мин и развивает крутящий момент 3 фунт-фут. Подставив известную информацию в формулу, мы рассчитаем, что двигатель развивает примерно 0.003 л.с. (3 x 5 -f 5252 = 0,0028). Как показывает формула, мощность в лошадиных силах напрямую связана со скоростью вала двигателя. Если вал будет вращаться вдвое быстрее (10 об / мин), двигатель будет развивать почти 0,006 л.с., то есть вдвое больше.
    Мы можем увидеть общие эмпирические правила для развиваемого крутящего момента в зависимости от скорости, просмотрев Таблицу 3-2.
    Развиваемый крутящий момент будет незначительно отличаться для двигателей с более низкой мощностью и частотой вращения или нестандартных двигателей.
    Как видно из таблицы 3-2, при более высоких синхронных скоростях асинхронный двигатель развивает меньший крутящий момент по сравнению с более низкими скоростями.Мы также можем видеть, что чем больше число полюсов, тем больше крутящий момент.

    Кол-во полюсов Sync. скорость (при 60 Гц) Крутящий момент, развиваемый на HP
    2 3600 1,5 фунт-фут
    4 1800 3 фунт-фут
    6 1200 4,5 фунт-фут
    8 900 6 фунт-футов
    10 720 7.5 фунт-футов
    12 600 8,75 фунт-футов

    Таблица 3-2. Асинхронный двигатель переменного тока — скорость в зависимости от развиваемого крутящего момента

    В основном, чем больше полюсов, тем больше будут создаваться более сильные магнитные поля. Чем больше магнитный поток взаимодействует с потоком ротора, тем сильнее крутящее движение, тем самым развивая больший крутящий момент.
    Что касается крутящего момента двигателя, на стандартной кривой скорости / крутящего момента есть несколько областей, которые следует рассмотреть.Асинхронный двигатель создан для обеспечения этого дополнительного крутящего момента, необходимого для запуска нагрузки. Кривая крутящего момента для типичного асинхронного двигателя показана на Рисунке 3-30.

    Рисунок 3-30. Кривая скорость / крутящий момент для двигателя NEMA конструкции B
    На рис. 3-30 показано, что пусковой крутящий момент составляет около 250% от крутящего момента при номинальной нагрузке.

    Пиковый (пробой) крутящий момент

    Иногда на двигатель возникает внезапная перегрузка. Чтобы двигатель не останавливался каждый раз при возникновении перегрузки, двигатели имеют так называемый момент пробоя.Точка крутящего момента пробоя намного выше, чем точка крутящего момента номинальной нагрузки. По этой причине для остановки двигателя требуется значительная перегрузка. Кривая скорость / крутящий момент, показанная на рисунке 3-30, показывает, что крутящий момент для типичного асинхронного двигателя составляет около 270% от номинального момента нагрузки.
    Эксплуатация двигателя с перегрузкой в ​​течение длительного периода времени вызовет чрезмерное нагревание двигателя и, в конечном итоге, может сжечь обмотки двигателя.
    Определения и номинальные значения NEMA для характеристического крутящего момента асинхронного двигателя приведены ниже в этом разделе.

    Момент заторможенного ротора (пусковой момент или момент отрыва)

    Крутящий момент заблокированного ротора двигателя — это минимальный крутящий момент, который он будет развивать в состоянии покоя для всех угловых положений ротора. Эта возможность верна при номинальном напряжении и частоте.

    Момент подъема

    Повышающий крутящий момент двигателя — это минимальный крутящий момент, развиваемый двигателем при разгоне от состояния покоя до точки крутящего момента срыва. Для двигателей, у которых нет определенного момента пробоя, тяговый момент — это минимальный крутящий момент, развиваемый до номинальной скорости.

    Пик (пробой) крутящий момент

    Пробойный момент двигателя — это максимальный крутящий момент, который он развивает. Эта возможность сохраняется при номинальном напряжении и частоте, без резкого падения скорости.

    Номинальный момент нагрузки

    Номинальный момент нагрузки двигателя — это крутящий момент, необходимый для создания номинальной мощности двигателя при номинальной скорости нагрузки. (Примечание: номинальная скорость нагрузки обычно считается базовой скоростью. Базовая скорость означает фактическую скорость ротора, когда на двигатель прикладываются номинальное напряжение, частота и нагрузка.)
    Все приведенные выше обозначения крутящего момента очень важны для разработчика двигателя. По сути, двигатели могут быть сконструированы с акцентом на одну или несколько из вышеперечисленных характеристик крутящего момента для производства двигателей для различных применений. Улучшение одной из этих характеристик крутящего момента может отрицательно повлиять на некоторые другие характеристики двигателя.

    Типы корпусов и охлаждение

    Двигатели часто подвергаются воздействию вредной атмосферы, такой как чрезмерная влажность, пар, соленый воздух, абразивная или токопроводящая пыль, ворс, химические пары, а также горючая или взрывоопасная пыль или газы.Для защиты двигателей может потребоваться определенный кожух или герметизированные обмотки и специальная защита подшипников.
    Двигатели, подверженные следующим условиям, могут потребовать специальных креплений или защиты: повреждение механических или электрических нагрузок, таких как несбалансированное напряжение, аномальные удары или вибрация, крутильные ударные нагрузки, чрезмерное осевое усилие или радиальные нагрузки.
    Доступно множество типов корпусов. Здесь перечислены некоторые из наиболее распространенных типов, многие из которых имеют те же обозначения, что и двигатели постоянного тока.Настоятельно рекомендуется, чтобы персонал, активно участвующий в применении асинхронных двигателей, был знаком и соблюдал содержание NEMA MG2 («Стандарт безопасности при строительстве и руководство по выбору, установке и использованию электродвигателей и генераторов»).

    Открытый двигатель

    Двигатель открытого типа с кожухом имеет вентиляционные отверстия, которые позволяют прохождению внешнего охлаждающего воздуха над обмотками и вокруг них.

    Открытый каплезащищенный двигатель

    Корпус открытого типа с защитой от капель (ODP) сконструирован таким образом, что капли жидкости или твердых частиц, падающие на машину с вертикального направления, не могут попасть в машину.(Угол этого вертикального направления не превышает 15 °.)

    Охраняемый двигатель

    (Это может быть сокращенно DPFG — каплезащищенный, полностью защищенный). В закрытом корпусе все вентиляционные отверстия ограничены указанными размерами и формами. Этот кожух предотвращает вставку пальцев или стержней и ограничивает случайный контакт с вращающимися или электрическими частями.

    Брызгозащищенный двигатель

    Брызгозащищенный корпус сконструирован таким образом, что капли жидких или твердых частиц, падающие на двигатель, не могут попасть внутрь.(Эти жидкие или твердые частицы могут располагаться по прямой линии или под любым углом не более 100 ° от вертикали.)

    Двигатель полностью закрытого типа

    Корпус полностью закрытого типа предотвращает свободный обмен воздуха между внутренней и внешней частью корпуса, но не является воздухонепроницаемым.
    Полностью закрытый невентилируемый двигатель (TENV)
    Полностью закрытый невентилируемый кожух не оборудован для охлаждения внешними устройствами.
    Двигатель полностью закрытого типа с вентиляторным охлаждением (TEFC)
    Корпус полностью закрытого типа с вентиляторным охлаждением имеет установленный на валу вентилятор для продувки охлаждающим воздухом через внешнюю раму.Это популярный двигатель для использования в пыльной, грязной и агрессивной атмосфере.

    Двигатель полностью закрытого типа с вентиляторным охлаждением (TEBC)

    Полностью закрытый корпус с вентиляторным охлаждением является полностью закрытым и оснащен вентилятором с независимым приводом для продувки охлаждающим воздухом через внешнюю раму. Двигатель TEBC обычно используется в приложениях с постоянным крутящим моментом и регулируемой скоростью.

    Герметичный двигатель

    Герметичный корпус имеет обмотки, покрытые толстым слоем материала для защиты от влаги, грязи, истирания и т. Д.Некоторые герметизированные двигатели имеют покрытие только на носиках змеевика. В двигателях с заделанными под давлением обмотками герметизирующий материал пропитывает обмотки даже в пазах катушек. Благодаря такой полной защите двигатели часто могут использоваться в приложениях, требующих полностью закрытых двигателей.

    Взрывозащищенный двигатель (TEXP)

    Взрывозащищенный корпус полностью закрыт и сконструирован таким образом, чтобы выдерживать взрыв газа или пара внутри него. Он также предотвращает воспламенение газа или пара, окружающего машину, в результате искр, вспышек или взрывов, которые могут возникнуть внутри корпуса машины.

    Защита и номинальные характеристики

    Защита двигателя

    Типичный метод пуска трехфазного асинхронного двигателя — подключение двигателя непосредственно к линии электропередачи. Линейный пуск двигателя осуществляется трехфазным контактором. Для адекватной защиты двигателя от продолжительных перегрузок устанавливаются устройства защиты от перегрузки, как правило, в том же корпусе, что и трехфазный контактор. Эти перегрузки (OL) работают как нагревательные элементы — нагревая до точки размыкания цепи и механически разъединяя цепь (Рисунок 3-31).

    Рисунок 3-31. Линия пуска двигателя
    Перегрузчики можно приобрести с определенным временем, заложенным в элемент. Классы 10, 20 и 30 — обычные рейтинги для промышленного использования. Перегрузка класса 10 означает, что перегрузка допускает пусковой ток 600% в течение 10 с перед размыканием цепи. Перегрузки класса 20 допускают пусковой ток 600% в течение 20 с, а класс 30 допускает работу 30 с. Ток, потребляемый типичным асинхронным двигателем, а также создаваемый крутящий момент можно увидеть на Рисунке 3-32.
    Линейный пуск асинхронного двигателя, как показано на Рисунке 3-32, позволит двигателю развивать номинальный крутящий момент, как только будет нажата кнопка пускателя двигателя. Это связано с тем, что двигатель через линию имеет преимущество полного напряжения, тока и частоты (Гц). Пока входная мощность имеет номинальное значение, двигатель будет развивать крутящий момент, как показано на рисунке 3-32, от нуля до базовой скорости.

    Рисунок 3-32. Крутящий момент двигателя и пусковой ток (линейный пуск)
    Если соотношение напряжения к герцам сохраняется, то двигатель развивает номинальный крутящий момент, который он был разработан.Это соотношение можно увидеть на рис. 3-33 и обозначено как отношение вольт на герц (В / Гц).

    Рисунок 3-33. Соотношение вольт на Гц (В / Гц)
    Как видно на Рисунке 3-33, соотношение В / Гц рассчитывается путем простого деления входного напряжения на герцы. Эта характеристика является важной составляющей конструкции привода переменного тока, которая будет рассмотрена в следующей теме.
    Могут быть приложения, в которых полный крутящий момент нежелателен при запуске двигателя: например, конвейерная установка на линии розлива.Если подающий конвейер имеет открытые полные бутылки на конвейере, полный крутящий момент при запуске конвейера будет не очень хорошей ситуацией. (Из бутылок выльется все свое содержимое.) В подобных случаях потребуется запуск с пониженным крутящим моментом. Также бывают случаи, когда полное напряжение и
    герц, что вызывает 600% пусковой ток, могут вызвать серьезное падение мощности в системе электроснабжения. Примером могут служить двигатели высокой мощности, подключенные к компрессорам. В этих случаях потребуется запуск при пониженном напряжении.Если напряжение меньше номинального значения, двигатель не будет развивать номинальный крутящий момент (в соответствии с соотношением В / Гц, указанным на Рисунке 3-32). Уменьшение соотношения В / Гц также снижает пусковой ток, что означает меньший провал мощности.
    Уменьшение пускового тока может быть выполнено любым из следующих способов.

    Первичный резистор или реактивное сопротивление

    Метод первичного резистора или реактивного сопротивления использует последовательное реактивное сопротивление или сопротивление для уменьшения тока в течение первых секунд.По истечении заданного временного интервала двигатель подключается напрямую через линию. Этот метод можно использовать с любым стандартным асинхронным двигателем.

    Автотрансформатор

    В методе автотрансформатора используется автотрансформатор для прямого понижения напряжения и тока в течение первых нескольких секунд. По истечении заданного временного интервала двигатель подключается напрямую через линию. Этот метод также можно использовать с любым стандартным асинхронным двигателем.

    звезда-дельта

    По методу звезда-треугольник напряжение подается на соединение Y для уменьшения тока в течение первых нескольких секунд.По истечении заданного временного интервала двигатель подключается в треугольном режиме, допускающем полный ток. Этот тип асинхронного двигателя должен иметь соединение обмоток звезда-треугольник.

    Частично обмотка

    В методе частичной обмотки используется конструкция двигателя с двумя отдельными цепями обмоток. При запуске задействуется только одна цепь обмотки, и ток уменьшается. По истечении заданного временного интервала вся обмотка двигателя подключается напрямую через линию. Этот тип двигателя должен иметь две отдельные цепи обмотки.Чтобы избежать перегрева и повреждения обмотки, время между подключением первой и второй обмоток ограничено максимум 4 секундами.

    Характеристики двигателя

    При просмотре номинальных характеристик необходимо также рассмотреть некоторые конструктивные особенности асинхронного двигателя. Классификация конструкции, характеристики и номинальные характеристики асинхронных двигателей теперь будут подробно рассмотрены.
    Из-за разнообразия требований к крутящему моменту NEMA разработала различные «конструкции» для почти любого применения.Эти конструкции учитывают пусковой ток и скольжение, а также крутящий момент. Эти классы конструкции двигателя не следует путать с различными классами изоляции проводов, которые также обозначаются буквами.

    В Таблице 3-3 указаны различные проектные классификации NEMA и подходящие приложения.
    Класс проектирования Пусковой ток Крутящий момент заторможенного ротора Пробивной момент %
    Наклейка
    Подходящие области применения
    Вентиляторы, нагнетатели, роторные насосы, ненагруженные компрессоры, станки и т. Д.Постоянная скорость нагрузки.
    А Высокая Med. Крутящий момент Высокая 5%
    Макс
    Вентиляторы, нагнетатели, роторные насосы, ненагруженные компрессоры, станки и прочее. Постоянная скорость нагрузки.
    B Среднее Med. крутящий момент Высокая 5% Макс Вентиляторы, нагнетатели, роторные насосы, ненагруженные компрессоры, станки и прочее. Постоянные скоростные нагрузки.
    С Среднее Высокий крутящий момент Среднее 5%
    Макс
    Пуск с высоким моментом инерции (например,г., центробежные нагнетатели, маховики, дробилки. Запуск под нагрузкой (например, поршневые насосы, компрессоры, конвейеры). Постоянная скорость загрузки.
    D Среднее Очень высокий крутящий момент Низкая 5-13% Очень высокая инерция, запуск под нагрузкой. Значительные колебания скорости нагрузки (например, штамповочные прессы, ножницы, формовочные станки, краны, подъемники, лифты, домкраты масляного насоса)
    LU от среднего до высокого от среднего до высокого от среднего до высокого 75% Насосы, вентиляторы и нагнетатели

    Таблица 3-3.Расчет крутящего момента NEMA для многофазных двигателей

    Рисунок 3-34 показывает относительную разницу в крутящем моменте для конкретного класса конструкции двигателя по NEMA. Все указанные двигатели запущены.
    Как видно на Рисунке 3-34, основные различия заключаются в пусковом моменте и возможностях пикового или пробивного крутящего момента.

    КПД

    КПД двигателя — это просто отношение выходной мощности к входящей мощности, выраженное в процентах.

    Рисунок 3-35 иллюстрирует общую взаимосвязь между током, скольжением, КПД и коэффициентом мощности.

    Рисунок 3-34. Сравнение конструкций NEMA (характеристики скорости / крутящего момента)
    Как правило, КПД двигателя относительно невысокий от номинальной нагрузки до 50% номинальной нагрузки. Некоторые двигатели демонстрируют пиковый КПД около 75% от номинальной нагрузки.

    Коэффициент мощности

    Коэффициент мощности (P.F.) — это отношение реальной мощности к полной, или кВт / кВА. Киловатты (кВт) измеряются ваттметром, а киловольт-амперы (кВА) измеряются вольтметром и амперметром.Коэффициент мощности, равный единице (1,0) или единице, является идеальным. Коэффициент мощности самый высокий около номинальной нагрузки, как показано на Рисунке 3-35. Коэффициент мощности при нагрузке 50% значительно меньше и продолжает резко снижаться до нулевой скорости.
    Рисунок 3-35. Соотношение скорости, скольжения, КПД и коэффициента мощности

    Текущий розыгрыш

    Потребление тока в амперах пропорционально фактической нагрузке на двигатель в области номинальной нагрузки. При других нагрузках потребление тока имеет тенденцию быть более нелинейным (рисунок 3-35).

    Заторможенный ротор (кВА / л.с.)

    Другой номинал, указанный на паспортных табличках двигателя, — это кВА с заторможенным ротором на одну лошадиную силу. (Некоторые производители используют обозначение «усилители с заблокированным ротором».) На паспортной табличке появляется буква, соответствующая различным номинальным значениям кВА / л.с. См.

    Буквенные обозначения в таблице 3-4.
    Буквенный код кВА / л.с.
    А 0–3,14
    B 3.15-3,54
    С 3,55–3,9
    D 4,0–4,4
    E 4,5–4,9
    ф 5,0-5,5
    G 5,6-6,2
    H 6,3-7,0
    Дж 7,1-7,9
    К 8,0-8,9
    л 9,0–9,9
    M 10.0-11,1
    N 11,2–12,4
    п 12,5-13,9
    R 14,0-15,9
    S 16,0-17,9
    т 18,0-19,9
    U 20,0–22,3
    В 22,4 и выше

    Таблица 3-4. Заторможенный ротор, кВА на л.с.

    Коды на паспортной табличке являются хорошим индикатором пускового тока в амперах.Нижняя кодовая буква указывает на низкий пусковой ток, а высокая кодовая буква указывает на высокий пусковой ток для определенной номинальной мощности двигателя. Расчет пускового тока можно выполнить по следующей формуле:

    Пример: Каков приблизительный пусковой ток двигателя 10 л.с., 208 В с буквенным кодом на паспортной табличке «K»?
    Решение: Из Таблицы 3-4 значение кВА / л.с. для кодовой буквы «K» составляет от 8,0 до 8,9. Взяв число примерно посередине и подставив в формулу, мы получим:

    Следовательно, пусковой ток составляет примерно 236 ампер.Пусковой ток важен, потому что покупатель двигателя должен знать, какую защиту (от перегрузки) обеспечить. Установка также должна включать линии электропередач достаточного размера, чтобы выдерживать требуемые токи, и предохранители надлежащего размера.

    Изоляционные системы

    Система изоляции — это группа изоляционных материалов в сочетании с проводниками и несущей конструкцией двигателя. Системы изоляции делятся на классы в соответствии с тепловым рейтингом системы.В двигателях используются четыре класса систем изоляции: классы A, B, F и H. Не путайте эти классы изоляции с конструкциями двигателей, которые обсуждались ранее. Эти классы дизайна также обозначаются буквами.
    Еще одним фактором путаницы являются классы системы изоляции по напряжению обмоток статора. Эти классы также обозначаются, например, классами B, F и H. NEMA, стандарт MG1, часть 31 указывает классы изоляции по напряжению относительно использования в приводах переменного тока. Более подробный обзор характеристик изоляции напряжения двигателя будет сделан в теме 4.
    На этом этапе мы рассмотрим классы температурной изоляции, обычные для стандартных промышленных асинхронных двигателей, работающих на линии.
    Класс A. Изоляция класса A — это изоляция, испытания которой показали, что соответствующая термическая стойкость существует при эксплуатации при температуре 105 ° C. Типичные используемые материалы включают хлопок, бумагу, ячеистые ацетатные пленки, проволоку с эмалевым покрытием и аналогичные органические материалы, пропитанные подходящими веществами.
    Класс B. Изоляция класса B — это изоляция, испытания которой показали, что соответствующая термическая стойкость существует при эксплуатации при температуре 130 ° C.Типичные материалы включают слюду, стекловолокно, асбест и другие материалы, не обязательно неорганические, с совместимыми связующими веществами, имеющими подходящую термическую стабильность.
    Класс F. Изоляция класса F — это изоляция, испытания которой показали, что соответствующая термическая стойкость существует при эксплуатации при температуре 155 ° C. Типичные материалы включают слюду, стекловолокно, асбест и другие материалы, не обязательно неорганические, с совместимыми связующими веществами, имеющими подходящую термическую стабильность.
    Класс H.Изоляция класса H — это изоляция, испытания которой показали наличие подходящей термической стойкости при эксплуатации при температуре 180 ° C. Типичные используемые материалы включают слюду, стекловолокно, асбест, силиконовый эластомер и другие материалы, не обязательно неорганические, с совместимыми связующими веществами, такими как силиконовые смолы, имеющие подходящую термическую стабильность.

    Обычные условия обслуживания

    При эксплуатации в пределах «обычных условий эксплуатации», определенных NEMA, стандартные двигатели будут работать в соответствии со своими номинальными характеристиками.
    Для условий эксплуатации, отличных от обычных, необходимо учитывать перечисленные ниже меры предосторожности.
    Температура окружающей среды или помещения не выше 40 ° C. Если температура окружающей среды превышает 40 ° C (104 ° F), коэффициент эксплуатации двигателя необходимо уменьшить или использовать двигатель большей мощности. Двигатель большего размера будет загружен ниже полной мощности, поэтому повышение температуры будет меньше, а перегрев — меньше. (Примечание: коэффициент обслуживания относится к номинальной мощности двигателя и указывает допустимую нагрузку на мощность, которую может выдерживать двигатель.Например, коэффициент обслуживания 1,15 позволит двигателю потреблять 15% мощности перегрузки.)
    Высота не превышает 3300 футов (1000 метров). Двигатели, имеющие системы изоляции класса A или B и имеющие повышенную температуру в соответствии с NEMA, могут удовлетворительно работать на высоте более 3300 футов. Однако в местах выше 3300 футов снижение температуры окружающей среды должно компенсировать повышение температуры, как показано в Таблице 3-5.

    Окружающая температура. ° С (° F) Макс.высота (фут)
    40 (104) 3300
    30 (86) 6600
    20 (68) 9900

    Таблица 3-5. Температура в зависимости от высоты

    Двигатели с эксплуатационным коэффициентом 1,15 или выше будут удовлетворительно работать при единичном эксплуатационном коэффициенте и температуре окружающей среды 40 ° C на высотах от 3300 футов до 9000 футов.
    Колебания напряжения. Колебания напряжения не более чем на ± 10% от напряжения, указанного на паспортной табличке:
    Работа вне этих пределов или условия несбалансированного напряжения могут привести к перегреву или потере крутящего момента и могут потребовать использования двигателя большей мощности.
    Отклонения частоты. Изменение частоты не более чем на ± 5% от частоты, указанной на паспортной табличке: Работа вне этих пределов приводит к значительному изменению скорости и вызывает перегрев и снижение крутящего момента.
    Комбинация 10% изменения напряжения и частоты при условии, что изменение частоты не превышает 5%.
    Монтажная поверхность и расположение. Монтажная поверхность должна быть жесткой и соответствовать спецификациям NEMA. Расположение дополнительных кожухов не должно серьезно мешать вентиляции двигателя.

    Типы двигателей переменного тока

    Введение Двигатели переменного тока

    можно разделить на две основные категории — асинхронные и синхронные. Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным типом асинхронного двигателя (это означает, что скорость зависит от скольжения). При рассмотрении асинхронных двигателей есть два номинальных значения — NEMA и IEC.
    Другой тип асинхронного двигателя — двигатель с фазным ротором. Этот тип двигателя имеет регулируемые скорость и крутящий момент благодаря добавлению вторичного сопротивления в цепи ротора.Третий тип популярных асинхронных двигателей — это однофазные двигатели. Однофазные двигатели переменного тока не будут охвачены из-за их ограниченного использования в промышленных приложениях при подключении к частотно-регулируемым приводам.
    Синхронный двигатель по своей сути является двигателем с постоянной скоростью, когда он работает напрямую от сети. Этот тип двигателя работает синхронно с частотой сети. Синхронные двигатели двух типов: без возбуждения и с возбуждением постоянным током.
    Основные принципы асинхронных двигателей переменного тока были рассмотрены ранее.В этом разделе мы уделим внимание обозначениям, номинальным характеристикам и конструкции двигателей.

    Стандартные асинхронные двигатели переменного тока (NEMA и IEC) Двигатели с рамой

    NEMA широко используются в промышленности США. Эта конструкция двигателя была разработана до 1950-х годов и хорошо подходит для многих типов приложений с фиксированной скоростью. В 1952 и 1964 годах NEMA провело оценку стандартных размеров рамы и пересмотрело стандарты рамы. Результатом стали моторные рамы меньшего диаметра (например, исходная рама 326 до 1952 года, рама 284U в 1952 году и рама 256T в 1964 году).По мере проведения переоценки размеры корпуса (числа) были уменьшены, как и количество железа в статоре. При меньшем количестве железа в статоре достигается меньшая перегрузочная способность по сравнению с U-образной рамой или исходным размером.
    Однако рамы меньшего диаметра обеспечивают большую эффективность и более быструю реакцию на изменения магнитного потока. На Рис. 3-36 показана конструкция стандартного асинхронного двигателя переменного тока. Идентифицированы все основные компоненты двигателя.
    Следует отметить, что все стандартные двигатели имеют небольшую прямоугольную прорезь, продольную прорезанную в валу, называемую шпоночным пазом или шпоночным пазом.В этот паз входит прямоугольный кусок стали конической формы, называемый ключом. Шпонка вставляется в шпоночный паз и плотно прижимается для механического соединения вала и муфты или соединительного устройства, такого как шкив или шестерня.
    Как видно на рис. 3-36, асинхронный двигатель — довольно простое устройство. Однако для создания небольших допусков и воздушных зазоров, которые позволят добиться максимальной эффективности и выработки крутящего момента, требуется точная инженерия.

    Рисунок 3-36. Конструкция асинхронного двигателя переменного тока
    Асинхронный двигатель переменного тока (многофазный асинхронный двигатель) можно разделить на пять классификаций в соответствии с NEMA.Характеристики скорости / крутящего момента для каждой классификации были представлены в предыдущем разделе. Здесь будет представлено краткое описание каждой классификации с последующим сравнением с двигателями корпуса IEC.
    • NEMA, конструкция A: Этот тип двигателя имеет высокий крутящий момент пробоя по сравнению с двигателями NEMA конструкции B. Эти двигатели обычно предназначены для специального использования, с характеристикой скольжения обычно менее 5%.
    • NEMA, конструкция B: этот тип двигателя предназначен для общего использования и составляет наибольшую долю проданных асинхронных двигателей.Типичное скольжение для двигателя конструкции B составляет 3-5% или меньше.
    • Исполнение C NEMA: этот тип двигателя имеет высокий пусковой момент, относительно нормальный пусковой ток и низкое скольжение. Тип нагрузки, применяемой к конструкции C, — это нагрузка, при которой отрывные нагрузки высоки при запуске. Однако нагрузки обычно работают при номинальном значении с очень небольшой потребностью в перегрузке.
    • Конструкция D NEMA: этот тип двигателя имеет высокий пусковой крутящий момент, высокое скольжение, а также низкую скорость при полной нагрузке. Из-за высокого скольжения (513%) скорость может легко колебаться из-за изменений нагрузки.
    • NEMA, конструкция E: Этот тип двигателя известен своим высоким КПД и используется в основном там, где требования к пусковому моменту низкие. Вентиляторы и центробежные насосы составляют основную часть применений, в которых используются двигатели этого типа.
    Рисунок 3-37 показывает конструкции NEMA и сравнивает конструкцию с номинальным пусковым током и скоростью.
    Как показано на Рисунке 3-37, хотя конструкция E может иметь самый высокий КПД, она также имеет самый высокий пусковой ток — около 800%. Этот факт необходимо учитывать при выборе подходящих нагревательных элементов для защиты от перегрузки.Большинство стандартных асинхронных двигателей имеют пусковой ток, близкий к 600%.

    Рисунок 3-37. Зависимость тока от скорости для двигателей NEMA
    Хотя двигатели NEMA рассчитаны в лошадиных силах, бывают случаи, когда двигатель указывается на основе его типоразмера. NEMA предлагает стандартные обозначения рам вплоть до 445T. Выше этого рейтинга производители двигателей могут предоставить свои собственные стандарты и обозначить номинальные параметры двигателя как превышающие рейтинги NEMA.
    Существуют двигатели стандартных размеров, в зависимости от заданной мощности или базовой скорости.NEMA обозначает расстояние от стопы до средней линии как показатель размера рамы. Также имеется обозначение диаметра рамы. На рисунке 3-38 показан асинхронный двигатель переменного тока с указанием типоразмера.

    Рисунок 3-38. Обозначение двигателя с рамой 324
    Используя двигатель с рамой 324 Т в качестве примера, разработчик двигателя определяет расстояние от оси вала до опоры равным 8 дюймам. Чтобы вычислить расстояние между осевой линией вала и опорой, разделите первые две цифры номера рамы на 4 (32 -f- 4 = 8 дюймов).Обладая этой информацией, инженер по применению может спроектировать машину с учетом размеров двигателя. Это также помогает сравнивать один двигатель с двигателем другого производителя. Все размеры двигателя стандартные.
    Поскольку размеры двигателя являются стандартными, то же самое относится и к номинальным значениям двигателя, указанным на паспортной табличке. Как и в случае двигателей постоянного тока, паспортные таблички двигателей переменного тока содержат всю необходимую информацию для эффективного использования двигателя. Рисунок 3-39 представляет собой пример типовой паспортной таблички двигателя переменного тока.

    Рисунок 3-39. Паспортная табличка двигателя переменного тока
    • Рама: Показывает номинальную мощность рамы на определенную мощность, учитывая номинальное напряжение и частоту (пример: рама 256T).
    • HP: Доступная мощность в лошадиных силах при указанном номинальном напряжении и частоте.
    • Напряжение, фаза и частота: обозначения номинального напряжения, фазы и частоты в герцах. Многие промышленные двигатели рассчитаны на два напряжения. Это означает, что они могут быть подключены к двум разным линиям напряжения. Рабочее напряжение обозначается либо перемычками, либо конфигурациями проводов, которые укомплектованы в распределительной коробке. Обычно двигатели с рамой NEMA рассчитаны на работу при частоте 60 Гц.
    • FL Amps: Номинальный ток двигателя, указанный в амперах.На некоторых паспортных табличках номинальный ток указан как FLA (ток полной нагрузки). Это будет означать, что двигатель будет потреблять указанные значения тока при номинальном напряжении, частоте и нагрузке. Если это двигатель с двойным напряжением, будут указаны два значения ампер. Первое значение будет совпадать с первым заявленным значением напряжения. Второе значение будет совпадать со вторым значением напряжения в списке. (Пример: двигатель 230/460 В может указывать на паспортной табличке ток 68/34 А. Двигатель потребляет в два раза больше тока при подключении 230 В по сравнению с подключением 460 В.)
    • об / мин: это скорость двигателя в об / мин при базовой скорости. Базовая скорость обозначается как номинальное напряжение, частота и нагрузка. Из-за меньшего скольжения скорость ненагруженного двигателя повысится с этой скорости до скорости, близкой к синхронной.
    • Конструкция и класс изоляции: класс конструкции указывает обозначение NEMA для A, B, C, D или E. Как правило, класс изоляции указывает на температурную стойкость изоляции обмотки статора. Например, обычное обозначение изоляции класса B допускает максимальное повышение температуры до 130 ° C (266 ° F).Изоляция класса H допускает повышение температуры до 180 ° C (356 ° F). Повышение температуры означает увеличение температуры выше нормального номинального значения окружающей среды 40 ° C (104 ° F).
    Двигатели теперь включают дополнительную классификацию — по электрической прочности изоляции обмотки статора (относящейся к диэлектрической прочности). Двигатели переменного тока, применяемые в частотно-регулируемых приводах, подвержены риску возможного повреждения изоляции из-за технологии преобразования энергии в приводе.Напряжение, превышающее допустимое, может вызвать микроскопические отверстия для штифтов в изоляции, что может привести к обрыву фазы и, в конечном итоге, к отказу двигателя. Двигатели, предназначенные для работы с инвертором, обладают прочностью электрической изоляции, чтобы избежать отказа из-за проблем с приводной техникой. Стандарты
    NEMA MG-1, часть 31 указывают, что двигатели, работающие от приводов с напряжением 600 В или менее, должны быть способны выдерживать пиковое напряжение 1600 В. Длина кабеля двигателя и несущая частота привода (переключателя) также играют определенную роль в возможном повреждении привода. прочность изоляции двигателя.Двигатели с изоляцией от 1200 В или 1000 В не следует применять с приводами переменного тока, если не приняты дополнительные меры предосторожности. Специальные выходные фильтры привода уменьшат воздействие высоких пиковых напряжений и снизят риск нарушения изоляции.
    При возникновении вопросов относительно прочности изоляции обмоток всегда следует консультироваться с производителем двигателя. Производитель может дать рекомендации относительно дополнительных мер безопасности, которые могут потребоваться для увеличения срока службы двигателя при подключении к приводу.
    • Долг и С.Ф. (Коэффициент обслуживания): Большинство стандартных двигателей переменного тока указывают режим работы как «непрерывный» или «прерывистый». Сервисный коэффициент двигателя
    — это множитель или дополнительная безопасная силовая нагрузка, превышающая номинальную. Двигатели с малой долевой мощностью могут иметь коэффициент обслуживания 1,4, в то время как двигатели со встроенной мощностью более крупной мощности могут иметь коэффициент обслуживания только 1,15. Например, 1.15 S.F. будет указывать на возможность двигателя на 15% дополнительной выходной мощности выше номинальной. А 1.4 S.F. будет указывать на 40% дополнительной выходной мощности.
    • Эффективность и окружающая среда: Многие двигатели могут иметь обозначение повышенной эффективности. Кроме того, можно указать фактическое число, например 89,5. Эффективность тесно связана с классификацией NEMA, такой как конструкция A, B, C и т. Д. Производитель двигателя получит рейтинг от независимого агентства по испытаниям. Температура окружающей среды — это максимальная нормальная рабочая температура, ниже значения, указанного в классе температурной изоляции.
    Не все двигатели переменного тока содержат все перечисленные выше данные.Но на всех паспортных табличках двигателей будет указана самая важная информация, такая как напряжение, частота, ток и частота вращения. Эта информация требуется приводу переменного тока, чтобы привод мог согласовать внутреннюю диагностику с данными двигателя.
    На некоторых паспортных табличках двигателей указана электрическая схема для обмоток с двойным напряжением; у других есть наклейка или этикетка внутри распределительной коробки с указанием проводных соединений. Некоторые из новых двигателей, производимых сегодня, показывают диэлектрическую прочность изоляции или конструкции крепления.

    Рейтинги IEC

    На этом этапе было бы полезно кратко просмотреть характеристики двигателей IEC, а затем сравнить IEC с NEMA. Сегодня рынок двигателей стал более глобальным, и двигатели с рейтингом IEC на оборудовании, экспортируемом из Европы.
    IEC — это аббревиатура Международной электротехнической комиссии. IEC, как и NEMA, устанавливает и публикует механические и электрические стандарты для двигателей. Многие стандарты IEC были национализированы для конкретной страны, например Германии, Великобритании или Франции.
    Хотя в стандартах NEMA и IEC используются разные термины, они по сути схожи по номинальным характеристикам и во многих случаях являются взаимозаменяемыми. Стандарты NEMA, вероятно, более консервативны, что позволяет интерпретировать их при проектировании. Стандарты IEC более конкретны и разделены на категории. Обычно они более точны.
    И IEC, и NEMA используют буквенные коды для обозначения механических размеров. Они также используют кодовые буквы для обозначения общего размера кадра. Коды размеров NEMA и IEC не являются взаимозаменяемыми, равно как и размеры кадра (исключение составляет кадр 56, который одинаков в NEMA и IEC).
    Как и ожидалось, обозначения NEMA указаны в дюймах и лошадиных силах, тогда как обозначения IEC указаны в миллиметрах и киловаттах. NEMA перечисляет несколько обозначений и описаний корпусов, тогда как IEC использует числа.
    IEC перечисляет два числа: первое число указывает защиту от твердых предметов; вторая цифра указывает на защиту от попадания воды. Буквы «IP» на корпусе обозначают степень защиты от проникновения. (Пример: IP55. Первая цифра «5» означает полную защиту, включая пыленепроницаемость, а вторая цифра «5» означает защиту от воды, распыляемой из сопла с любого направления.Этот тип двигателя считается режимом промывки.)
    NEMA перечислит тип корпуса, чтобы указать конкретный метод охлаждения, используемый в двигателе. Однако IEC будет использовать буквенно-цифровой код для обозначения способа охлаждения двигателя. (Пример: IC40. «4» обозначает охлаждение корпуса, а «0» обозначает конвекционное охлаждение без вентилятора.) Классы температурной изоляции идентичны, независимо от того,

    NEMA или IEC. Двигатели

    IEC указаны как «50 Гц», а не как «60 Гц» согласно NEMA.«Двигатель IEC с частотой 50 Гц обычно удовлетворительно работает на частоте 60 Гц, если напряжение увеличивается в том же соотношении, что и частота. (Пример: от 50 Гц при 380 В до 60 Гц при 460 В) Скорость двигателя будет на 1/6 выше, чем при 50 Гц. Однако работа двигателя с частотой 50 Гц при более низком напряжении в США 230 В может не работать удовлетворительно без снижения номинальных характеристик (требуя от двигателя передачи крутящего момента на 15 или 20% меньше номинального значения, указанного на паспортной табличке, из-за нагрева двигателя).
    При использовании двигателя IEC вместо двигателя NEMA всегда разумно обращаться к таблице номинальных характеристик двигателя для сравнения.Рейтинги NEMA включают фактор перегрузки, тогда как IEC строго оценивает двигатели с минимальной перегрузочной способностью или без нее.

    Ротор с обмоткой

    Характеристики скорости и крутящего момента асинхронного двигателя переменного тока в основном определяются конструкцией, количеством полюсов и подаваемой мощностью от сети. Напротив, версия асинхронного двигателя с фазным ротором действительно имеет регулируемые характеристики скорости и крутящего момента. В цепь ротора вставляются разные значения сопротивления, чтобы получить различные параметры производительности.
    Двигатели с фазным ротором обычно запускаются с вторичным сопротивлением, подключенным к цепи ротора. Сопротивление уменьшается, что позволяет двигателю увеличивать скорость. Этот тип двигателя может развивать значительный крутящий момент и в то же время ограничивать ток заблокированного ротора. Вторичное сопротивление может быть рассчитано на непрерывную работу на пониженных скоростях. Особое внимание требуется на отвод тепла на пониженных скоростях из-за пониженного охлаждающего эффекта и высоких инерционных нагрузок.На Рис. 3-40 показана электрическая схема двигателя с фазным ротором.

    Рисунок 3-40. Схема двигателя с фазным ротором
    Преимущества этого типа двигателя заключаются в более низком пусковом токе (менее 600%) при высоком пусковом моменте. Этот тип двигателя также обеспечивает плавное ускорение и простоту управления.
    Недостатком этого типа двигателя является низкий КПД. Внешнее сопротивление вызывает большое падение оборотов в минуту из-за небольшого изменения нагрузки. Скорость можно снизить до 50% от номинального значения.Другой недостаток состоит в том, что относительная стоимость этого двигателя может быть существенно выше, чем у эквивалентного трехфазного асинхронного двигателя.
    Синхронные двигатели
    Трехфазный синхронный двигатель переменного тока — это уникальный и специализированный тип двигателя. Без сложного электронного управления этот тип двигателя по своей сути является двигателем с фиксированной скоростью. Этот тип двигателя используется в приложениях, где важна постоянная скорость. Это также происходит в тех случаях, когда требуется коррекция коэффициента мощности, поскольку он может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности.Синхронный двигатель — это высокоэффективное средство преобразования электрической энергии переменного тока в механическую.
    Синхронный двигатель можно рассматривать как трехфазный генератор переменного тока, работающий в обратном направлении. Постоянный ток подается непосредственно на ротор для создания вращающегося электромагнитного поля. Обмотки статора соединены по схеме «звезда» или «треугольник». На рисунке 3-41 показана схема синхронного двигателя.
    Следует отметить, что синхронный двигатель имеет «заведенный» ротор, который подключен к системе щеточного узла, подключенной к источнику постоянного тока.В действительности синхронные двигатели практически не имеют пускового момента. Для первоначального запуска двигателя необходимо использовать внешнее устройство.
    Для первоначального запуска синхронного двигателя обычно используются такие устройства, как вспомогательный двигатель / генератор постоянного тока или демпферные обмотки. Двигатель сконструирован таким образом, что он будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся поле статора. При синхронной скорости вращения ротора и статора равны, поэтому двигатель не имеет скольжения. При нагрузке на вал скольжение увеличивается и

    Рисунок 3-41.Схема синхронного двигателя переменного тока Двигатель
    реагирует большим крутящим моментом, что увеличивает скорость обратно до «синхронизма».
    Синхронные двигатели с дробным номиналом обычно самовозбуждаются с помощью демпферных обмоток. Синхронные двигатели большой мощности обычно возбуждаются постоянным током с помощью внешнего двигателя / генератора постоянного тока.

    Многополюсные двигатели

    Многополюсные двигатели можно рассматривать как многоскоростные. Как указывалось ранее, скорость является прямым результатом количества пар полюсов.При 60 Гц четырехполюсный двигатель будет иметь синхронную скорость 1800 об / мин. При тех же 60 Гц двухполюсный двигатель будет иметь двойную синхронную скорость — 3600 об / мин. Обычно асинхронный двигатель переменного тока имеет только один набор пар полюсов — 2, 4, 6 или 8 полюсов или более. Однако специально разработанные многоскоростные двигатели будут намотаны для подключения двух разных пар полюсов.
    Большинство многополюсных двигателей будут двухскоростными или двухскоростными. По сути, распределительная коробка будет содержать два набора конфигураций проводки: один для низкоскоростной и один для высокоскоростной обмоток.Обмотки включаются двухпозиционным переключателем или электрическими контактами. Переключатель или контакты будут подключать низкоскоростную или высокоскоростную обмотку к трехфазному источнику питания.
    Этот тип конфигурации двигателя обеспечивает определенную гибкость при производстве. Возможно, низкоскоростная намотка будет использоваться для производственного процесса, происходящего на подающем конвейере. После завершения процесса и закрытия концевого выключателя этот же конвейер будет перемещать продукт на высокой скорости в секцию упаковки и этикетирования.Есть много других применений в промышленности, упаковке, пищевой промышленности и HVAC, где двухскоростные двигатели могут быть преимуществом. Возможным недостатком этого типа двигателя является дополнительная стоимость некоторых типов внешнего управления переключателем.

    Специальные двигатели

    Общие принципы работы — шаговый

    Шаговый или шаговый двигатель — это двигатель, в котором электрические импульсы преобразуются в механические движения. Например, стандартный двигатель постоянного тока вращается непрерывно; но шаговый двигатель вращается с фиксированными приращениями всякий раз, когда на него подается импульс.Стандартный двигатель постоянного тока будет считаться аналоговым устройством, а шаговый двигатель — цифровым.
    Размер шага или угол шага определяется конструкцией двигателя или типом подключенного контроллера. (Примечание: угол шага определяется в долях от 360 °, что составляет один полный оборот вала.) Например, разрешение шага в 90 ° будет составлять четыре шага на оборот (оборот). Разрешение 15 ° означает 12 шагов на оборот, а 1,8 ° означает 200 шагов на оборот.Двигатели Microstep способны совершать тысячи шагов на оборот.
    Из-за их точности вращения, шаговые двигатели используются в системах управления с обратной связью, где положение имеет решающее значение. Во многих высокоточных приложениях для подтверждения фактического положения вала двигателя используется энкодер или устройство обратной связи по положению. Для шаговых двигателей
    требуется приводной комплект с электронным контроллером, источником питания и устройством обратной связи, если это необходимо. На рис. 3-42 показан принцип конструкции шагового двигателя.
    Шаговый двигатель — это двухфазный двигатель. Индексатор подает импульсы шага и направления на контроллер привода (усилитель). Величина тока для каждой фазы определяется контроллером, который затем используется как выход для шагового двигателя. Шаговый двигатель приводится в действие импульсами, которые определяют «шаги» вала двигателя. Частота этих шагов определяет скорость двигателя.
    Наиболее распространенными типами шаговых двигателей, вероятно, являются постоянный магнит (PM) и переменное сопротивление (VR).Схема на рисунке 342 представляет собой один из типов шагового двигателя с постоянными магнитами. Его можно рассматривать как конструкцию, аналогичную синхронному асинхронному двигателю.
    Ротор движется синхронно с обмотками статора, когда обмотки находятся под напряжением. Если на обмотки постоянно подается питание от двухфазного источника питания, то двигатель будет действовать как низкоскоростной синхронный двигатель. Как видно на рис. 3-42, ротор PM окружен двухфазным статором. Секции ротора смещены на 1/2 шага зуба (180 °) от

    Рисунок 3-42.Схема шагового двигателя ПМ
    друг с другом. Когда напряжение вращается по часовой стрелке, от фазы A к фазе B, набор магнитов ротора выравнивается с магнитным полем статора. Таким образом, ротор повернется на один шаг. Если по какой-то причине обе фазы запитаны одновременно, ротор займет положение посередине между полюсами статора. Если бы это произошло, двигатель считался бы полушаговым.
    Шаговый двигатель типа VR в основном сконструирован так же, как и двигатель с постоянными магнитами.Отличие в том, что у типа VR нет магнитов в роторе. Однако он может содержать 2-, 3- или 4-фазные обмотки статора. Двигатель будет работать аналогично асинхронному двигателю, при этом ротор будет совмещен с полюсом статора, на который подается напряжение.
    Шаговый двигатель — это, по сути, бесщеточный двигатель. Он может обеспечивать высокий крутящий момент при нулевой скорости без отклонения положения вала. Направление двигателя можно изменить, изменив направление импульсов с контроллера.Устройство имеет низкую инерцию, как у серводвигателя, благодаря обмоткам статора и ротору с постоянными магнитами.
    Шаговые двигатели следует учитывать по нескольким причинам. Периодически, возможно, на низких скоростях, этот тип двигателя демонстрирует колебания на каждом шаге. Это вызвано тем, что полюса ротора ищут следующее доступное магнитное поле. Часто магнитные поля ротора и статора не совпадают, обычно при включении питания. Кроме того, двигатель, контроллер и нагрузка должны быть согласованы, чтобы минимизировать колебания.Шаговые двигатели обычно нагреваются сильнее, чем стандартные асинхронные двигатели. Это связано с формой импульса от контроллера, особенно на низкой скорости
    , при наличии высоких уровней тока (результат реакции высокого крутящего момента на низкой скорости).

    Двигатели переменного тока Vector

    Этот тип двигателя является особым типом, который может быть применен к приводу с вектором переменного тока или с векторным магнитным потоком. Принцип работы этого двигателя в основном идентичен стандартному асинхронному двигателю переменного тока. Поскольку этот двигатель работает от привода с векторным магнитным потоком, требуются особые конструктивные характеристики.
    Векторное управление в основном означает требование полного крутящего момента при нулевой скорости. В таких приложениях, как лифты, подъемники и лыжные подъемники, двигатель обычно запускается при номинальной нагрузке. Если устройство представляет собой кабину лифта, положение устройства не может измениться при запуске двигателя. Если бы использовался стандартный асинхронный двигатель, ему пришлось бы «проскальзывать», чтобы развить крутящий момент. В процессе развития «пробуксовки мотора» кабина лифта могла упасть на несколько футов, прежде чем мотор смог развить достаточный крутящий момент, чтобы переместить его вверх.Векторный двигатель специально разработан для работы с чрезвычайно низким скольжением и способен справляться с выделением тепла, обеспечивая полный крутящий момент при нулевой скорости.
    Общий принцип работы заключается в анализе двигателя с точки зрения векторов напряжения и магнитного потока. Ротор делится на 360 ° вращения, что составляет один полный оборот. Вектор — это направление и количество определенной величины в цепи двигателя — в данном случае магнитный поток ротора или магнитный поток статора. Соотношение между магнитным потоком ротора и статора показано на рисунке 3-43.

    Рисунок 3-43. Взаимосвязь вектора двигателя — поток статора и ротора
    Крутящий момент в асинхронном двигателе определяется соотношением магнитного потока ротора и статора. Создаваемый физический крутящий момент является побочным продуктом величины векторов магнитного потока статора и ротора. Поток статора зависит от входного напряжения двигателя. (Векторы напряжения обозначены на рисунке буквами от U1 до U6.) Можно рассмотреть пунктирную кривую, которая задает диапазон
    крутящего момента, развиваемый в двигателе. Устройство, которое будет контролировать количество генерируемого статора и потока ротора, будет считаться приводом переменного тока с векторным или векторным потоком.
    Векторный двигатель в большинстве случаев должен иметь приспособления для установки устройства обратной связи на конце вала. Устройство обратной связи (энкодер или резольвер) отправляет информацию обратно в систему управления приводом, указывая, где именно находится положение ротора. Эта информация необходима системе управления приводом для расчета и генерации В / Гц. Затем форма волны В / Гц используется двигателем для генерации векторов магнитного потока, показанных на рисунке.
    Векторное управление, управление приводом и устройства обратной связи будут обсуждаться в теме 4 (раздел «Приводы переменного тока») и теме 5 (раздел «Управление по замкнутому контуру»).Сегодня этот тип технологий определенно пользуется большим спросом во всей отрасли. Использование векторного управления двигателем (управление крутящим моментом) позволяет производственным системам повысить точность и производительность. Базовая конструкция асинхронного двигателя переменного тока не сильно изменилась за последние несколько десятилетий. Магнетизм — это магнетизм. Однако сейчас рейтинги более точны, чем несколько десятилетий назад. Эффективность определенно выше, чем несколько десятилетий назад. Есть производители приводов переменного тока, которым требуется комбинация привода с вектором магнитного потока и двигателя — согласованного набора.Тем не менее, отраслевое направление заключается в том, чтобы иметь возможность использовать комбинацию оборудования поставщиков для достижения желаемых результатов.

    .
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *