Проектная работа «Электродвигатель»

Оглавление  

В 21-ом веке электродвигатели имеют особое место в нашей жизни. Оглянитесь вокруг – они получил практически повсеместное распространение. Сегодня они используются не только во всех отраслях промышленности, но и в транспорте, предметах и устройствах, окружающих нас в повседневной жизни, на работе, в школе и дома. Фены, вентиляторы, швейные машины, строительные инструменты, компьютеры – вот далеко не полный перечень устройств, где используются электродвигатели. И мне стало интересно, как они устроены и получится ли у меня самостоятельно собрать свою модель электродвигателя.

И я решил познакомиться с историей и устройством электродвигателя, самостоятельно изготовить его модель.

Для достижения цели своей работы мне необходимо решить следующие задачи:

Познакомиться с историей развития электродвигателя;

Выяснить принципы работы электродвигателя;

Изучить область применения электродвигателей;

Изготовить модель электродвигателя.

 

История

Величайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигателя. Этот компактный, экономичный, удобный мотор вскоре сделался одним из важнейших элементов производства, вытеснив другие виды двигателей отовсюду, куда только можно было доставить электрический ток. Электрические двигатели появились еще во второй четверти XIX столетия, но прошло несколько десятилетий, прежде чем создались благоприятные условия для их повсеместного внедрения в производство. История электродвигателя — сложная и длинная цепь открытий, находок, изобретений.

Начальный период развития электродвигателя (1821 — 1834 гг.). Он тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую. В 1821 г. М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита, или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея стал толчком для большинства ученых, изобретатели электродвигателя получили лучик надежды.

Первые электродвигатели напоминали по устройству паровые машины: двигатель Дж. Генри (1832 г.) и двигатель У. Пейджа (1864 г.) имели коромысла, кривошип, шатун, а также золотники (переключатели тока в соленоидах, заменявших собой цилиндр).

Электродвигатель Пэйджа

П. Барлоу предложил «колесо Барлоу». Оно состояло из постоянного магнита и зубчатых колес, скользящий контакт осуществлялся с помощью ртути, а питалось колесо от гальванического элемента.

«Колесо Барлоу»

Второй этап развития электродвигателей (1834 – 1860 гг.) характеризуется конструкциями с вращательным движением явнополюсного якоря. Однако вращательный момент на валу у таких двигателей обычно был резко пульсирующим.

В 1834 г. Б.С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа (4 электромагнита) располагались на неподвижной раме, а другая аналогичная – на вращающемся диске. В качестве источника питания электромагнитов применялась батарея гальванических элементов. Для изменения полярности электромагнитов использовался простейший коммутатор. Обмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно, и ток в них имел одно и тоже направление. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последовательно, но направление тока в них с помощью коммутатора изменялось 8 раз за один оборот вала, следовательно, изменялась их полярность, и они поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы.

Такой двигатель получил название явнополюсного электродвигателя Якоби и был вполне работоспособным. В 1838 г. этот двигатель (0,5 кВт) был испытан на Неве для приведения в движение лодки с пассажирами, т. е. получил первое практическое применение.

Электродвигатель Б.С. Якоби

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б.С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:

– применение электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т.е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;

– электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты и по возможности большую мощность и больший коэффициент полезного действия.

Третий этап в развитии электродвигателей (1860 – 1887 гг.) связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом.

На этом этапе нужно отметить электродвигатель итальянца А. Пачинотти (1860 г.). Его двигатель состоял из якоря кольцеобразной формы, вращающегося в магнитном поле электромагнитов. Подвод тока осуществлялся роликами. Обмотка электромагнитов включалась последовательно с обмоткой якоря (т.е. электромашина имела последовательное возбуждение). Габариты двигателя были невелики, он имел практически постоянный вращающий момент. В двигателе Пачинотти явнополюсный якорь был заменен неявнополюсным.

Электродвигатель А. Пачинотти

Барабанный якорь, в котором рабочим является проводник, составляющий виток, был изобретен лишь в 1872 г. В. Сименсом. Еще через 10 лет в железе якоря появились пазы для обмотки (1882 г.). Барабанный якорь машины постоянного тока стал таким, каким мы его можем видеть в настоящее время. Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи, с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешевого источника электрической энергии – электромагнитного генератора постоянного тока. В 1886 г. электродвигатель постоянного тока приобрел основные черты современной конструкции. В дальнейшем он все более и более совершенствовался. Таким образом, общими усилиями множества ученых разных стран, на протяжении более полувека создавалась конструкция, которую можно назвать электродвигателем.

 

Устройство и принцип работы

Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода.

При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки. Эта сила называется «амперовой».

Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из статора и ротора (якоря), разделенных воздушным зазором.

Статор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока.

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.

Итак, современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полюсами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе.

Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

Таким образом, электрическая энергия, которая подается на статор, превращается в механическую энергию ротора. К вращающемуся валу можно подключать различные механизмы, выполняющие полезную работу.

 

Характеристики электродвигателя

На данный момент электродвигатели имеют следующие характеристики. Максимальная мощность измеряется в Ваттах. Этот параметр зависит от конструкции, материала изготовления, и технологии создания. Несколько двигателей имеющие одинаковую массу и размер могут иметь различную мощность исключительно из-за технологии производства. Как правило, именно этот параметр задает ценовую категорию для двигателя. Далее рассматривают номинальное напряжение и ток, а так же сопротивление обмотки, эти параметры неизменно влияют друг на друга. При более низком сопротивлении, возрастает максимальное значение силы тока. Третьей характеристикой являются номинальные обороты в минуту. Конструкция современного двигателя направлена на получение более высоких оборотов, или же наивысшего момента на валу. Следовательно, двигатель с большим диаметром имеет увеличенный высокий момент и уменьшенные обороты.

 

Виды электродвигателей

По роду тока электродвигатели стали делиться на машины переменного и постоянного тока; по принципу действия машины переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Асинхронные двигатели отличаются простотой конструкции, малой стоимостью, надежностью в работе. Они являются самым распространенным видом двигателей.

Асинхронный двигатель.

Устройство асинхронного двигателя

На статоре асинхронного двигателя закреплены обмотки, создающие переменное вращающееся магнитное поле, концы которой выводятся на клеммную коробку. Поскольку при работе двигатель нагревается, на его валу устанавливается вентилятор системы охлаждения.

Ротор асинхронного двигателя выполнен с валом как одно целое. Он представляет собой металлические стержни, замкнутые между собой с двух сторон, из-за чего такой ротор еще именуется короткозамкнутым.

Магнитное поле вращается за счет постоянной смены полюсов. При этом соответственно меняется направление тока в обмотках. Скорость вращения вала асинхронного двигателя зависит от числа полюсов магнитного поля.

 

Синхронный двигатель.

Устройство синхронного двигателя

Устройство синхронного электродвигателя немного отличается. Как понятно из названия, в этом двигателе ротор вращается с одной скоростью с магнитным полем. Он состоит из корпуса с закрепленными на нем обмотками и ротора или якоря, снабженного такими же обмотками. Концы обмоток выводятся и закрепляются на коллекторе. На коллектор или токосъемное кольцо подается напряжение посредством графитовых щеток. При этом концы обмоток размещены таким образом, что одновременно напряжение может подаваться только на одну пару.

В отличие от асинхронных на ротор синхронных двигателей напряжение подается щетками, заряжая его обмотки, а не индуцируется переменным магнитным полем. Направление тока в обмотках ротора меняется параллельно с изменением направления магнитного поля, поэтому выходной вал всегда вращается в одну сторону. Синхронные электродвигатели позволяют регулировать скорость вращения вала путем изменения значения напряжения. На практике для этого обычно используются реостаты.

Первый асинхронный двигатель, в основе работы которого заложено вращающееся магнитное поле, появился в 1870 году. Авторами эффекта вращающегося магнитного поля независимо друг от друга стали два ученых: Г.Феррарис и Н. Тесла. Последнему принадлежит также идея создания бесколлекторного электродвигателя. По его чертежам были построены несколько электростанций с применением двухфазных двигателей переменного тока. Следующей более удачной разработкой оказался трехфазный двигатель, предложенный М.О. Доливо-Добровольским. Его первая действующая модель была запущена в 1888 году, после чего последовал ряд более совершенных двигателей.

 

Особенности электродвигателя, его достоинства и недостатки

На сегодня электродвигатели являются одними из самых распространенных видов силовых установок, и тому есть немало причин. У них высокий КПД порядка 90%, а иногда и выше, довольно низкая себестоимость и простая конструкция, они не выделяют вредных веществ в процессе эксплуатации, дают возможность плавно менять скорость во время работы без использования дополнительных механизмов типа коробки передач, надежны и долговечны.

Среди недостатков всех типов электромоторов — отсутствие высокоемкостного аккумулятора электроэнергии для автономной работы.

На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления. Электродвигатель переменного тока менее мощный, у него сложно регулировать скорость в широком диапазоне, он имеет меньший КПД.

Если же сравнивать асинхронный и синхронный электродвигатель переменного тока, то первый имеет более простую конструкцию и лишен «слабого звена» — графитовых щеток. Именно они обычно первыми выходят из строя при поломке синхронных двигателей. Вместе с тем, у него сложно получить и регулировать постоянную скорость, которая зависит от нагрузки. Синхронные двигатели позволяют регулировать скорость вращения с помощью реостатов.

 

Модель электродвигателя

Во всяком моторе есть две части: неподвижная — статор и подвижная — ротор. Ротором будет ось с полосками и прерывателем тока.

Для оси подберем вязальную спицу (размеры на чертеже). Полоски ротора (3 шт.) вырежем из жести (размеры на чертеже). В центре каждой полоски сделаем отверстие по толщине оси. Собираем их все на оси и оборачиваем изолентой. Прерыватель состоит из двух частей: небольшая рамка из жести на оси и полоска жести, укрепленной на фанере.

Из фанеры выпиливаем основание мотора (размеры на чертеже). Вырезаем полоску из жести, которая является основанием для оси с полосками (якоря) (размеры на чертеже), устраиваем ее в виде буквы П. Для статора берем два шурупа длиной по 4 см и вворачиваем в фанеру. Сделаем опору из полосок жести (3 шт.) (размеры на чертеже), которая выполняет две функции: магнитопровод, для соединения болтов, и нижняя опора для якоря. Переходим к изготовлению самой трудной части мотора — электромагниту. Для основания электромагнита нужно сделать две катушки, на которые было бы удобно наматывать проволоку. Я обратился за помощью к учителю технологии Звереву Владимиру Михайловичу, и мы на токарном по дереву станке изготовили две катушки. Наматываем медную лакированную проволоку на катушки примерно 300 витков. Катушки с проволокой помещаем на болты в основании и закрепляем.

Ставим все части электродвигателя на места. Регулируем полоски ротора на оси, все надежно закрепляем. Начинаем испытания. Наш электродвигатель получился слабым, так как заводится с ручного стартера, а остальное время якорь двигается по инерции. Это объясняется тем, что ток протекает по обмоткам не все время: ротор лишь четверть оборота включен, четверть оборота выключен , потом опять четверть оборота, чтобы включить, четверть оборота , чтобы выключить. Наш электродвигатель имеет небольшую мощность, но самое главное он работает.

 

Опора

Ось

Основание

 

Пластина якоря

Скоба

 

Применение

Без электроники сегодня никуда. С каждым днем количество приборов, работающих от электричества, всё возрастает. Электродвигатели получили широкое применение не только во многих отраслях промышленности, но и в предметах и устройствах, окружающих нас каждый день, так как простота их конструкции, надежность, долговечность и высокий показатель КПД делает их практически универсальными. Фены, вентиляторы, насосы, некоторые виды транспорта — вот лишь некоторый перечень устройств, работающих не без помощи электродвигателей. Относительной простотой конструкции и надежностью в эксплуатации отличаются именно асинхронные электродвигатели. Они хорошо используются в приводах деревообрабатывающих, металлообрабатывающих и других видов станков, кузнечнопрессовых, грузоподъемных, ткацких, швейных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, в ручном электроинструменте, в центрифуге, в лифтах, в бытовых приборах и т.д. однако имеют ограниченный диапазон частоты вращения и низкий коэффициент мощности при малых оборотах.

Крановые электродвигатели применяются в жилищном и капитальном строительстве, в горнодобывающей и металлургической промышленности, энергетике, на транспорте. Одним из видов транспорта, где используются электродвигатели, является метро.

Со временем мощность электродвигателей выросла от пятидесяти ватт до двухсот киловатт. Притом новые модели электродвигателей имеют сравнительно небольшие габариты: они выглядят, примерно, как швейная машинка. Более того, новые электродвигатели могут разгоняться до десятков тысяч оборотов в минуту за считанные секунды. Согласитесь, время не стоит на месте, техника совершенствуется и имеет уже более широкие возможности.

 

Заключение

Жизнь современного человека немыслима без использования электродвигателей. Их можно найти в автомобиле и в пылесосе, электромясорубке, кухонном комбайне, кофемолке, в сложнейших станках и в обычных детских игрушках. Они есть практически везде, хотя и отличаются между собой типом, строением и рабочими характеристиками. Трудно представить, что каких-то 150 лет назад человечество даже не знало о возможности существования электродвигателя.

Задачи, поставленные мною в начале работы, были решены, цель достигнута.

Познакомился с историей электродвигателей, узнал, что, как выглядели первые двигатели, как они работали и какие ученые работали над созданием электромагнитных двигателей.

Изучил область применения электродвигателей, и узнал, что они получили широкую область применения.

Изготовил модель электродвигателя.

Проведя большую работу по изучению литературы о создании первых электродвигателей, о физических принципах их работы, о внедрении их сегодня во все отрасли жизни, я могу с уверенностью сказать, что электродвигатель является одним из величайших изобретений человека.

Процесс сбора и изучения информации, а так же изготовление модели мне были очень интересны, результатом проделанной работы доволен. Я, что мою работу можно использовать в 8 и 9 классе при изучении электромагнитных явлений.

 

Список литературы

https://www.youtube.com/watch ?v=NTom7GHt5BY

Самодельные электрические и паровые двигатели. А. Абрамов, П. Хлебников, Государственное издательство Детской литературы Министерства Просвещения РСФСР.

http://energo- vesta.com.ua/statiya/46-istoriya.html

http://elektrik24.net/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/princip-raboty-3.html

Устройство электродвигателя и принцип работы

http://electricalschool.info/main/osnovy/1603-principy-dejjstvija-i-ustrojjstvo.html

 

 

Администрация Шарангского муниципального района Нижегородской области

МБОУ Кушнурская СШ

 

Научно-практическая конференция

«Планета открытий»

Секция: физика

Номинация «Применение законов физики в природе, быту»

Исследовательская работа

Электродвигатель

 

Автор работы: ученик 8 класса

МБОУ Кушнурской СШ

Суслов Михаил,14 лет.

Руководитель: Краснов Владимир Владимирович,

учитель физики МБОУ Кушнурской СШ

 

2017

Какую работу совершает электродвигатель

Работа асинхронного электродвигателя

В этой статье мы будем рассматривать  однофазные асинхронные электродвигатели и трехфазные. Однофазные эл двигатели используют исключительно в маломощных приборах, трёхфазные наоборот — незаменимы для привода различных станков, подъемных кранов и так далее.

Принцип работы трехфазного эл двигателя

Данный вид эл двигателей наиболее популярен — практически 90 процентов от всех электродвигателей в мире. Их популярность обусловлена простотой использования и конструкции, а так же эксплуатационной надежностью.
Рабочая часть электродвигателя  это ротор и статор (подвижная и неподвижная его часть соответственно). Принцип работы электродвигателя очень простой: на обмотку статора подается электрическое напряжение, в результате чего создается магнитное поле. В статоре электродвигателя создается магнитная индукция, которая преобразовывает электрическую энергию во вращательное движение ротора. Обмотки в статоре смещаются относительно друг друга на 120 градусов, а обмотки в каждой из фаз на эти же 120 градусов относительно двух других соответственно. Магнитный поток электродвигателя, образующийся в результате действия всех, получается вращающимся.
Из-за того что в обмотках статора электрическая цепь замкнута создается ток, которому приходится взаимодействовать с магнитным потоком статора. Так создается пусковой момент двигателя, этот момент поворачивает  ротор. Ротор вращается в направлении вращения магнитного поля статора.

Принцип работы однофазного электромотора

Строение у однофазного электродвигателя похоже на трехфазный — также состоит из ротора и статора. Различие кроется в количестве обмоток — их две. Она называется рабочей, другая обмотка зовется пусковой. Однофазные электродвигатели нашли свое применение в оборудовании, которое не предполагает изначальной нагрузки на валу мотора. Это эл двигатели малой мощности (не более 3 кВт). Однако если все же такая нагрузка есть, возможно применение однофазного мотора с двумя конденсаторами: пусковым и рабочим. Рабочая обмотка однофазного электродвигателя создает прямое и обратное пульсирующее магнитное поле в статоре.
Прямое поле вращается по направлению ротора и создает основной электромагнитный момент. Обратное поле, соответственно, в противоположную сторону. Частота вращения у них одинаковая.  В  неподвижном состоянии два поля создают одинаковые по величине и разные по знаку моменты, которые уравновешивают систему. От этого, при пуске, результирующий момент такого двигателя равен нулю, он не может начать вращать свой вал. Однако, если ротору задать вращение  в любую сторону, то один из моментов будет преобладать, и вал двигателя продолжит вращаться в заданную сторону. Для задания направления вращения ротора используют специальные устройства.

Какую работу совершает электродвигатель

Чтобы это узнать, сначала нам необходимо выяснить какую работу совершает ток в электродвигателе. Полная работа тока вычисляется по формуле:

 А=U*I*t

где А — это полная работа электрического тока, Дж;
U — это напряжение на клеммах электродвигателя, В;
I — сила тока в цепи электродвигателя, А;
t — время работы электродвигателя, в секундах (с).

         Напряжение на клеммах — это, по сути, напряжение питания мотора. Сила тока в цепи, она же номинальная сила тока, всегда указывается производителем либо на самом моторе, либо в сопроводительной документации к нему. Поэтому вычислить это значение не составит труда.
Работа электродвигателя — полезная работа, она напрямую зависит от его КПД. Значение коэффициента полезного действия также должно быть указано или в паспорте мотора, либо на самом моторе. Зная полную работу и КПД, мы можем узнать работу двигателя: это произведение полной работы электрического тока на КПД электродвигателя. Измеряется она, как и любая работа, в джоулях.

 Электродвигатель АИР характеристики

Тип двигателя	Р, кВт	Номинальная частота вращения, об/мин	кпд,*	COS ф	1п/1н	Мп/Мн	Мmах/Мн	1н, А	Масса, кг
Купить АИР56А2	0,18	2840	68,0	0,78	5,0	2,2	2,2	0,52	3,4
Купить АИР56В2	0,25	2840	68,0	0,698	5,0	2,2	2,2	0,52	3,9
Купить АИР56А4	0,12	1390	63,0	0,66	5,0	2,1	2,2	0,44	3,4
Купить АИР56В4	0,18	1390	64,0	0,68	5,0	2,1	2,2	0,65	3,9
Купить АИР63А2	0,37	2840	72,0	0,86	5,0	2,2	2,2	0,91	4,7
Купить АИР63В2	0,55	2840	75,0	0,85	5,0	2,2	2,3	1,31	5,5
Купить АИР63А4	0,25	1390	68,0	0,67	5,0	2,1	2,2	0,83	4,7
Купить АИР63В4	0,37	1390	68,0	0,7	5,0	2,1	2,2	1,18	5,6
Купить АИР63А6	0,18	880	56,0	0,62	4,0	1,9	2	0,79	4,6
Купить АИР63В6	0,25	880	59,0	0,62	4,0	1,9	2	1,04	5,4
Купить АИР71А2	0,75	2840	75,0	0,83	6,1	2,2	2,3	1,77	8,7
Купить АИР71В2	1,1	2840	76,2	0,84	6,9	2,2	2,3	2,6	10,5
Купить АИР71А4	0,55	1390	71,0	0,75	5,2	2,4	2,3	1,57	8,4
Купить АИР71В4	0,75	1390	73,0	0,76	6,0	2,3	2,3	2,05	10
Купить АИР71А6	0,37	880	62,0	0,70	4,7	1,9	2,0	1,3	8,4
Купить АИР71В6	0,55	880	65,0	0,72	4,7	1,9	2,1	1,8	10
Купить АИР71А8	0,25	645	54,0	0,61	4,7	1,8	1,9	1,1	9
Купить АИР71В8	0,25	645	54,0	0,61	4,7	1,8	1,9	1,1	9
Купить АИР80А2	1,5	2850	78,5	0,84	7,0	2,2	2,3	3,46	13
Купить АИР80А2ЖУ2	1,5	2850	78,5	0,84	7,0	2,2	2,3	3,46	13
Купить АИР80В2	2,2	2855	81,0	0,85	7,0	2,2	2,3	4,85	15
Купить АИР80В2ЖУ2	2,2	2855	81,0	0,85	7,0	2,2	2,3	4,85	15
Купить АИР80А4	1,1	1390	76,2	0,77	6,0	2,3	2,3	2,85	14
Купить АИР80В4	1,5	1400	78,5	0,78	6,0	2,3	2,3	3,72	16
Купить АИР80А6	0,75	905	69,0	0,72	5,3	2,0	2,1	2,3	14
Купить АИР80В6	1,1	905	72,0	0,73	5,5	2,0	2,1	3,2	16
Купить АИР80А8	0,37	675	62,0	0,61	4,0	1,8	1,9	1,49	15
Купить АИР80В8	0,55	680	63,0	0,61	4,0	1,8	2,0	2,17	18
Купить АИР90L2	3,0	2860	82,6	0,87	7,5	2,2	2,3	6,34	17
Купить АИР90L2ЖУ2	3,0	2860	82,6	0,87	7,5	2,2	2,3	6,34	17
Купить АИР90L4	2,2	1410	80,0	0,81	7,0	2,3	2,3	5,1	17
Купить АИР90L6	1,5	920	76,0	0,75	5,5	2,0	2,1	4,0	18
Купить АИР90LA8	0,75	680	70,0	0,67	4,0	1,8	2,0	2,43	23
Купить АИР90LB8	1,1	680	72,0	0,69	5,0	1,8	2,0	3,36	28
Купить АИР100S2	4,0	2880	84,2	0,88	7,5	2,2	2,3	8,2	20,5
Купить АИР100S2ЖУ2	4,0	2880	84,2	0,88	7,5	2,2	2,3	8,2	20,5
Купить АИР100L2	5,5	2900	85,7	0,88	7,5	2,2	2,3	11,1	28
Купить АИР100L2ЖУ2	5,5	2900	85,7	0,88	7,5	2,2	2,3	11,1	28
Купить АИР100S4	3,0	1410	82,6	0,82	7,0	2,3	2,3	6,8	21
Купить АИР100L4	4,0	1435	84,2	0,82	7,0	2,3	2,3	8,8	37
Купить АИР100L6	2,2	935	79,0	0,76	6,5	2,0	2,1	5,6	33,5
Купить АИР100L8	1,5	690	74,0	0,70	5,0	1,8	2,0	4,4	33,5
Купить АИР112M2	7,5	2895	87,0	0,88	7,5	2,2	2,3	14,9	49
Купить АИР112М2ЖУ2	7,5	2895	87,0	0,88	7,5	2,2	2,3	14,9	49
Купить АИР112М4	5,5	1440	85,7	0,83	7,0	2,3	2,3	11,7	45
Купить АИР112MA6	3,0	960	81,0	0,73	6,5	2,1	2,1	7,4	41
Купить АИР112MB6	4,0	860	82,0	0,76	6,5	2,1	2,1	9,75	50
Купить АИР112MA8	2,2	710	79,0	0,71	6,0	1,8	2,0	6,0	46
Купить АИР112MB8	3,0	710	80,0	0,73	6,0	1,8	2,0	7,8	53
Купить АИР132M2	11	2900	88,4	0,89	7,5	2,2	2,3	21,2	54
Купить АИР132М2ЖУ2	11	2900	88,4	0,89	7,5	2,2	2,3	21,2	54
Купить АИР132S4	7,5	1460	87,0	0,84	7,0	2,3	2,3	15,6	52
Купить АИР132M4	11	1450	88,4	0,84	7,0	2,2	2,3	22,5	60
Купить АИР132S6	5,5	960	84,0	0,77	6,5	2,1	2,1	12,9	56
Купить АИР132M6	7,5	970	86,0	0,77	6,5	2,0	2,1	17,2	61
Купить АИР132S8	4,0	720	81,0	0,73	6,0	1,9	2,0	10,3	70
Купить АИР132M8	5,5	720	83,0	0,74	6,0	1,9	2,0	13,6	86
Купить АИР160S2	15	2930	89,4	0,89	7,5	2,2	2,3	28,6	116
Купить АИР160S2ЖУ2	15	2930	89,4	0,89	7,5	2,2	2,3	28,6	116
Купить АИР160M2	18,5	2930	90,0	0,90	7,5	2,0	2,3	34,7	130
Купить АИР160М2ЖУ2	18,5	2930	90,0	0,90	7,5	2,0	2,3	34,7	130
Купить АИР160S4	15	1460	89,4	0,85	7,5	2,2	2,3	30,0	125
Купить АИР160S4ЖУ2	15	1460	89,4	0,85	7,5	2,2	2,3	30,0	125
Купить АИР160M4	18,5	1470	90,0	0,86	7,5	2,2	2,3	36,3	142
Купить АИР160S6	11	970	87,5	0,78	6,5	2,0	2,1	24,5	125
Купить АИР160M6	15	970	89,0	0,81	7,0	2,0	2,1	31,6	155
Купить АИР160S8	7,5	720	85,5	0,75	6,0	1,9	2,0	17,8	125
Купить АИР160M8	11	730	87,5	0,75	6,5	2,0	2,0	25,5	150
Купить АИР180S2	22	2940	90,5	0,90	7,5	2,0	2,3	41,0	150
Купить АИР180S2ЖУ2	22	2940	90,5	0,90	7,5	2,0	2,3	41,0	150
Купить АИР180M2	30	2950	91,4	0,90	7,5	2,0	2,3	55,4	170
Купить АИР180М2ЖУ2	30	2950	91,4	0,90	7,5	2,0	2,3	55,4	170
Купить АИР180S4	22	1470	90,5	0,86	7,5	2,2	2,3	43,2	160
Купить АИР180S4ЖУ2	22	1470	90,5	0,86	7,5	2,2	2,3	43,2	160
Купить АИР180M4	30	1470	91,4	0,86	7,2	2,2	2,3	57,6	190
Купить АИР180М4ЖУ2	30	1470	91,4	0,86	7,2	2,2	2,3	57,6	190
Купить АИР180M6	18,5	980	90,0	0,81	7,0	2,1	2,1	38,6	160
Купить АИР180M8	15	730	88,0	0,76	6,6	2,0	2,0	34,1	172
Купить АИР200M2	37	2950	92,0	0,88	7,5	2,0	2,3	67,9	230
Купить АИР200М2ЖУ2	37	2950	92,0	0,88	7,5	2,0	2,3	67,9	230
Купить АИР200L2	45	2960	92,5	0,90	7,5	2,0	2,3	82,1	255
Купить АИР200L2ЖУ2	45	2960	92,5	0,90	7,5	2,0	2,3	82,1	255
Купить АИР200M4	37	1475	92,0	0,87	7,2	2,2	2,3	70,2	230
Купить АИР200L4	45	1475	92,5	0,87	7,2	2,2	2,3	84,9	260
Купить АИР200M6	22	980	90,0	0,83	7,0	2,0	2,1	44,7	195
Купить АИР200L6	30	980	91,5	0,84	7,0	2,0	2,1	59,3	225
Купить АИР200M8	18,5	730	90,0	0,76	6,6	1,9	2,0	41,1	210
Купить АИР200L8	22	730	90,5	0,78	6,6	1,9	2,0	48,9	225
Купить АИР225M2	55	2970	93,0	0,90	7,5	2,0	2,3	100	320
Купить АИР225M4	55	1480	93,0	0,87	7,2	2,2	2,3	103	325
Купить АИР225M6	37	980	92,0	0,86	7,0	2,1	2,1	71,0	360
Купить АИР225M8	30	735	91,0	0,79	6,5	1,9	2,0	63	360
Купить АИР250S2	75	2975	93,6	0,90	7,0	2,0	2,3	135	450
Купить АИР250M2	90	2975	93,9	0,91	7,1	2,0	2,3	160	530
Купить АИР250S4	75	1480	93,6	0,88	6,8	2,2	2,3	138,3	450
Купить АИР250M4	90	1480	93,9	0,88	6,8	2,2	2,3	165,5	495
Купить АИР250S6	45	980	92,5	0,86	7,0	2,1	2,0	86,0	465
Купить АИР250M6	55	980	92,8	0,86	7,0	2,1	2,0	104	520
Купить АИР250S8	37	740	91,5	0,79	6,6	1,9	2,0	78	465
Купить АИР250M8	45	740	92,0	0,79	6,6	1,9	2,0	94	520
Купить АИР280S2	110	2975	94,0	0,91	7,1	1,8	2,2	195	650
Купить АИР280M2	132	2975	94,5	0,91	7,1	1,8	2,2	233	700
Купить АИР280S4	110	1480	94,5	0,88	6,9	2,1	2,2	201	650
Купить АИР280M4	132	1480	94,8	0,88	6,9	2,1	2,2	240	700
Купить АИР280S6	75	985	93,5	0,86	6,7	2,0	2,0	142	690
Купить АИР280M6	90	985	93,8	0,86	6,7	2,0	2,0	169	800
Купить АИР280S8	55	740	92,8	0,81	6,6	1,8	2,0	111	690
Купить АИР280M8	75	740	93,5	0,81	6,2	1,8	2,0	150	800
Купить АИР315S2	160	2975	94,6	0,92	7,1	1,8	2,2	279	1170
Купить АИР315M2	200	2975	94,8	0,92	7,1	1,8	2,2	248	1460
Купить АИР315МВ2	250	2975	94,8	0,92	7,1	1,8	2,2	248	1460
Купить АИР315S4	160	1480	94,9	0,89	6,9	2,1	2,2	288	1000
Купить АИР315M4	200	1480	94,9	0,89	6,9	2,1	2,2	360	1200
Купить АИР315S6	110	985	94,0	0,86	6,7	2,0	2,0	207	880
Купить АИР315М(А)6	132	985	94,2	0,87	6,7	2,0	2,0	245	1050
Купить АИР315MВ6	160	985	94,2	0,87	6,7	2,0	2,0	300	1200
Купить АИР315S8	90	740	93,8	0,82	6,4	1,8	2,0	178	880
Купить АИР315М(А)8	110	740	94,0	0,82	6,4	1,8	2,0	217	1050
Купить АИР315MВ8	132	740	94,0	0,82	6,4	1,8	2,0	260	1200
Купить АИР355S2	250	2980	95,5	0,92	6,5	1. 6	2,3	432,3	1700
Купить АИР355M2	315	2980	95,6	0,92	7,1	1,6	2,2	544	1790
Купить АИР355S4	250	1490	95,6	0,90	6,2	1,9	2,9	441	1700
Купить АИР355M4	315	1480	95,6	0,90	6,9	2,1	2,2	556	1860
Купить АИР355MА6	200	990	94,5	0,88	6,7	1,9	2,0	292	1550
Купить АИР355S6	160	990	95,1	0,88	6,3	1,6	2,8	291	1550
Купить АИР355МВ6	250	990	94,9	0,88	6,7	1,9	2,0	454,8	1934
Купить АИР355L6	315	990	94,5	0,88	6,7	1,9	2,0	457	1700
Купить АИР355S8	132	740	94,3	0,82	6,4	1,9	2,7	259,4	1800
Купить АИР355MА8	160	740	93,7	0,82	6,4	1,8	2,0	261	2000
Купить АИР355MВ8	200	740	94,2	0,82	6,4	1,8	2,0	315	2150
Купить АИР355L8	132	740	94,5	0,82	6,4	1,8	2,0	387	2250

XXVII.

Охрана труда при выполнении работ на электродвигателях / КонсультантПлюс

XXVII. Охрана труда при выполнении работ

на электродвигателях

27.1. Если работа на электродвигателе или приводимом им в движение механизме связана с прикосновением к токоведущим и вращающимся частям, электродвигатель должен быть отключен с выполнением предусмотренных Правилами технических мероприятий, предотвращающих его ошибочное включение. При этом у двухскоростного электродвигателя должны быть отключены и разобраны обе цепи питания обмоток статора.

Работу, не связанную с прикосновением к токоведущим или вращающимся частям электродвигателя и приводимого им в движение механизма, разрешается производить на работающем электродвигателе.

Запрещается снимать ограждения вращающихся частей работающих электродвигателя и механизма.

27.2. При работе на электродвигателе правомерна установка заземления на любом участке кабельной линии, соединяющей электродвигатель с секцией РУ, щитом, сборкой. При этом возможность установки заземлений должна быть отражена в соответствующих инструкциях организаций по безопасному выполнению работ на электродвигателях (с учетом требований Пункта 7.8).

Если работы на электродвигателе рассчитаны на срок более 1 суток, не выполняются или прерваны, то отсоединенная от него КЛ должна быть заземлена также со стороны электродвигателя.

В тех случаях, когда сечение жил кабеля не позволяет применять переносные заземления, у электродвигателей напряжением до 1000 В разрешается заземлять КЛ медным проводником сечением не менее сечения жилы кабеля либо соединять между собой жилы кабеля и изолировать их. Такое заземление или соединение жил кабеля должно учитываться в оперативной документации наравне с переносным заземлением.

27.3. Перед допуском к работам на электродвигателях, способных к вращению за счет соединенных с ними механизмов (дымососы, вентиляторы, насосы), штурвалы запорной арматуры (задвижек, вентилей, шиберов) должны быть заперты на замок. Кроме того, должны быть приняты меры по затормаживанию роторов электродвигателей или расцеплению соединительных муфт.

Необходимые операции с запорной арматурой должны быть согласованы с начальником смены технологического цеха, участка с записью в оперативном журнале.

27.4. Перед началом работ по наряду-допуску или распоряжению со схем ручного дистанционного и автоматического управления электроприводами запорной арматуры, направляющих аппаратов должно быть снято напряжение.

На штурвалах задвижек, шиберов, вентилей должны быть вывешены плакаты «Не открывать! Работают люди», а на ключах, кнопках управления электроприводами запорной арматуры — «Не включать! Работают люди».

При снятии напряжения со схем ручного дистанционного и автоматического управления электроприводами запорной арматуры, направляющих аппаратов, связанном с ведением технологического процесса, плакаты на штурвалах задвижек, шиберов, вентилей и ключах, кнопках управления электроприводами запорной арматуры должен вывешивать допускающий персонал цеха, участка осуществляющего ведение технологического процесса, назначенный из числа оперативного или оперативно-ремонтного персонала.

27.5. На однотипных или близких по габариту электродвигателях, установленных рядом с двигателем, на котором предстоит выполнить работу, должен быть вывешен плакат «Стой! Напряжение» независимо от того, находятся они в работе или остановлены.

27.6. Работы по одному наряду-допуску на электродвигателях одного напряжения, выведенных в ремонт агрегатов, технологических линий, установок могут проводиться на условиях, предусмотренных пунктом 6.9 Правил. Допуск на все заранее подготовленные рабочие места разрешается выполнять одновременно, оформление перевода с одного рабочего места на другое не требуется. При этом запрещается опробование или включение в работу любого из перечисленных в наряде-допуске электродвигателей до полного окончания работы на других электродвигателях.

27.7. Порядок включения электродвигателя для опробования должен быть следующим:

производитель работ удаляет бригаду с места работы, оформляет окончание работы и сдает наряд-допуск оперативному персоналу;

оперативный персонал снимает установленные заземления, плакаты, выполняет сборку схемы.

После опробования при необходимости продолжения работы на электродвигателе оперативный персонал вновь подготавливает рабочее место и бригада по наряду-допуску повторно допускается к работе на электродвигателе.

27.8. Работу на вращающемся электродвигателе без соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями разрешается проводить по распоряжению.

27.9. Обслуживание щеточного аппарата на работающем электродвигателе разрешается выполнять по распоряжению обученному для этой цели работнику, имеющему группу III, при соблюдении следующих мер предосторожности:

работать с использованием средств защиты лица и глаз, в застегнутой спецодежде, остерегаясь захвата ее вращающимися частями электродвигателя;

пользоваться диэлектрическими галошами (ботами), коврами;

не касаться руками одновременно токоведущих частей двух полюсов или токоведущих и заземленных частей.

Кольца ротора разрешается шлифовать на вращающемся электродвигателе лишь с помощью колодок из изоляционного материала.

27.10. В инструкциях по охране труда должны быть детально изложены требования к подготовке рабочего места и организации безопасного проведения работ на электродвигателях, учитывающие виды используемых электрических машин, особенности пускорегулирующих устройств, специфику механизмов, технологических схем.

Урок 36 (дополнительный материал). Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы

Принцип действия электродвигателя.

Электродвигатель – это просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую.

В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных класса: AC и DC.

Электродвигатели класса AC (Alternating Current) требуют для работы источник переменного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой электрической розетке в доме).

Электродвигатели класса DC (Direct Current) требуют для работы источник постоянного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой батарейке).

Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.

Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии одинаков для всех типов.

Устройство и принцип работы простейшего электродвигателя.

В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Один из первых двигателей, нашедших практическое применение, был двигатель Бориса Семеновича Якоби (1801 –1874), приводивший в движение катер с 12 пассажирами на борту. Однако для широкого использования электродвигателя необходим был источник дешевой электроэнергии — электромагнитный генератор.

Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором.

Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная — статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит — статором.

Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.

Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.

Простейший электродвигатель

Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (от батарейки). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

В некоторых двигателях для создания магнитного поля вместо постоянного магнита служит электромагнит. Витки проволоки такого электромагнита называются обмоткой возбуждения.

Электродвигатели используются повсюду. Даже дома вы можете обнаружить огромное количество электродвигателей. Электродвигатели используются в часах, в вентиляторе микроволновой печи, в стиральной машине, в компьютерных вентиляторах, в кондиционере, в соковыжималке и т. д. и т. п. Ну а электродвигатели, применяемые в промышленности, можно перечислять бесконечно. Диапазон физических размеров – от размера со спичечную головку до размера локомотивного двигателя.

Показанный ниже промышленный электродвигатель работает и на постоянном, и на переменном токе. Его статор – это электромагнит, создающий магнитное поле. Обмотки двигателя поочередно подключаются через щетки к источнику питания. Одна за другой они поворачивают ротор на небольшой угол, и ротор непрерывно вращается.

Промышленный электродвигатель

 

Электроизмерительные приборы.

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Группа электромагнитных приборов является наиболее распространенной. Принцип их действия, использованный впервые еще Ф. Кольраушем в 1884 году, основан на перемещении подвижной железной части под влиянием магнитного потока, создаваемого катушкой, по которой пропускается ток. Практическое осуществление этого принципа отличается разнообразием.

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах, вольтметрах и др.  

Устройство прибора магнитоэлектрической системы

Измерительный прибор магнитоэлектрической системы устроен следующим образом.

Берут лёгкую алюминиевую рамку 2 прямоугольной формы, наматывают на неё катушку из тонкого провода. Рамку крепят на двух полуосях О и О’, к которым прикреплена также стрелка прибора 4. Ось удерживается двумя тонкими спиральными пружинами 3. Силы упругости пружин, возвращающие рамку к положению равновесия в отсутствие тока, подобраны такими, чтобы были пропорциональными углу отклонения стрелки от положения равновесия. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита М с наконечниками формы полого цилиндра. Внутри катушки располагают цилиндр 1 из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (см рисунок).

В результате при любом положении катушки силы, действующие на нее со стороны магнитного поля, максимальны и при неизменной силе тока постоянны. Векторы F и –F изображают силы, действующие на катушку со стороны магнитного поля и поворачивающие ее. Катушка с током поворачивается до тех пор, пока силы упругости со стороны пружины не уравновесят силы, действующие на рамку со стороны магнитного поля. Увеличивая силу тока в рамке в 2 раза, рамка повернётся на угол, вдвое больший. Это происходит потому, что F_m~I.

Силы, действующие на рамку с током прямо пропорциональны силе тока, то есть можно, проградуировав прибор, измерять силу тока в рамке.

Точно так же можно прибор настроить на измерение напряжения в цепи, если проградуировать шкалу в вольтах, причём сопротивление рамки с током должно быть выбрано очень большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряем напряжение.

Дополнительные материалы.

1. Видео-ролик «Принцип работы электродвигателя»

2. Презентация «Электроизмерительные приборы» скачать с Яндекса

Медиа-материалы из Единой коллекции Цифровых Образовательных Ресурсов:

Рисунок «Вольтметр» 8_140
Рисунок-плакат «Электродвигатель» 8_224
Слайд-шоу «Работа электродвигателя» 8_225
Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор электродинамической системы» 8_227
Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор» 8_228
Слайд-шоу «Работа амперметра» 8_229
Слайд-шоу «Работа электроизмерительного прибора» 8_230

Ненормальные режимы и работа электродвигателя

2020-12-18

Основной разновидностью ненормального режима для многих электродвигателей является перегрузка током. Все электродвигатели в течение некоторого времени допускают перегрузку током, однако прохождение повышенных токов сверх допустимого времени может вызвать повреждение электродвигателя, а, следовательно, ремонт электродвигателя. Или в лучшем случае ускоренное старение изоляции. Поэтому на электродвигателях, подверженных перегрузкам, должна устанавливаться токовая защита, которая при длительной перегрузке будет действовать на сигнал или на отключение двигателя. Здесь на сайте https://ok-stanok.ru/shop/54-zatochnyie-stanki можно приобрести заточный станок.

Если позволяют условия, целесообразно осуществлять действие этой защиты на разгрузку приводимого механизма. Ненормальным режимом для электродвигателя является также исчезновение или длительное снижение напряжения. В тех случаях, когда самозапуск электродвигателя необязателен, то по технологическим соображениям, по условиям безопасности Персонала или для ограничения тока самозапуска часто бывает целесообразна установка защиты минимального напряжения, отключающая электродвигатель при исчезновении или снижении напряжения.

Синхронные электродвигатели в. н. при глубоких, длительных (более 0, 5 сек) снижениях напряжения или при значительных перегрузках могут выйти из синхронизма. Синхронные электродвигатели не рассчитаны на длительный асинхронный режим и должны иметь хорошую защиту от него, действующую на восстановление нормального синхронного режима или на отключение.

Для восстановления синхронного режима защита может действовать на схему ресинхронизации, а так же на полную автоматическую разгрузку механизма, при которой обеспечивается полное втягивание электродвигателя в синхронизм, или на полное отключение агрегата с повторным автоматическим пуском. Для бесперебойной работы большинства промышленных установок и особенно собственных нужд электростанций большое значение имеет возможность самозапуска ответственных электродвигателей после кратковременного понижения или даже исчезновения напряжения в питающей сети.

Релейная защита ответственных электродвигателей в. н. должна обеспечивать возможность самозапуска. Во многих случаях наиболее выгодным напряжением распределительной сети является напряжение 10 кВт, но электродвигатели на такое напряжение начали выполняться сравнительно недавно и до сих пор не выполняются на мощность менее 1 200 кВт.

Назад к разделу

Просмотров: 111

5.2. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

            5.2.1. При эксплуатации электродвигателей, их пускорегулирующих устройств и защит должна быть обеспечена их надежная работа при пуске и в рабочих режимах.
            5.2.2. На шинах собственных нужд электростанции напряжение должно поддерживаться в пределах 100-105% номинального. При необходимости допускается работа электродвигателей при напряжении 90-110% номинального с сохранением их номинальной мощности.
            При изменении частоты питающей сети в пределах +-2,5% номинального значения допускается работа электродвигателей с номинальной мощностью.
            Номинальная мощность электродвигателей должна сохраняться при одновременном отклонении напряжения до +-10% и частоты до +-2,5% номинальных значений при условии, что при работе с повышенным напряжением и повышенной частотой или с пониженным напряжением и повышенной частотой сумма абсолютных значений отклонений напряжения и частоты не превышает 10%.
            5.2.3. На электродвигатели и приводимые ими механизмы должны бьпь нанесены стрелки, указывающие направление вращения. На электродвигателях и их пусковых устройствах должны быть надписи с наименованием агрегата, к которому они относятся.
            5.2.4. Продуваемые электродвигатели, устанавливаемые в пыльных помещениях
            помещениях с повышенной влажностью, должны быть оборудованы устройствами подвода чистого охлаждающего воздуха. Количество воздуха, продуваемого через электродвигатель, а также его параметры (температура, содержание примесей и т.п.) должны соответствовать требованиям заводских инструкций.
            Плотность тракта охлаждения (воздуховодов, узлов присоединения кожухов воздуховодов к корпусу электродвигателя, заслонок) должна проверяться не реже 1 раза в год.
            Индивидуальные электродвигатели внешних вентиляторов охлаждения должны автоматически включаться и отключаться при включении и опапочении основных электродвигамлей.
            5.2.5. Электродвигатели с водяным охлаждением обмотки ротора и активной стали статора, а также со встроенными водяными воздухоохладителями должны бьпь оборудованы устройствами, сигнализирующими о появлении воды в корпусе. Эксплуатация оборудования и аппаратуры систем водяного охлаждения, качество конденсата и воды должны соответствовать требованиям заводских инструкций.
            5.2.6. На электродвигателях, имеющих принудительную смазку подшипников, должна бьпь установлена защита, действующая на сигнал и отключение электродвигателя при повышении температуры вкладышей подшипников или прекращении поступления смазки.
            5.2.7. При перерыве в электропитании электродвигателей (включая электродвигатели с регулируемой частотой вращения) ответственного тепломеханического оборудования должен быть обеспечен их групповой самозапуск при повторной подаче напряжения от рабочего или резервного источника питания с сохранением устойчивости технологического режима основного оборудования.
            Время перерыва питания, определяемое выдержками времени технологических и резервных электрических защит, должно бьпь не более 2,5с.
            Перечень ответственных механизмов должен быть утвержден техническим руководителем электростанции.
            5.2.8. Электродвигатели с короткозамкнутыми роторами разрешается пускать из холодного состояния 2 раза подряд, из горячего 1 раз, если заводской инструкцией не допускается большего количества пусков. Последующие пуски разрешаются после охлаждения электродвигателя в течение времени, определяемого заводской инструкцией для данного типа электродвигателя.
            Повторные включения электродвигателей в случае отключения их основными защитами разрешаются после обследования и проведения контрольных измерений сопротивления изоляции.
            Для двигателей ответственных механизмов, не имеющих резерва, повторное включение разрешается после внешнего осмотра двигателя.
            Повторное включение двигателей в случаях действия резервных защит до выяснения причины отключения запрещается.
            5.2.9. Электродвигатели, длительно находящиеся в резерве, и автоматические устройства включения резерва должны осматриваться и опробоваться вместе с механизмами по утвержденному техническим руководителем графику. При этом у электродвигателей наружной установки, не имеющих обогрева, должны проверяться сопротивление изоляции обмотки статора и коэффициент абсорбции.
            5.2.10. Вертикальная и поперечная составляющие вибрации (среднее квадратическое значение виброскорости или удвоенная амплитуда колебаний), измеренные на подшипниках электродвигателей, сочлененных с механизмами, не должны превышать значений, указанных в заводских инструкциях.
            При отсутствии таких указаний в технической документации вибрация подшипников электродвигателей, сочлененных с механизмами, не должна быть выше следующих значений:

	Синхронная частота вращения, об/мин		3000		1500		1000		750 и менее
	Удвоенная амплитуда колебаний подшипников, мкм		30		60		80		95

            Для электродвигателей, сочлененных с углеразмольными механизмами, дымососами и другими механизмами, вращающиеся части которых подвержены быстрому износу, а также для электродвигателей, сроки эксплуатации которых превышают 15 лет, допускается работа агрегатов с повышенной вибрацией подшипников электродвигателей в течение времени, необходимого для устранения причины повышения вибрации.
            Нормы вибрации для этих условий не должны бьпь выше следующих значений:

	Синхронная частота вращения, об/мин		3000		1500		1000		750 и менее
	Удвоенная амплитуда колебаний подшипников, мкм		50		100		130		160

            Периодичность измерений вибрации ответственных механизмов должна бьпь установлена по графику, утвержденному техническим руководителем электростанции.
            5.2.11. Надзор за нагрузкой электродвигателей, щеточным аппаратом, вибрацией, температурой элементов и охлаждающих сред электродвигателя (обмотки и сердечника статора, воздуха, подшипников и т.д.), уход за подшипниками (поддержание требуемого уровня масла) и устройствами подвода охлаждающего воздуха, воды к воздухоохладителям и обмоткам, а также операции по пуску и останову электродвигателя должен осуществлять дежурный персонал цеха, обслуживающего механизм.
            В случаях, когда через камеры охладителей проходят токоведущие части, надзор и обслуживание схемы охлаждения в пределах этих камер должен осуществлять персонал электроцеха.
            5.2.12. Электродвигатели должны бьпь немедленно отключены от сети при несчастных случаях с людьми, появлении дыма или огня из корпуса электродвигателя, его пусковых и возбудительных устройств, поломке приводимого механизма.
            Электродвигатель должен бьпь остановлен после пуска резервного (если он имеется) в случаях:
            появления запаха горелой изоляции;
            резкого увеличения вибрации электродвигателя или механизма;
            недопустимого возрастания температуры подшипников;
            перегрузки выше допустимых значений;
            угрозы повреждения электродвигателей (заливание водой, запаривание, ненормальный шум и др.).
            5.2.13. Для электродвигателей переменного тока мощностью свыше 100 кВт, а также электродвигателей механизмов, подверженных технологическим перегрузкам, должен быть обеспечен контроль тока статора.
            На электродвигателях постоянного тока для привода питателей топлива, аварийных маслонасосов турбин и уплотнений вала независимо от их мощности должен контролироватъся ток статора.
            5.2.14. Профилактические испытания и ремонт электродвигателей, их съем и установку при ремонте должен производить персонал электроцеха, за исключением электродвигателей задвижек, обслуживаемых цехом тепловой автоматики и измерений.
            5.2.15. Центровку и балансировку агрегата; ремонт и установку соединительных муфт (полумуфт электродвигателя и механизма) и выносных подшипников; ремонт вкладышей подшипников скольжения электродвигателей, фундаментов и рамы, масляной системы (при принудительной смазке подшипников), устройств подвода воздуха, а также воды к воздухоохладителям, обмоткам и другим элементам электродвигателя; охладителей, не встроенных в статор электродвигателей, должен производить персонал цеха, обслуживающего приводимый механизм, или персонал подрядной организации, производящей ремонт оборудования на данной электростанции.
            5.2.16. Профилактические испытания и измерения на электродвигателях должны бьпь организованы в соответствии с действующими «Нормами испытания электрооборудования».

Устройство и работа электродвигателя АИР

Устройство двигателя: 1 — подшипник; 2, 20 — шпонка; 3 — пружина невинтовая; 4, 12 — щит подшипниковый; 5 — блок зажимов; 6 — крышка защитная; 7 — панель; 8 — статор; 9 — шпилька; 10, 19, 26 — гайка; 11, 17 — пружина; 13 — якорь; 14 — ярмо; 15 — колесо рабочее вентилятора; 16 — кожух; 18 — штифт; 21 — диск; 22 — кольцо пружинное; 23 — табличка; 24 — ротор; 25 — винт; 27 — болт.

Электродвигатель асинхронный HELZ АИР71Е-АИР100Е со встроенным электромагнитным тормозом работает по принципу электромагнитного взаимодействия между статором и ротором. Электродвигатель состоит из следующих основных деталей и сборочных единиц (см. рис.): статора 8, ротора 24, переднего и заднего подшипниковых узлов, тормозного устройства, колеса рабочего вентилятора 15 и кожуха 16.

Статор 8 состоит из станины, в которую запрессован сердечник статора с обмоткой. Обмотка статора всыпная, состоит из медного эмалированного провода. В прилитой к станине коробке крепится блок зажимов 5, штуцер и крышка защитная 6. В крышке защитной установлена панель 7, на которой смонтирована схема питания катушки электромагнита.

Для предохранения электродвигателя от попадания пыли и воды внутрь выводное устройство имеет уплотнение по периметру крышки защитной и в месте ввода кабеля. Изоляционные материалы, применяемые в двигателе, имеют класс нагревостойкости «F». Ротор 24 представляет собой сердечник, насаженный на вал. Сердечник собран из листов электротехнической стали, а короткозамкнутая обмотка выполнена из алюминия. Передний подшипниковый узел состоит из щита подшипникового 4, подшипника 1 и пружины невинтовой 3, осевого поджатия подшипника.

Задний подшипниковый узел состоит из щита подшипникового 12, внутри которого залит стальной диск, торцевая поверхность которого используется для торможения подшипника 1 и пружинного кольца 22.

Тормозное устройство состоит из следующих узлов и деталей: ярмо 14 – стальной магнитопровод, облитый алюминиевым сплавом. В магнитопровод вложена катушка, концы которой выведены на клеммы панели. Якорь 13 соединен с ярмом посредством 4-х пружинных секторов, которые удерживают якорь от поворота при торможении.

Тормозной диск 21 расположен между задним подшипниковым щитом и якорем. Колесо рабочее вентилятора 15 выполнено из пластмассы, насажено на вал двигателя и защищено стальным кожухом 16.

Ручное растормаживание осуществляется ручкой 3 путем смещения ее от исходного положения в сторону колеса рабочего вентилятора. Для предохранения от коррозии узлов и деталей электродвигателя применены специальные гальванические и лакокрасочные покрытия. Работа тормозного устройства основывается на электромагнитном взаимодействии между якорем 13 и ярмом 14 электромагнита.

При отключенном питании ротор 24 электродвигателя заторможен. Напряжение подается на обмотку статора 8 и катушку электромагнита одновременно. В ярме 14 создается магнитный поток, который замыкается через воздушный зазор между ярмом и якорем на якорь. Якорь притягивается к ярму, ротор растормаживается и начинает вращаться под действием магнитного поля статора. При отключении питания силой сжатых пружин 17 якорь 13 отталкивается от ярма 14, своей тормозной поверхностью прижимает диск 21 к тормозной поверхности щита подшипникового 12 и ротор затормаживается.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 октября 2021 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть — как наши предки любили электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с электропоезда с дистанционным управлением автомобили — и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два в вашем компьютере для начала, один круто ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор. Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной — вытяжки и электробритвы; На кухне моторы есть практически во всех приборах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они Работа!

Фото: Даже маленькие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя действительно проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то. Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный объяснение.Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом. либо притягивать, либо отталкивать. Таким же образом временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Как работает электродвигатель — теоретически

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867). и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878). Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что эффективно два параллельных провода, проходящие через магнитное поле.Один из них отводит электрический ток от нас по проводам, а другой один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в в противоположных направлениях проводов, Правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов двинется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась непрерывно — и мы будем на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернется, и электрический ток будет течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого сторона катушки перевернется. Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он двинется назад в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя в любом месте.

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель. на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них — использовать своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, что известно как переменный ток (AC).В виде небольших батарейных двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение — добавить компонент назвал коммутатором концы катушки. (Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его задача — реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота.Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя. Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных разъемы, называемые щетками, сделал либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш «свинец») или тонкие отрезки упругого металла, который (как название подсказывает) «задеть» коммутатор. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом мотор. Анимация: как это работает на практике. Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не может большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент) что мотор может творить тремя способами: либо у нас может быть больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных частей, вы можете думать о двигателе как о двух основных компонентах:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью — и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы питаетесь постоянным током, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , оба, , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила на катушке всегда в одном и том же направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке. или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. При питании от постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток катушки меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила на катушке всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Типичный универсальный двигатель: основные части двигателя среднего размера из кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю — это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких устройствах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее этого, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

Фото: Электродвигатели бывают всех форм и размеров. В этом школьном автобусе есть заменили старый грязный дизельный двигатель большим электродвигателем (белый квадрат) для уменьшения загрязнения воздуха. Фото Денниса Шредера любезно предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит.Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного иначе: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой.Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция — бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре и постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой. Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах. Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

Как работают электродвигатели — инженерное мышление

Узнайте, как работает электродвигатель, основные части, почему и где они используются вместе с рабочими примерами.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео на YouTube.

Электродвигатель

Это электродвигатель. Это одно из самых важных устройств, когда-либо изобретенных. Эти двигатели используются везде, от перекачки воды, которую мы пьем, до питания лифтов и кранов, даже для охлаждения атомных электростанций.Итак, мы собираемся заглянуть внутрь одного и подробно узнать, как именно они работают, в этой статье.

Электрический индукционный двигатель

Асинхронный двигатель будет выглядеть примерно так. Они превращают электрическую энергию в механическую, которую мы можем использовать для привода насосов, вентиляторов, компрессоров, шестерен, шкивов и т. Д. Почти все детали находятся внутри основного корпуса. Спереди мы находим вал, это часть, которая вращается, и мы можем подключать к нему такие вещи, как насосы, шестерни и шкивы, чтобы они работали за нас.Сзади мы находим вентилятор и защитную крышку, вентилятор соединен с валом, поэтому он вращается при каждом включении двигателя. Асинхронный двигатель во время работы может выделять много тепла, поэтому вентилятор обдувает корпус окружающим воздухом для его охлаждения. Если асинхронный двигатель становится слишком горячим, изоляция внутренних электрических катушек расплавляется, вызывая короткое замыкание, и двигатель разрушается. Ребра на боковой стороне корпуса помогают увеличить площадь поверхности, что позволяет нам отводить больше нежелательного тепла.

Вал поддерживается подшипниками, которые находятся внутри переднего и заднего щитов. Подшипники помогают валу плавно вращаться и удерживают его на месте.

Front Shield

Внутри корпуса находим статор. Статор неподвижен и не вращается. Он состоит из нескольких медных проводов, которые свернуты в катушки между прорезями, расположенными по внутреннему периметру. Медный провод покрыт специальной эмалью, которая электрически изолирует провода друг от друга, это означает, что электричество должно протекать через всю катушку, иначе это будет кратчайший путь — и мы увидим, почему это важно, немного позже. эта статья.Это трехфазный асинхронный двигатель, поэтому у нас есть три отдельных набора катушек в статоре. Концы каждого набора будут подключаться к клеммам в электрической клеммной коробке. Мы увидим, как они связаны, чуть позже в этой статье. При подключении к электросети статор создает вращающееся электромагнитное поле.

Статор

К валу подсоединен ротор. В данном случае это ротор типа «беличья клетка». Она называется беличьей клеткой, потому что у нее есть два концевых кольца, которые соединены несколькими стержнями и вращаются вместе.Эта конструкция похожа на небольшую клетку или колесо для упражнений, используемое домашним хомяком или даже белкой.

Беличья клетка

Беличья клетка оснащена несколькими ламинированными стальными листами. Эти листы помогут сконцентрировать магнитное поле на стержнях. Листы используются вместо цельного куска металла, поскольку это повышает эффективность за счет уменьшения величины вихревых токов в роторе.

Когда ротор помещается внутри статора и статор подключен к источнику электропитания, ротор начинает вращаться.Итак, как это возможно?

Как работают асинхронные двигатели

Когда электричество проходит через провод, вокруг него создается электромагнитное поле. Мы можем увидеть это, поместив несколько компасов вокруг провода, компасы будут вращаться, чтобы выровняться с этим магнитным полем. Если направление тока меняется на противоположное, магнитное поле также меняется на противоположное, поэтому компасы меняют направление.

Магнитное поле провода тянет и толкает шкалы компаса. Точно так же, как если бы мы сдвинули два стержневых магнита друг к другу.Их либо привлекут, либо оттолкнут. Мы даже можем использовать один магнит для вращения другого магнита. Или мы можем вращать магнит, изменяя напряженность магнитного поля вокруг него.

Если мы поместим провод в магнитное поле и пропустим через него ток, магнитное поле провода будет взаимодействовать с постоянными магнитами, магнитное поле и на провод будет действовать сила. Эта сила будет перемещать провод вверх или вниз, в зависимости от направления тока и полярности магнитных полей.

Проволока в магнитном поле

Если мы намотаем провод в катушку, электромагнитное поле станет сильнее, катушка создаст северный и южный полюсы, как постоянный магнит. Мы называем эти катушки индуктивности. Когда мы пропускаем через провод переменный ток, электроны будут постоянно менять направление между течением вперед и назад. Таким образом, магнитное поле также будет расширяться и сжиматься, и каждый раз полярность меняется на противоположную. Когда мы помещаем другую, отдельную катушку в непосредственной близости и замыкаем цепь, электромагнитное поле индуцирует ток во второй катушке.

Мы можем соединить две катушки вместе и разместить их друг напротив друга, чтобы создать большее магнитное поле. Если мы поместим замкнутую проволочную петлю внутрь этого большого магнитного поля, мы вызовем ток в петле. Как мы знаем, когда мы пропускаем ток через провод, он генерирует магнитное поле, и мы также знаем, что магнитные поля будут толкать или притягивать друг друга. Таким образом, эта проволочная петля также будет генерировать магнитное поле, которое будет взаимодействовать с большим магнитным полем. Каждая сторона катушки будет испытывать противодействующие силы, заставляя ее вращаться.Таким образом, этот контур является нашим ротором, а катушки — статором.

Замкнутый контур провода внутри магнитного поля

Ротор будет вращаться только до тех пор, пока он не выровняется с катушками статора, но затем он застрянет, когда наведенный ток будет реверсировать катушку. Чтобы преодолеть это, нам нужно ввести еще один набор катушек в статоре, и мы должны подключить их к другой фазе. Электроны текут в этой фазе в немного другое время, поэтому электромагнитное поле также изменится по силе и полярности в немного другое время.Это заставит ротор вращаться.

Внутри асинхронного двигателя есть 3 отдельные катушки, которые используются для создания вращательного электромагнитного поля. Когда мы пропускаем переменный ток через каждую катушку, катушки будут создавать электромагнитное поле, которое изменяется по интенсивности, а также полярности по мере изменения направления электронов, но, если бы мы подключили каждую катушку к другой фазе, тогда электроны в каждой катушка изменит направление в другое время. Это означает, что полярность и напряженность магнитного поля также будут иметь разное время.

Фаза 1, 2, 3

Чтобы распределить это магнитное поле, нам нужно повернуть наборы катушек на 120 градусов относительно предыдущей фазы, а затем объединить их в статор. Магнитное поле различается по силе и полярности между катушками, которые в совокупности создают эффект вращающегося магнитного поля.

Ранее в этой статье мы видели, что ток может быть наведен во вторую катушку, когда она находится в непосредственной близости. Стержни беличьей клетки закорочены на каждом конце, что, таким образом, создает несколько петель или катушек, поэтому каждая полоса индуцирует ток и создает магнитное поле.

Магнитное поле стержней ротора взаимодействует с магнитным полем статора. Магнитное поле стержней ротора притягивается к магнитному полю статора. Поскольку магнитное поле вращается, ротор, следовательно, также будет вращаться в том же направлении, что и магнитное поле, чтобы попытаться выровняться с ним, но он никогда не сможет полностью догнать его.

Стержни ротора часто перекошены. Это помогает распределить магнитное поле по нескольким стержням и препятствует выравниванию и заклиниванию двигателя.

Электрические соединения

Статор содержит все катушки или обмотки, используемые для создания вращающегося электромагнитного поля, когда электричество проходит по проводам. Для питания катушек мы находим электрическую клеммную коробку сверху, а иногда и сбоку.

Внутри коробки находится 6 электрических клемм. У каждого терминала есть соответствующая буква и номер, у нас есть U1, V1 и W1, затем W2, U2 и V2. У нас есть катушка фазы 1, подключенная к двум клеммам U, затем катушки фазы 2, подключенные к двум клеммам V, и, наконец, катушка фазы 3, подключенная к двум клеммам W.Обратите внимание, что электрические клеммы расположены в разной конфигурации с одной стороны от другой. Мы скоро поймем, почему это так.

Электрическая клеммная коробка

Теперь мы вводим трехфазный источник питания и подключаем его к соответствующим клеммам. Чтобы двигатель заработал, нам нужно замкнуть цепь, и есть два способа сделать это. Первый способ — это дельта-конфигурация. Для этого мы подключаем клеммы от U1 к W2, V1 к U2 и W1 к V2. Это даст нам нашу дельта-конфигурацию.

Конфигурация «Дельта»

Теперь, когда мы подаем переменный ток через фазы, мы видим, что электричество перетекает из одной фазы в другую, поскольку направление переменного тока меняется на противоположное в каждой фазе в разное время. Вот почему у нас есть клеммы в клеммной коробке в разном расположении, потому что мы можем легко подключиться и позволить электричеству течь между фазами, поскольку электроны меняют направление в разное время.

Другой способ подключения клемм — использование конфигурации «звезда» или «звезда».В этом методе мы соединяем W2, U2 и V2 только с одной стороны. Это даст нам соединение, эквивалентное звезде или звезде. Теперь, когда мы пропускаем электричество через фазы, мы видим, что электроны распределяются между выводами фаз.

Конфигурация «звезда»

Из-за различий в конструкции величина тока, протекающего в конфигурации «звезда» и «треугольник», различается, и мы увидим некоторые расчеты для них ближе к концу статьи.

Расчет дельты звезды (звезды)

Давайте посмотрим на разницу между конфигурациями звезды и треугольника.

Допустим, у нас есть двигатель, подключенный по схеме треугольник, с напряжением питания 400 Вольт. Это означает, что когда мы используем мультиметр для измерения напряжения между любыми двумя фазами, мы получим показание 400 Вольт, мы называем это линейным напряжением.

Теперь, если мы измеряем на двух концах катушки, мы снова увидим межфазное напряжение 400 Вольт. Допустим, каждая катушка имеет сопротивление или импеданс, поскольку это переменный ток, 20 Ом. Это означает, что мы получим ток на катушке 20 ампер.Мы можем рассчитать это из 400 Вольт, разделенных на 20 Ом, что составляет 20 ампер. Но, ток в линии будет другой, он будет 34,6А. Мы получаем это из 20 ампер, умноженных на квадратный корень из 3, что составляет 34,6 ампер, потому что каждая фаза подключена к двум катушкам.

Соединение треугольником

Теперь, если мы посмотрим на конфигурацию звезды или звезды, у нас снова будет линейное напряжение 400 В. Мы увидим это, если измерим между любыми двумя фазами. Но в звездообразной конфигурации все наши катушки соединены вместе и встречаются в точке звезды или нейтральной точке.Отсюда мы можем проложить нейтральный провод, если нам нужно. Итак, на этот раз, когда мы измеряем напряжение на концах любой катушки, мы получаем более низкое значение 230 В, это потому, что фаза не подключена напрямую к двум катушкам, как в конфигурации треугольника, один конец катушки подключен к одна фаза, а другая подключена к общей точке, поэтому напряжение распределяется. Напряжение меньше, так как одна фаза всегда перевернута. Мы можем рассчитать это, разделив 400 вольт на квадратный корень из 3, что составляет 230 вольт.Чем меньше напряжение, тем будет и ток. Если эта катушка также имеет импеданс 20 Ом, тогда 230 В, разделенное на 20 А = 11,5 А. Таким образом, линейный ток будет таким же — 11,5 ампер.

Соединение звездой

Таким образом, мы можем видеть из конфигурации «треугольник», на катушку подается полное напряжение 400 В между двумя фазами, а в начальной конфигурации — только 230 В между фазой и нейтралью. Таким образом, звезда использует меньшее напряжение и меньший ток по сравнению с версией треугольника.

---

Типы электродвигателей

— Thomson Lamination Company, Inc.

Электродвигатели

можно найти во многих сферах применения: от обычных предметов домашнего обихода до различных видов транспорта и даже передовых аэрокосмических приложений. Здесь мы делимся руководством, которое поможет вам лучше понять доступные варианты.

Электродвигатели и генераторы

Электродвигатели и генераторы представляют собой электромагнитные устройства с обмоткой якоря или ротором, который вращается внутри обмотки возбуждения или статора; однако у них противоположные функции.Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.

Два типа электродвигателей

Обмотка возбуждения в электродвигателях обеспечивает электрический ток для создания фиксированного магнитного поля, которое обмотка якоря использует для создания крутящего момента на валу электродвигателя. Различия между различными типами электродвигателей связаны с их уникальной работой, напряжением и требованиями к применению. Существует как минимум дюжина различных типов электродвигателей, но есть две основные классификации: переменного тока (AC) или постоянного тока (DC).То, как обмотки в двигателях переменного и постоянного тока взаимодействуют друг с другом для создания механической силы, создает дополнительные различия в каждой из этих классификаций.

Двигатели постоянного тока

Матовые двигатели

Щеточные двигатели состоят из четырех основных компонентов:

• Статор
• Ротор или якорь
• Кисти
• Коммутатор

Существует четыре основных типа щеточных двигателей, в том числе:

• Двигатели серии . Статор включен последовательно или идентичен ротору, поэтому их токи возбуждения идентичны. Характеристики: используется в кранах и лебедках, большой крутящий момент на низкой скорости, ограниченный крутящий момент на высокой скорости.
• Шунтирующие двигатели. Катушка возбуждения параллельна (шунтируется) ротору, благодаря чему ток двигателя равен сумме двух токов. Характеристики: используется в промышленности и автомобилестроении, отличное управление скоростью, высокий / постоянный крутящий момент на низких скоростях.
• Кумулятивные составные двигатели. Этот тип сочетает в себе аспекты как последовательного, так и закрытого типов, делая ток двигателя равным сумме последовательных и шунтирующих токов поля. Характеристики: используется в промышленности и автомобилестроении, объединяет преимущества как серийных, так и параллельных двигателей.
• Двигатели PMDC (постоянный магнит). Самый распространенный тип щеточных электродвигателей, электродвигатели с постоянным постоянным током, в которых для создания поля статора используются постоянные магниты. Характеристики: используется в коммерческом производстве игрушек и бытовой техники, дешевле в производстве, хороший крутящий момент на нижнем конце, ограниченный крутящий момент на верхнем конце.

Бесщеточный

Двигатели бесколлекторной категории не имеют коллектора и щеток. Вместо этого ротор представляет собой постоянный магнит, а катушки находятся на статоре. Вместо того, чтобы управлять магнитными полями на роторе, бесщеточные двигатели управляют магнитными полями статора, регулируя величину и направление тока в катушках. Одним из основных преимуществ бесщеточных двигателей является их эффективность, которая позволяет лучше контролировать и производить крутящий момент в более компактной сборке.

Двигатели переменного тока

Двигатели, относящиеся к классификации двигателей переменного тока, бывают синхронными или асинхронными, в первую очередь различаются скоростью ротора относительно скорости статора. Скорость ротора относительно статора в синхронном двигателе равна, но скорость ротора меньше, чем его синхронная скорость в асинхронном двигателе. Кроме того, синхронные двигатели имеют нулевое скольжение и требуют дополнительного источника питания, в то время как асинхронные или асинхронные двигатели имеют скольжение и не требуют вторичного источника питания.

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель — это машина с двойным возбуждением, то есть он имеет два электрических входа. В обычном трехфазном синхронном двигателе один вход, обычно трехфазный переменный ток, питает обмотку статора, создавая трехфазный вращающийся магнитный поток. Питание ротора обычно осуществляется постоянным током, который возбуждает или запускает ротор. Как только поле ротора сцепляется с полем статора, двигатель становится синхронным.

Асинхронный (индукционный)

В отличие от синхронных двигателей, асинхронные двигатели позволяют запускать асинхронные двигатели, подавая питание на статор без подачи питания на ротор.Асинхронные двигатели имеют конструкцию с возбуждением или с короткозамкнутым ротором. Некоторые примеры асинхронных асинхронных двигателей включают:

• Индукционные двигатели с конденсаторным пуском. Это однофазный двигатель с ротором с сепаратором и двумя обмотками статора, запускаемый конденсатором. Их использование включает компрессоры и насосы в холодильниках и системах переменного тока с частым запуском и остановкой.
• Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Трехфазное питание создает магнитное поле в обмотке статора в этом двигателе, который включает в себя ротор с короткозамкнутым ротором, изготовленный из листовой стали с высокой проводимостью.Это недорогие, низкие эксплуатационные расходы и высокоэффективные двигатели, используемые в центробежных насосах, промышленных приводах, больших нагнетателях и вентиляторах, станках, токарных станках и другом токарном оборудовании.
• Двигатели с двойным короткозамкнутым ротором. Эти двигатели решают проблемы с низким пусковым крутящим моментом в двигателях с короткозамкнутым ротором. Их конструкция уравновешивает отношение реактивного сопротивления к сопротивлению между внешней и внутренней клеткой, увеличивая пусковой крутящий момент при сохранении общей эффективности.

Щелкните, чтобы развернуть

Идентификация электродвигателя

Выбор двигателя, наиболее подходящего для конкретного применения, зависит от четырех характеристик:

• Мощность и скорость
• Рама двигателя
• Требования к напряжению
• Корпуса и монтажные позиции

Металлическая табличка, прикрепленная к двигателю, содержит важную информацию, относящуюся к этим характеристикам, за исключением информации о корпусе.

Мощность электродвигателя в лошадиных силах и номинальная скорость

И номинальная мощность, и номинальная частота вращения (об / мин) должны соответствовать требованиям к нагрузке для установленного приложения. Двигатели бывают разных категорий мощности, в том числе: дробные двигатели (от 1/20 до 1 л.с.), встроенные двигатели (от 1 до 400 л.с.) и большие двигатели (от 100 до 50 000 л.с.). Номинальные значения частоты вращения включают 3600 об / мин (2 полюса), 1800 об / мин (4 полюса) и 1200 об / мин (6 полюсов).

Рама электродвигателя

Размер рамы двигателя не указывает на его рабочие характеристики, особенно на номинальную мощность в лошадиных силах.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) разработала номера корпусов, соответствующие монтажным размерам, с их цифрами, относящимися к их размеру «D» или расстоянию от центра вала до центра нижней части крепления. Как правило, двухзначные метки предназначены для дробных двигателей, но в них могут быть встроены двигатели большей мощности.

Требования к напряжению

Напряжение, частота и фаза — все это часть требований к напряжению. В большинстве случаев в Северной Америке и Европе трехфазные двигатели оснащены дисплеями с двойным напряжением, например 230/460.Стандартная рабочая частота для большинства электродвигателей составляет 60 Гц, хотя в Европе распространены двигатели с частотой 50 Гц. Это изменение в герцах указывает на то, что двигатель будет работать со скоростью 5/6 от нормальной скорости вращения. Фаза — это последний бит информации, включенный в требования к напряжению двигателя, указывающий тип требуемого источника питания, например трехфазный, однофазный и постоянный ток.

Корпуса и монтажные позиции

Информация о корпусе зависит от среды, в которой установлен двигатель.Есть две основные категории корпусов: открытые двигатели и закрытые двигатели.

Открытые двигатели

Открытые двигатели применяются в относительно чистых и сухих помещениях, что важно, поскольку открытые кожухи двигателей обеспечивают циркуляцию воздуха через обмотки.

Закрытые двигатели

Эти типы не допускают свободного воздухообмена между внешней и внутренней частью двигателя. Различия в герметичности корпуса и характеристиках охлаждения дополнительно различают двигатели закрытого типа, в том числе:

• Полностью закрытый вентилятор с охлаждением (TEFC)
• Полностью закрытый без вентиляции (TENV)
• Полностью закрытый воздуховод (TEAO)
• Полностью закрытая промывка (TEWD)
• Взрывозащищенные корпуса (EXPL)
• Опасная зона (HAZ)

Найдите электродвигатель, наиболее подходящий для вашего применения

Thomson Lamination Company — ведущий производитель штампованных компонентов для ламинирования двигателей, способный производить большие партии пластин ротора и статора из металлов с высокой проводимостью.

Ознакомьтесь с нашими возможностями по производству ламинации или свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших решениях для ламинирования с электродвигателем.

КПД двигателя — обзор

Меры КПД

В идеале, управление энергопотреблением — это наиболее экономичное эффективное использование энергии. Таким образом, эффективность — важное понятие для энергоменеджера. Эффективность можно рассматривать с точки зрения первого или второго законов термодинамики. Первый закон эффективности относится к преобразованию энергии из одной формы в другую и сохранению общего количества энергии без прямого учета качества энергии.При оценке общего использования топлива или форм энергии применяются соображения второго закона , поскольку они учитывают качество энергии и помогают определить верхние границы эффективности. Эффективность второго закона выражается в количестве, известном как доступной работы .

В своей основной форме эффективность первого закона конкретной задачи можно представить как отношение полезной энергии, переданной задаче, к требуемой потребляемой энергии. Однако есть много задач, для которых это базовое определение неадекватно или не подходит.Таким образом, возникли по крайней мере две другие широкие категории энергоэффективности. Здесь они называются «коэффициентами производительности» (COP) или коэффициентами эффективности использования энергии (EUPF).

Пример : КПД электродвигателя. Каков КПД по первому закону однофазного электродвигателя мощностью 1 л.с., номинального напряжения 240 В, тока полной нагрузки 4,88 А и коэффициента мощности 80%? См. Ответ в уравнении 7.1. Обратите внимание, что мы используем энергию в единицу времени в этом уравнении и в уравнениях 7.С 2 по 7.4 ниже.

[7,1] η = поставленная полезная энергия (в данном случае «работа») Потребляемая энергия = л.с. × LF (# фазы) (В) (A) (pf) η = (1 л.с.) (0,746 кВт / л.с.) (1,0) (1) (240 В) (4,88 А) (0,8) (10−3 кВт / Вт) η = 0,796 = 80%

, где

η = КПД, безразмерный (или%)

л.с. = двигатель мощность, л. ток полной нагрузки, A

pf = коэффициент мощности, безразмерный

Этот расчет показывает рабочий КПД 80%.Это верно для заявленных условий (т.е. при полной нагрузке и при коэффициенте мощности 80%). При работе с другими коэффициентами мощности или при нагрузке ниже полной КПД ниже. Коэффициент мощности остается довольно постоянным при номинальном значении полной нагрузки до тех пор, пока нагрузка не упадет ниже примерно 50–60%. Когда нагрузка падает примерно до одной трети полной нагрузки, коэффициент мощности может упасть до 20–30%.

В таблицах 7.1a и 7.1b показаны типичные значения КПД электродвигателя при полной нагрузке для двигателей премиум-класса. Обратите внимание, что стандарты NEMA и стандарты ЕС во многих случаях идентичны.Когда эти данные сравниваются с КПД двигателя в первом издании этой книги, КПД увеличился с 76–85,5% (1,0 л.с.) и с 91–95,4% (100 л.с.).

Таблица 7.1A. Номинальная эффективность при полной нагрузке: высокоэффективные электродвигатели NEMA

905

	ОТКРЫТАЯ РАМА			ЗАКРЫТАЯ РАМА
HP	2-ПОЛЮСНАЯ	4-ПОЛЮСНАЯ	6-ПОЛЮСНАЯ 9039 9039 9039 6 ПОЛЮСОВ
1	77.0	85,5	82,5	77,0	85,5	82,5
3	85,5	89,5	88,5	86,5	904 905 89,5	89,5	88,5	89,5	89,5
10	89,5	91,7	91,7	90,2	91,7	91.0
30	91,7	94,1	93,6	91,7	93,6	93,0
50	93,0	9415 9416 904 904 904	93,0	9415 9416 904 904 904 904	100	93,6	95,4	95,0	94,1	95,4	95,0
300	95,4	95,8	95,4	.8	96,2	95,8

Источник: NEMA MG-1 (2006) Таблица 12–12.

Таблица 7.1B. Повышенный КПД двигателей IE3 Европейского Союза (3-фазные асинхронные двигатели с клеткой)

кВт	2 полюса 50 Гц / 60 Гц	4 полюса 50 Гц / 60 Гц	6 полюсов 50 Гц / 60 Гц
0,75	80,7 / 77,0	82,5 / 85,5	78,9 / 82,5
2,2	85.9 / 86,5	86,7 / 89,5	84,3 / 89,5
7,5	90,1 / 90,2	90,4 / 91,7	89,1 / 91,0
22		92,6 / 91,74 92,2 / 93,0
37	93,7 / 93,0	93,9 / 94,5	93,3 / 94,1
75	94,7 / 94,1	95,0 / 95,4	904 904 904 904 95,0 / 95,4	904 904 904 904 95,8 / 95.8	96,0 / 96,2	95,8 / 95,8

Источник: IEC 60034-30 (2009).

Как упоминалось выше, эффективность лучше всего при полной или близкой к ней нагрузке. Когда нагрузка на двигатель падает с полной нагрузки до менее чем 50%, КПД двигателя начинает падать, снижаясь до 40–80%, когда нагрузка составляет всего 10–15%. Падение больше для небольших двигателей.

Это первое, что мы хотим подчеркнуть в этой главе: Эффективность обычно зависит от нагрузки .«Нагрузка», как здесь используется, может означать множество вещей: температуру, давление, силу, работу и т. Д.

Пример: Электрический резистивный нагреватель. Нагреватель рассчитан на 240 В и 4,167 А и подает 3412 БТЕ в час. В чем его эффективность? Предположим, что коэффициент нагрузки равен 100%, а коэффициент мощности — 100%.

[7.2] η = полученная потребляемая энергия (в данном случае «тепло») потребляемая энергия = Q˙ × LF (V) (A) (pf) η = (3412Btu / h) (0,29307wh / Btu) (1.0) (240V) ( 4,167A) (1,0) η = 1,0 = 100%

, где

Q˙ = Тепло, выделяемое за единицу времени, БТЕ / ч (или Вт)

. То есть, электричество — доставляется к нагрузке в виде тепла.Очевидно, мы пренебрегли потерями, возникающими в процессе преобразования топлива в электричество, и любыми потерями, связанными с доставкой тепла к нагрузке (например, радиационными потерями, потерями в вентиляционных или дымовых трубах и т. Д.).

Это приводит ко второму пункту: Эффективность определяется только в определенных заданных границах системы .

Пример: Электрическая лампа накаливания. Лампа рассчитана на 100 Вт и 120 В. Это означает, что входная мощность составляет 100 Вт при полной нагрузке, то есть без затемнения.Световой поток 1500 лм. Коэффициент преобразования люменов в ватт составляет 1,496 × 10 ⁻³ Вт / люмен. Это дает следующую эффективность лампы накаливания:

[7,3] η = потребляемая энергия (в данном случае «свет») Потребляемая энергия = лм × LFE˙inη = (1500 лм) (1,496 × 10−3 Вт / лм) (1,0) (100 Вт) η = 0,0224 = 2,24%

, где

лм = люмен, лм

E˙in = входная энергия, в данном случае мощность лампы, Вт

Это не слишком полезно в качестве мера эффективности, так как отношение входной энергии к доставляемому свету неясно.Обычно используемым показателем является отношение светоотдачи в люменах к входной мощности в ваттах, которое называется эффективностью :

[7.4] Эффективность = 1,500 лм 100 Вт = 15 лм / Вт

Эффективность является примером эффективности использования энергии. фактор; то есть фактор, который измеряет, как энергия используется для достижения конкретной цели производительности.

Пример: Оконный кондиционер. Это устройство использует входную мощность 1000 Вт для обеспечения охлаждения 10 200 БТЕ / ч. Кондиционеры используют входную энергию (работу) для передачи тепла из области с более низкой температурой (внутреннее пространство) в область с более высокой температурой (на открытом воздухе), тем самым охлаждая внутреннее пространство.Тепловые насосы в режиме охлаждения работают так же, как кондиционеры, но в режиме обогрева они работают в обратном направлении. При обогреве тепловые насосы используют работу для передачи тепла от более низкой температуры наружного воздуха к более высокотемпературному внутреннему пространству.

Вместо использования символа η , который обычно используется для значений КПД в диапазоне от 0 до 1,0, один из подходов, используемых для представления КПД кондиционеров и тепловых насосов, заключается в определении коэффициента производительности (COP), определяемого как:

[7.5] COP = Достигнутая производительность (т. Е. Количество произведенного нагрева или охлаждения) Потребляемая энергия (электричество) = Q˙E˙inCOP = (10 200 БТЕ / ч) (0,29307 Вт-ч / БТЕ) (1000 Вт) COP = 2,99

Коэффициенты производительности всегда больше единицы для тепловых насосов и может быть больше или меньше единицы для кондиционеров.

Другой подход к измерению производительности кондиционирования (или производительности тепловых насосов в режиме охлаждения) — это коэффициент энергоэффективности (EER), который аналогичен COP, но не безразмерен:

[7.6] EER = Количество поставляемой охлаждающей жидкости (электричество в) EER = (10 200 БТЕ / ч) (1000 Вт) EER = 10,2 БТЕ / Втч = (COP) (3,412 БТЕ / Втч)

Еще одним показателем охлаждающей способности кондиционеров или тепловых насосов является сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER), который представляет собой отношение общего количества тепла, отведенного в течение сезона охлаждения (Btu), к общему количеству электроэнергии, потребляемой в течение сезона охлаждения (Wh).

Кроме того, сезонный коэффициент полезного действия отопления (HSPF) является мерой производительности теплового насоса в режиме отопления.Это отношение общего объема отопления помещения, необходимого в течение отопительного сезона (БТЕ), к общему объему электроэнергии, потребляемой в течение отопительного сезона (Втч).

Вот и все, что касается эффективности первого закона. Как видно из приведенных выше примеров, эффективность (как обычно используется) относится только к соотношению работы или тепловой мощности по сравнению с затраченной энергией. Этот показатель отражает количеств задействованной энергии, но ничего не говорит о качестве .

Качество формы энергии является мерой ее способности выполнять полезную работу.Например, галлон масла имеет теплотворную способность приблизительно 148 МДж (140 000 британских тепловых единиц). Это примерно столько же энергии, сколько 1000 галлонов теплой воды, нагретой на 9 ° C (17 ° F) выше температуры окружающей среды. Хотя количество энергии в обоих случаях одинаково, способность масла выполнять полезную работу намного выше, чем способность теплой воды. Качество масла намного лучше.

Доступность (также называемая доступная работа или exergy ) — это показатель, используемый для количественной оценки качества энергии.Он представляет собой максимальный объем доступной работы системы относительно эталонного состояния. Он также определяется как минимальная работа, необходимая для приведения системы из эталонного состояния в повышенное состояние. Для системы контрольной массы (например, поршня и цилиндра) доступность обозначается как непроточная доступность и может быть выражена следующим образом:

[7,7] Bcm = (U − U0) + P0 (V − V0) ) −T0 (S − S0) + mv22 + mgz

где:

B _см = отсутствие потока, Дж

U = внутренняя энергия, Дж

P = давление, Па

V = объем, м ³

T = температура, K

S = энтропия,

3 903

mv22 = кинетическая энергия, где м — масса (кг), а v — скорость (м / с), Дж

mgz = потенциальная энергия, где г — ускорение (м / с ² ) силы тяжести и z — высота (м), J

и нижний индекс 0 относится к эталонному состоянию

Для системы контрольного объема (например,g., турбина), доступность называется доступность потока и может быть выражена следующим образом:

[7,8] Bcv = (H − H0) −T0 (S − S0) + mv22 + mgz

где:

B _cv = доступность потока, Дж

H = энтальпия, Дж

Наличие потока имеет отношение ко многим термодинамическим циклам.

Для данной энергии, объема и состава системы B уменьшается по мере увеличения энтропии системы; B также уменьшается по мере приближения внутренней энергии или энтальпии системы к эталонному состоянию.(Обратите внимание, что во многих энергетических системах терминами кинетической и потенциальной энергии можно пренебречь.)

Применительно к углеводородному топливу B представляет собой минимальную полезную работу, необходимую для образования топлива в данном состоянии из воды и углекислого газа. в атмосфере. Поскольку минимум — это также полезная работа обратимого процесса, B также представляет максимальную полезную работу, которая может быть получена путем окисления топлива и возврата продуктов в атмосферу.

В относительном смысле качество (доступность) электроэнергии и топлива, такого как нефть, уголь и газ, довольно высокое.Точно так же пар под высоким давлением и высокой температурой имеет высокую доступность. И наоборот, горячая вода, низкотемпературное технологическое тепло или пар низкого давления имеют относительно низкую доступность.

Мера термодинамической эффективности (или эффективности второго закона) использования энергии для процесса может быть определена как отношение увеличения доступной работы, достигаемой продуктами в процессе, к максимально доступной полезной работе потребляемого топлива. . Другой способ определить это как отношение теоретического минимума доступной работы для выполнения задачи к фактической полезной работе, необходимой для выполнения задачи.Мы можем думать об этом как о доступности восстановленных , разделенных на доступность , предоставленных . Разница между тем, что было поставлено, и тем, что было восстановлено, потеряно или уничтожено, доступно. Таким образом, концепция доступности обеспечивает полезную меру эффективности, которая выходит за рамки ограничений эффективности первого закона. Кроме того, анализ доступности помогает точно определить этапы процесса или области, в которых возможно повышение эффективности.

Пример: Паровой котел.Разница между популярными представлениями об эффективности и концепцией эффективности иллюстрируется работой парового котла. Подходящим котлом считается тот, у которого КПД составляет около 90%. То есть только 10% подводимой энергии рассеивается в дымовых газах или за счет потерь тепла. С точки зрения первого закона, мы можем быть удовлетворены 90% -ной эффективностью и считаем, что делаем все возможное в соответствии с нынешними технологическими стандартами. Тем не менее, при этом не учитывается вопрос о том, максимально ли мы использовали топливо.На основе термодинамической доступности этот «эффективный» работающий котел имеет КПД всего 40–45%, что указывает на ненужные потери работы при производстве пара. Для более полного обсуждения потерь в котле см. Главу 11 «Управление технологической энергией».

Теперь мы повторим анализ, выполненный в уравнениях 7.1, 7.2 и 7.5, на этот раз вычисляя эффективность, а не эффективность. В таблице 7.2 приведены результаты первого и второго закона эффективности для обычных процессов, использующих энергию.Читателю следует обратиться к литературе для более подробного обсуждения имеющихся работ.

Таблица 7.2. Эффективность первого и второго закона для устройств с одним источником и одним выходом

	Источник
	Работа E in	Топливо: Теплота сгорания | Δ H | доступная работа B	Heat E 1 из горячего резервуара при T 1
Конечное использование
	1.	2.	3.
Работа	η = Eout / Ein	η = Eout / | ΔH |	η = Eout / E1
E out	∈ = η	∈ = EoutB (≃η)	∈ = η1- (t0 / T1)	например, электродвигатель)	(например, электростанция)	(например, геотермальная установка)
Heat E 2 добавлен в теплый резервуар при T 2	4.	5.	6.
	η (COP) = E2 / Ein∈ = η (1 − T0T2)	η (COP) = E2 / | ΔH | ∈ = E2B (1 − T0T2)	η (COP) = E2 / E1∈ = η1− (T0 / T2) 1− (T0 / T1)
	(например, тепловой насос с электрическим приводом)	(например, тепловой насос с приводом от двигателя)	(например, , печь)
Тепло E 3 извлекается из охлаждающего резервуара при T 3	7.	8.	9.
	η (COP) = E3 / Ein∈ = η (T0T3−1)	η (COP) = E3 / | ΔH | ∈ = E3B (T0T3−1)	η (COP) = E3 / E1∈ = η (T0 / T3) −11− (T0 / T1)
	(напр.г., электрический холодильник)	(например, газовый кондиционер)	(например, абсорбционный холодильник)

Для электродвигателя. Мы исходим из предположения, что эффективность определяется у источника электроэнергии и не включает производство и доставку электроэнергии. В данном случае

[7.9] ϵ = Эффективность = WorkdeliveredEnergyin, Ein = η = 80%

Это тот же результат, что и раньше. Если вместо этого мы определим знаменатель как максимальную доступную энергию в первичном топливе, используемом для производства электроэнергии, эффективность будет ниже из-за потерь при генерации, передаче и распределении.

Для резистивного нагревателя. Предположим, обогреватель подает теплый воздух с температурой 43 ° C (316 K) в дом с температурой наружного воздуха 0 ° C (273 K). Доступная полезная переданная работа определяется как:

[7.10] W˙rev = Q˙ (1 – T0T2)

, где:

W˙rev = теоретическая максимальная доступная работа теплового двигателя, работающего между двумя нагревами. перекачивающие резервуары в реверсивном цикле, Вт

Q˙ = тепловая мощность нагревателя, 3412 БТЕ / ч или 1000 Вт

T ₀ = температура радиатора, 0 ° C или 273 K

T ₂ = температура теплого резервуара, 43 ° C или 316 K

Максимально возможная работа, которую можно с пользой переносить для той же функции с тем же входом энергии, составляет 240 В × 4.167 A = 1000 Вт, опять же при условии, что эффективность определяется у источника электроэнергии и не включает производство электроэнергии. Таким образом, эффективность составляет:

[7,11] ϵ = W˙revE˙in = Q˙ (1 – T0T2) E˙in = η (1 − T0T2) ϵ = 100% (1−273K316K) = 13,6%

Это показывает что потеря доступной работы является результатом использования высококачественной высокотемпературной формы энергии (электричества) для производства низкотемпературного тепла. Эффективность была бы намного выше (около ϵ = 68%), если бы T ₂ было ближе к 600 ° C.Эффективность также была бы выше, если бы это был тепловой насос, а не резистивный нагреватель. В этом случае ϵ будет равно (1– T ₀ / T ₂ ), умноженному на COP, который обычно составляет порядка 3,0.

Для кондиционера. Фактический КПД кондиционера составляет 2,99. В типичных погодных условиях жаркого летнего дня его эффективность определяется выражением:

[7.12] ϵ = W˙revE˙in = Q˙ | 1 − T0T3 | E˙in = COP (T0T3−1) ϵ = 2,99 (313K293K− 1) = 20.4%

где:

T ₀ = температура радиатора, 40 ° C или 313 K

T ₃ = температура охлаждающего резервуара, 20 ° C или 293 K

Это указывает на то, что эффективность второго закона или эффективность кондиционера низка, когда температура наружного воздуха близка к температуре кондиционируемого помещения. Еще раз, поскольку электричество с высокой доступностью используется для охлаждения помещения с небольшим перепадом температур по сравнению с окружающей средой (и, следовательно, с низкой доступностью для работы), имеется значительная потеря доступной работы (текстовое поле 7.1).

Текстовое поле 7.1

Предупреждение уместно в отношении интерпретации концепции теоретической минимальной требуемой энергии. Теоретически автомобиль, движущийся из Денвера в Лос-Анджелес, не должен использовать топливо и, по сути, должен давать полезную энергию (из-за разницы в высоте). Таким образом, хотя теоретический минимум является полезным понятием для оценки потенциала экономии топлива, нет никаких указаний на то, что достижение такой цели практически или даже возможно.

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрический ток в механическое вращение шпинделя или ротора. Во многих приложениях вращение превращается в линейное движение.

Как работает электродвигатель?

Есть много вариантов и вариантов электродвигателей; например двигатели постоянного тока — щеточные или бесщеточные и двигатели переменного тока — индукционные (или асинхронные) и синхронные.Двигатели могут работать при различных напряжениях в зависимости от области применения и имеющегося источника питания.

Работа двигателя зависит от двух свойств электрического тока. Во-первых, электрический ток, протекающий по проводу или катушке, создает магнитное поле.

Во-вторых, , изменяющий ток в проводнике, например, от источника переменного тока, будет индуцировать напряжение в проводнике (самоиндукция) или во вторичном проводе (взаимная индуктивность).Протекание тока в цепи вторичного проводника также будет создавать магнитное поле, как указано выше.

Для магнита подобные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Во всех двигателях конструкция использует это свойство для обеспечения непрерывного вращения ротора.

На приведенной ниже диаграмме показана форма трехфазного переменного тока; каждая фаза разделена фазовым углом 120 ⁰ , как показано на векторной диаграмме посередине.

При определенном фазовом угле будет результирующее направление для поля, которое может быть вычислено путем сложения векторов; постоянный магнит (ы) в роторе будет смотреться так, чтобы быть выровненным с направлением поля, и по мере того, как форма волны переменного тока «прогрессирует» во времени, ротор будет вращаться, как показано.

Для 30 °:

Для 90 °:

Для 180 °:

И так далее в течение одного полного цикла (360 ⁰ ротор) фактически вернется в исходное положение и снова повторит процесс.

Как выбрать электродвигатель?

Не все приложения подходят для использования трехфазного синхронного двигателя; Несмотря на то, что размер двигателя эффективен для его мощности, указанный выше двигатель будет слишком большим, например, для привода DVD-плеера.Кроме того, трехфазное питание не было бы идеальным для домашних (или большинства коммерческих) ситуаций; Таким образом, применение является важным фактором при определении размера и напряжения питания.

Мощность (через крутящий момент), требуемая от двигателя, является жизненно важным фактором; каковы динамические аспекты приложения — нагрузка, ускорение / замедление и расстояния, на которые необходимо перемещаться в радиальном или боковом направлении?

Также важна стабильность скорости вращения; двигатель должен работать с постоянной скоростью даже на низких оборотах?

Наконец, необходимо учитывать условия окружающей среды — какова рабочая температура и могут ли возникнуть проблемы с водой или пылью? Будет ли двигатель работать во взрывоопасной среде и требовать ли он соответствия требованиям ATEX?

Типы электродвигателей

Как указано выше, существует множество вариантов двигателей; с питанием от постоянного или переменного тока и различных напряжений, в зависимости от области применения.

При выборе двигателей следует учитывать разницу между сервомоторами и шаговыми двигателями. Серводвигатель имеет механизм обратной связи — сигнал обратной связи сравнивается с заданным значением до тех пор, пока не будет нулевой разницы, когда двигатель достигнет желаемого положения.

Шаговый двигатель также предлагает управление, но его можно рассматривать как оцифрованную версию двигателя специальной конструкции. Несколько независимых обмоток статора (статор — это неподвижная часть двигателя) и специально разработанный ротор позволяют двигателю двигаться в указанное положение или угол против команды.

Шаговые двигатели идеально подходят для маломощных и недорогих приложений, таких как привод компакт-дисков. И наоборот, серводвигатели лучше подходят для приложений с большей мощностью, высоким ускорением и высокой точностью.

Типичные области применения электродвигателей

Электродвигатели находят широкое применение — в быту, например, стиральные машины для компакт-дисков, DVD-дисков и т. Д., И в коммерческих, например, в медицине, офисах и промышленности.В сочетании с линейным приводным механизмом типичными приложениями являются, в частности, автомобилестроение, транспортировка материалов, робототехника, продукты питания и напитки, упаковка.

Нужно ли мне что-нибудь еще для работы электродвигателей?

Необходимы подходящие источники электропитания и соответствующие кабели, ведущие к оборудованию. В любом применении двигатель должен быть подключен к его ведомым компонентам напрямую, через зубчатые колеса или ремни, и для этого может потребоваться гашение вибрации.Датчики температуры являются разумным дополнением, и в случае возможного перегрева потребуется вентилятор с соответствующей вентиляцией.

Для передачи сигналов питания и управления между двигателем и приводом необходимы кабели (см. Статью «Что такое электропривод»).

Двигатель постоянного тока

— MagLab

Электродвигатели превращают электричество в движение за счет использования электромагнитной индукции.

Ниже показан простой двигатель постоянного тока (DC).

Двигатель оснащен постоянным подковообразным магнитом (называемым статором , потому что он зафиксирован на месте) и вращающейся катушкой с проволокой, называемой якорем (или ротором , потому что он вращается). Якорь, по которому проходит ток, обеспечиваемый батареей , , является электромагнитом, потому что провод с током создает магнитное поле; невидимые силовые линии магнитного поля циркулируют по всему проводу якоря.

Ключ к созданию движения — это размещение электромагнита в магнитном поле постоянного магнита (его поле проходит от северного полюса к южному).Якорь испытывает силу, описываемую правилом левой руки. Это взаимодействие магнитных полей и движущихся заряженных частиц (электронов в токе) приводит к крутящему моменту (обозначенному зелеными стрелками), который заставляет якорь вращаться. Используйте кнопку Flip Battery , чтобы увидеть, что происходит, когда ток меняется на противоположное. Воспользуйтесь преимуществами ползунка Applet Speed ​​ и кнопки Pause , чтобы лучше визуализировать эти силы.

Один поворот на 180 градусов — это все, что вы получили бы от этого двигателя, если бы не коммутатор с разъемным кольцом — круглое металлическое устройство, разделенное на половины (показано здесь красным и синим цветом), которое соединяет якорь к цепи.Электричество течет от положительного полюса батареи по цепи, проходит через медную щетку , к коммутатору, а затем к якорю. Но этот поток меняется на противоположный в середине каждого полного оборота благодаря двум зазорам в коммутаторе. Это хитрый трюк: в первой половине каждого оборота ток течет в якорь через синюю часть коммутатора, заставляя ток течь в определенном направлении (обозначенном черными стрелками). Однако во второй половине вращения электричество проходит через красную половину коммутатора, заставляя ток течь в якорь и через него в противоположном направлении.Это постоянное реверсирование по существу превращает источник питания постоянного тока батареи в переменный ток, позволяя якорю испытывать крутящий момент в нужном направлении в нужное время, чтобы поддерживать его вращение.

Посмотреть анимационный видеоролик о двигателях постоянного тока.

Принцип электродвигателя — HiSoUR — Hi So You Are

🔊 Аудиочтение

Электродвигатель — это электромеханический преобразователь (электрическая машина), преобразующий электрическую энергию в механическую. В обычных электродвигателях генерируются магнитные поля в катушках с токонесущими проводниками, силы взаимного притяжения и отталкивания которых реализуются в движении.Таким образом, электродвигатель является аналогом очень похожего по конструкции генератора, который преобразует мощность двигателя в электрическую. Электродвигатели обычно генерируют вращательные движения, но их также можно использовать для поступательных движений (линейный привод). Электродвигатели используются для привода многих видов оборудования, машин и транспортных средств.

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

Фундаментальный принцип, который описывает, как сила вызывается взаимодействием точечного электрического заряда q в электрическом и магнитном полях, — это закон Лоренца:

куда:

q: точечный электрический заряд
E: электрическое поле
v: скорость частицы
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, которая действует вдоль проводника, порождающего электрический поток, например, в катушках статора асинхронных машин или в роторе двигателей постоянного тока.

В случае чисто магнитного поля:

Сила определяется зарядом, плотностью магнитного поля B и скоростью груза v. Эта сила перпендикулярна магнитному полю и направлению скорости груза. Обычно в движении находится много грузов, поэтому выражение удобно переписать в терминах плотности заряда Fv (сила на единицу объема):

Для продукта это известно как плотность тока J (ампер на квадратный метр):

Тогда полученное выражение описывает силу, создаваемую взаимодействием тока с магнитным полем:

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

Линейный двигатель
Линейный двигатель — это, по сути, любой электродвигатель, который был «раскручен» так, что вместо создания крутящего момента (вращения) он создает прямолинейную силу по всей своей длине.

Линейные двигатели чаще всего представляют собой асинхронные двигатели или шаговые двигатели. Линейные двигатели обычно используются во многих американских горках, где быстрое движение безмоторного железнодорожного вагона контролируется рельсом.Они также используются в поездах на магнитной подвеске, где поезд «летает» над землей. В меньшем масштабе перьевой плоттер HP 7225A 1978 года использовал два линейных шаговых двигателя для перемещения пера по осям X и Y.

Электромагнетизм

Сила и крутящий момент
Основная цель подавляющего большинства электродвигателей в мире — электромагнитное возбуждение относительного движения в воздушном зазоре между статором и ротором для создания полезного крутящего момента или линейной силы.

Согласно закону силы Лоренца сила проводника обмотки может быть просто выражена как:

или, в более общем смысле, для работы с проводниками любой геометрии:

В наиболее общих подходах к вычислению сил в двигателях используются тензоры.

Мощность
Где об / мин — частота вращения вала, а T — крутящий момент, механическая выходная мощность двигателя Pem определяется выражением

.

в британских единицах с T, выраженным в фут-фунтах,

(лошадиные силы), а,
в единицах СИ с угловой скоростью вала, выраженной в радианах в секунду, и Т, выраженной в ньютон-метрах,

(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 без учета скин-эффекта определяется следующим образом:

, где
Rr — сопротивление ротора
I _r ² — квадрат индуцированного тока в роторе
s — пробуксовка мотора; я.е., разница между синхронной скоростью и скоростью скольжения, которая обеспечивает относительное движение, необходимое для индукции тока в роторе.

Задняя ЭДС

Поскольку обмотки якоря двигателя постоянного тока или универсального двигателя движутся через магнитное поле, в них возникает индуцированное напряжение. Это напряжение имеет тенденцию противодействовать напряжению питания двигателя и поэтому называется «противоэлектродвижущей силой (ЭДС)». Напряжение пропорционально скорости вращения двигателя. Обратная ЭДС двигателя плюс падение напряжения на внутреннем сопротивлении обмотки и щетках должны равняться напряжению на щетках.Это обеспечивает основной механизм регулирования скорости в двигателе постоянного тока. Если механическая нагрузка увеличивается, двигатель замедляется; в результате возникает ЭДС нижней части спины, и больше тока потребляется от источника питания. Этот увеличенный ток обеспечивает дополнительный крутящий момент для балансировки новой нагрузки.

В машинах переменного тока иногда полезно учитывать источник обратной ЭДС внутри машины; Например, это особенно важно при точном регулировании скорости асинхронных двигателей на частотно-регулируемых приводах.

Потери
Потери электродвигателя в основном связаны с резистивными потерями в обмотках, потерями в сердечнике и механическими потерями в подшипниках, а также аэродинамическими потерями, особенно при наличии охлаждающих вентиляторов.

Потери также возникают при коммутации, искрообразовании в механических коммутаторах и электронных коммутаторах, а также при рассеивании тепла.

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

,
где — эффективность преобразования энергии, — входная электрическая мощность и — механическая выходная мощность:

где входное напряжение, входной ток, T выходной крутящий момент и выходная угловая скорость.Можно аналитически вывести точку максимальной эффективности. Обычно он составляет менее 1/2 крутящего момента при остановке.

Различные регулирующие органы во многих странах приняли и внедрили законы, поощряющие производство и использование электродвигателей с более высоким КПД.

Фактор качества
Эрик Лейтуэйт предложил метрику для определения «качества» электродвигателя:

Где:

— коэффициент качества (коэффициенты выше 1, вероятно, будут эффективными)
— площади поперечного сечения магнитной и электрической цепи
— длины магнитной и электрической цепей
— проницаемость сердечника
— угловая частота двигатель приводится в движение на
Исходя из этого, он показал, что наиболее эффективные двигатели, вероятно, будут иметь относительно большие магнитные полюса.Однако это уравнение напрямую относится только к двигателям без ПМ.

Рабочие параметры

Допустимый крутящий момент типов двигателей
Все электромагнитные двигатели, включая упомянутые здесь типы, получают крутящий момент из векторного произведения взаимодействующих полей. Для расчета крутящего момента необходимо знать поля в воздушном зазоре. После того, как они были установлены с помощью математического анализа с использованием FEA или других инструментов, крутящий момент может быть вычислен как интеграл всех векторов силы, умноженный на радиус каждого вектора.Ток, протекающий в обмотке, создает поля, и для двигателя, использующего магнитный материал, поле не линейно пропорционально току. Это затрудняет расчет, но компьютер может выполнить множество необходимых расчетов.

Как только это будет сделано, цифру, связывающую ток с крутящим моментом, можно будет использовать в качестве полезного параметра для выбора двигателя. Максимальный крутящий момент двигателя будет зависеть от максимального тока, хотя обычно его можно использовать только до тех пор, пока не будут преобладать тепловые соображения.

При оптимальном проектировании в пределах заданного ограничения по насыщению сердечника и для заданного активного тока (т. Е. Тока крутящего момента), напряжения, числа пар полюсов, частоты возбуждения (т. Е. Синхронной скорости) и плотности магнитного потока в воздушном зазоре, все категории электрических двигатели или генераторы будут демонстрировать практически одинаковый максимальный постоянный крутящий момент на валу (то есть рабочий крутящий момент) в пределах заданной области воздушного зазора с пазами обмотки и глубиной задней части, которая определяет физический размер электромагнитного сердечника.Для некоторых приложений требуются всплески крутящего момента, превышающие максимальный рабочий крутящий момент, например, короткие всплески крутящего момента для ускорения электромобиля с места. Всегда ограниченная насыщением магнитного сердечника или безопасным повышением рабочей температуры и напряжения, способность к скачкам крутящего момента сверх максимального рабочего крутящего момента значительно различается между категориями электродвигателей или генераторов.

Способность к скачкам крутящего момента не следует путать с возможностью ослабления поля. Ослабление поля позволяет электрической машине работать за пределами расчетной частоты возбуждения.Ослабление поля выполняется, когда максимальная скорость не может быть достигнута путем увеличения приложенного напряжения. Это относится только к двигателям с полями, управляемыми током, и поэтому не может быть достигнуто с двигателями с постоянными магнитами.

Электрические машины без трансформаторной топологии схемы, такие как WRSM или PMSM, не могут реализовать всплески крутящего момента, превышающие максимальный расчетный крутящий момент, без насыщения магнитного сердечника и без того, чтобы любое увеличение тока было бесполезным. Кроме того, узел постоянного магнита PMSM может быть непоправимо поврежден, если будут предприняты попытки увеличения крутящего момента, превышающего максимально допустимый рабочий крутящий момент.

Электрические машины с топологией трансформаторной схемы, такие как асинхронные машины, индукционные электрические машины с двойным питанием, а также асинхронные или синхронные машины с двойным питанием с фазным ротором (WRDF), демонстрируют очень высокие всплески крутящего момента, потому что наведенный ЭДС активный ток на обе стороны трансформатора противостоят друг другу и, таким образом, не вносят никакого вклада в плотность потока магнитного сердечника трансформатора, что в противном случае привело бы к насыщению сердечника.

Электрические машины, основанные на индукционных или асинхронных принципах, закорачивают один порт цепи трансформатора, и в результате реактивное сопротивление цепи трансформатора становится доминирующим по мере увеличения скольжения, что ограничивает величину активного (т.е.е., реальный) ток. Тем не менее, всплески крутящего момента, которые в два-три раза превышают максимальный расчетный крутящий момент, возможны.

Бесщеточная машина с синхронным двойным питанием с фазным ротором (BWRSDF) — единственная электрическая машина с действительно двухпортовой топологией трансформаторной схемы (т. Е. Оба порта возбуждаются независимо без короткозамкнутого порта). Топология схемы с двумя портами трансформатора, как известно, нестабильна и требует многофазного узла контактного кольца-щетки для передачи ограниченной мощности на обмотку ротора.Если бы были доступны прецизионные средства для мгновенного управления углом крутящего момента и скольжением для синхронной работы во время движения или генерации с одновременной подачей бесщеточной энергии на обмотку ротора, активный ток машины BWRSDF не зависел бы от реактивного сопротивления цепи трансформатора и всплески крутящего момента, значительно превышающие максимальный рабочий крутящий момент и намного превосходящие практические возможности любого другого типа электрической машины, были бы возможны.Были рассчитаны всплески крутящего момента, превышающие рабочий крутящий момент в восемь раз.

Плотность постоянного крутящего момента
Плотность постоянного крутящего момента обычных электрических машин определяется размером области воздушного зазора и глубиной задней части, которые определяются номинальной мощностью комплекта обмотки якоря, скоростью машины, и достижимая магнитная индукция в воздушном зазоре до насыщения сердечника. Несмотря на высокую коэрцитивную силу неодимовых или самариево-кобальтовых постоянных магнитов, постоянная плотность крутящего момента практически одинакова для электрических машин с оптимально спроектированными наборами обмоток якоря.Постоянная плотность крутящего момента относится к способу охлаждения и допустимому периоду эксплуатации до разрушения из-за перегрева обмоток или повреждения постоянного магнита.

Другие источники утверждают, что различные топологии электронных машин имеют разную плотность крутящего момента. Один источник показывает следующее:

Тип электрической машины	Удельная плотность крутящего момента (Нм / кг)
SPM — бесщеточный переменный ток, токопроводимость 180 °	1,0
SPM — бесщеточный переменный ток, токопроводимость 120 °	0.9-1,15
ИМ, асинхронная машина	0,7–1,0
IPM, машина с внутренним постоянным магнитом	0,6-0,8
VRM, машина двойного сопротивления	0,7–1,0

где — удельная плотность крутящего момента нормирована на 1,0 для SPM — бесщеточный переменный ток, токопроводимость 180 °, SPM — это машина с поверхностным постоянным магнитом.

Плотность крутящего момента для электродвигателей с жидкостным охлаждением примерно в четыре раза больше, чем для электродвигателей с воздушным охлаждением.

Источник, сравнивающий постоянный ток (DC), асинхронные двигатели (IM), синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) и реактивные реактивные двигатели (SRM), показал:

Характеристика	постоянного тока	IM	PMSM	SRM
Плотность крутящего момента	3	3,5	5	4
Плотность мощности	3	4	5	3.5

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

Постоянная плотность мощности
Постоянная плотность мощности определяется произведением постоянной плотности крутящего момента и диапазона скорости постоянного крутящего момента электрической машины.

Специальные магнитные двигатели

Поворотный

Двигатель с ротором без сердечника или без сердечника
Принципиально ни один из двигателей, описанных выше, не требует, чтобы железные (стальные) части ротора действительно вращались.Если магнитомягкий материал ротора выполнен в виде цилиндра, то (за исключением эффекта гистерезиса) крутящий момент действует только на обмотки электромагнитов. Преимущество этого факта — двигатель постоянного тока без сердечника или железа, специализированная форма двигателя постоянного тока с постоянными магнитами. Эти двигатели, оптимизированные для быстрого разгона, имеют ротор без железного сердечника. Ротор может иметь форму заполненного обмоткой цилиндра или самонесущей конструкции, содержащей только магнитный провод и связующий материал.Ротор может помещаться внутри магнитов статора; магнитомягкий неподвижный цилиндр внутри ротора обеспечивает обратный путь для магнитного потока статора. Во втором устройстве корзина обмотки ротора окружает магниты статора. В этой конструкции ротор помещается внутри магнитомягкого цилиндра, который может служить корпусом для двигателя, а также обеспечивает обратный путь для магнитного потока.

Поскольку ротор намного легче по весу (массе), чем обычный ротор, сформированный из медных обмоток на стальных пластинах, ротор может ускоряться намного быстрее, часто достигая механической постоянной времени менее одной мс.Это особенно верно, если в обмотках используется алюминий, а не более тяжелая медь. Но поскольку в роторе нет металлической массы, которая могла бы служить радиатором, даже небольшие двигатели без сердечника часто должны охлаждаться принудительным воздухом. Перегрев может быть проблемой для двигателей постоянного тока без сердечника. Современное программное обеспечение, такое как Motor-CAD, может помочь повысить тепловой КПД двигателей еще на стадии проектирования.

Среди этих типов есть типы дискового ротора, более подробно описанные в следующем разделе.

Виброзвонок сотовых телефонов иногда генерируется крошечными цилиндрическими типами постоянного магнита, но есть также дискообразные типы, которые имеют тонкий многополярный дисковый магнит поля и намеренно несбалансированную конструкцию ротора из формованного пластика с двумя соединенными катушками без сердечника. . Металлические щетки и плоский коммутатор переключают питание на катушки ротора.

Соответствующие приводы с ограниченным ходом не имеют сердечника и катушки, размещенной между полюсами тонких постоянных магнитов с высокой магнитной индукцией.Это быстрые позиционеры головки для жестких дисков («жестких дисков»). Хотя современный дизайн значительно отличается от громкоговорителей, он все еще свободно (и неправильно) называется структурой «звуковой катушки», потому что некоторые более ранние головки жестких дисков двигались по прямым линиям и имели структуру привода, очень похожую на что из громкоговорителя.

Двигатель с цилиндрическим или осевым ротором
Якорь с печатным рисунком или двигатель с осевым ротором имеет обмотки в форме диска, перемещающегося между массивами магнитов с большим магнитным потоком.Магниты расположены по кругу напротив ротора с промежутком между ними, образуя осевой воздушный зазор. Эта конструкция широко известна как двигатель-блинчик из-за ее плоского профиля. С момента своего создания у технологии было много торговых марок, таких как ServoDisc.

Якорь с печатным рисунком (первоначально сформированный на печатной плате) в двигателе с печатным рисунком якоря изготовлен из перфорированных медных листов, которые ламинированы вместе с использованием современных композитов, чтобы сформировать тонкий жесткий диск. Печатный якорь имеет уникальную конструкцию в мире щеточных двигателей, поскольку он не имеет отдельного кольцевого коммутатора.Щетки движутся непосредственно по поверхности якоря, что делает всю конструкцию очень компактной.

Альтернативный метод производства заключается в использовании намотанного медного провода, уложенного плоско с центральным обычным коммутатором, в форме цветка и лепестка. Обмотки обычно стабилизируются электрическими системами заливки эпоксидной смолой. Это эпоксидные смолы с наполнителем, которые имеют умеренную смешанную вязкость и длительное время гелеобразования. Они отличаются низкой усадкой и низким экзотермическим эффектом и, как правило, признаны UL 1446 в качестве заливочного компаунда с изоляцией до 180 ° C, класс H.

Уникальным преимуществом двигателей постоянного тока без железа является отсутствие зубцов (изменения крутящего момента, вызванные изменением притяжения между железом и магнитами). Паразитные вихревые токи не могут образовываться в роторе, поскольку он полностью не содержит железа, хотя роторы из железа являются слоистыми. Это может значительно повысить эффективность, но контроллеры с регулируемой скоростью должны использовать более высокую частоту переключения (> 40 кГц) или постоянный ток из-за уменьшения электромагнитной индукции.

Изначально эти двигатели были изобретены для привода приводов магнитных лентопротяжных устройств, где минимальное время для достижения рабочей скорости и минимальный тормозной путь были критическими.Блинные двигатели широко используются в высокопроизводительных сервоуправляемых системах, роботизированных системах, промышленной автоматизации и медицинских устройствах. Из-за разнообразия конструкций, доступных в настоящее время, технология используется в приложениях от высокотемпературных военных до недорогих насосов и базовых сервоприводов.

Другой подход (Magnax) заключается в использовании одного статора, зажатого между двумя роторами. Одна такая конструкция обеспечивает пиковую мощность 15 кВт / кг, постоянную мощность около 7,5 кВт / кг. Этот двигатель с осевым потоком без ярма обеспечивает более короткий путь потока, удерживая магниты дальше от оси.Конструкция позволяет иметь нулевой вылет обмотки; Активны 100 процентов обмоток. Это усиливается за счет использования медного провода прямоугольного сечения. Двигатели можно штабелировать для параллельной работы. Нестабильность сводится к минимуму за счет того, что два диска ротора прикладывают равные и противоположные силы к диску статора. Роторы соединены напрямую друг с другом через кольцо вала, что нейтрализует магнитные силы.

Размеры двигателей

Magnax варьируются от 15 до 5,4 метра (5,9–17 футов 8,6 дюйма) в диаметре.

Серводвигатель
Серводвигатель — это двигатель, очень часто продаваемый в виде готового модуля, который используется в системе управления положением или скоростью с обратной связью. Серводвигатели используются в таких приложениях, как станки, перьевые плоттеры и другие технологические системы. Двигатели, предназначенные для использования в сервомеханизмах, должны иметь хорошо задокументированные характеристики скорости, крутящего момента и мощности. Кривая зависимости скорости от крутящего момента очень важна и является высоким соотношением для серводвигателя. Также важны характеристики динамического отклика, такие как индуктивность обмотки и инерция ротора; эти факторы ограничивают общую производительность контура сервомеханизма.В больших, мощных, но медленно реагирующих сервоконтурах могут использоваться обычные двигатели переменного или постоянного тока и приводные системы с обратной связью по положению или скорости на двигателе. По мере увеличения требований к динамическому отклику используются более специализированные конструкции двигателей, такие как двигатели без сердечника. Превосходные характеристики плотности мощности и ускорения двигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока, как правило, благоприятствуют применению синхронных двигателей с постоянными магнитами, BLDC, индукционных приводов и приводов SRM.

Сервосистема отличается от некоторых приложений с шаговыми двигателями тем, что обратная связь по положению является непрерывной, пока двигатель работает.Шаговая система по своей сути работает с разомкнутым контуром — полагаясь на двигатель, который не «пропускает шаги» для кратковременной точности — с любой обратной связью, такой как «исходный» переключатель или датчик положения, являющиеся внешними по отношению к двигательной системе. Например, когда запускается типичный компьютерный принтер с точечной матрицей, его контроллер заставляет шаговый двигатель печатающей головки приводиться к левому пределу, где датчик положения определяет исходное положение и останавливает шаг. Пока питание включено, двунаправленный счетчик в микропроцессоре принтера отслеживает положение печатающей головки.

Шаговый двигатель
Шаговые двигатели — это тип двигателя, который часто используется, когда требуется точное вращение. В шаговом двигателе внутренний ротор, содержащий постоянные магниты, или магнитно-мягкий ротор с явными полюсами управляется набором внешних магнитов, которые переключаются электронно. Шаговый двигатель также можно рассматривать как нечто среднее между электродвигателем постоянного тока и вращающимся соленоидом. Поскольку каждая катушка поочередно получает питание, ротор выравнивается с магнитным полем, создаваемым обмоткой возбуждения под напряжением.В отличие от синхронного двигателя, шаговый двигатель не может вращаться непрерывно; вместо этого он «шагает» — запускается, а затем быстро останавливается — от одного положения к другому, поскольку обмотки возбуждения последовательно включаются и отключаются. В зависимости от последовательности, ротор может вращаться вперед или назад, и он может произвольно менять направление, останавливаться, ускоряться или замедляться в любое время.

Простые драйверы шаговых двигателей полностью включают или полностью обесточивают обмотки возбуждения, приводя ротор к «зубчатой ​​передаче» в ограниченное количество положений; более сложные драйверы могут пропорционально управлять мощностью обмоток возбуждения, позволяя роторам располагаться между точками зубчатых колес и, таким образом, вращаться чрезвычайно плавно.Такой режим работы часто называют микрошагом. Шаговые двигатели с компьютерным управлением — одна из самых универсальных форм систем позиционирования, особенно когда они являются частью цифровой системы с сервоуправлением.

Шаговые двигатели

можно легко поворачивать на определенный угол дискретными шагами, и, следовательно, шаговые двигатели используются для позиционирования головки чтения / записи в дисководах компьютерных гибких дисков. Они использовались для той же цели в компьютерных дисковых накопителях до гигабайтной эпохи, где точность и скорость, которые они предлагали, были достаточными для правильного позиционирования головки чтения / записи жесткого диска.По мере увеличения плотности накопителей ограничения точности и скорости шаговых двигателей сделали их устаревшими для жестких дисков — ограничение точности сделало их непригодными для использования, а ограничение скорости сделало их неконкурентоспособными — таким образом, в новых жестких дисках используются системы привода головки на основе звуковой катушки. (Термин «звуковая катушка» в этой связи является историческим; он относится к структуре в типичном (конусном) громкоговорителе. Эта структура некоторое время использовалась для размещения головок. Современные приводы имеют поворотное крепление катушки; катушка качается вперед-назад, что-то вроде лопасти вращающегося вентилятора.Тем не менее, подобно звуковой катушке, современные проводники катушки исполнительного механизма (магнитный провод) движутся перпендикулярно магнитным силовым линиям.)

Шаговые двигатели были и до сих пор часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и цифровых копировальных аппаратах для перемещения оптического сканирующего элемента, каретки печатающей головки (матричных и струйных принтеров), а также валика или подающих роликов. Точно так же многие компьютерные плоттеры (которые с начала 1990-х были заменены широкоформатными струйными и лазерными принтерами) использовали роторные шаговые двигатели для перемещения пера и валика; типичными альтернативами здесь были либо линейные шаговые двигатели, либо серводвигатели с аналоговыми системами управления с обратной связью.

Так называемые кварцевые аналоговые наручные часы содержат самые маленькие обычные шаговые двигатели; они имеют одну катушку, потребляют очень мало энергии и имеют ротор с постоянными магнитами. Такой же двигатель приводит в действие кварцевые часы с батарейным питанием. Некоторые из этих часов, например хронографы, содержат более одного шагового двигателя.

По конструкции тесно связаны с трехфазными синхронными двигателями переменного тока, шаговые двигатели и SRM классифицируются как двигатели с регулируемым сопротивлением. Шаговые двигатели были и до сих пор часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и станках с числовым программным управлением (ЧПУ), таких как маршрутизаторы, плазменные резаки и токарные станки с ЧПУ.

Немагнитные двигатели
Электростатический двигатель основан на притяжении и отталкивании электрического заряда. Обычно электростатические двигатели являются двойными по сравнению с обычными двигателями с катушкой. Обычно для них требуется высоковольтный источник питания, хотя в очень маленьких двигателях требуется более низкое напряжение. Вместо этого обычные электродвигатели используют магнитное притяжение и отталкивание и требуют высокого тока при низких напряжениях. В 1750-х годах первые электростатические двигатели были разработаны Бенджамином Франклином и Эндрю Гордоном.Сегодня электростатический двигатель часто используется в микроэлектромеханических системах (МЭМС), где их управляющее напряжение ниже 100 вольт, а при движении заряженные пластины гораздо проще изготовить, чем катушки и железные сердечники. Кроме того, молекулярные механизмы, управляющие живыми клетками, часто основаны на линейных и вращающихся электростатических двигателях.

Пьезоэлектрический двигатель или пьезодвигатель — это тип электродвигателя, основанный на изменении формы пьезоэлектрического материала при приложении электрического поля.

No related posts.