0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрический двигатель постоянного тока как работает

Функционально двигатель принадлежит к классу синхронных машин обращенного типа, это объясняется тем, что статор и ротор поменяли выполнение задач. Статор выполняет функции по возбуждению магнитного поля, ротор принял задачи направленные на преобразование энергии.

Во время вращения якоря в магнитном поле, производимым статором в витках обмотки, наводится ЭДС. Направление ее движения находится по правилу правой руки.

После того, как якорь и коллектор повернутся на 180 градусов виток меняет свои стороны, на противоположное направление меняется движение ЭДС.

Так происходит процесс индуцирования переменной электродвижущей силы, выпрямляемой посредством коллектора.

Коллектор, через щеточный механизм, соединен с обеими сторонами витка, в результате этого происходит снятие щетками текущего в неизменном направлении пульсирующего напряжения, это способствует наличию во внешней цепи, идущего в постоянном направлении, пульсирующего тока. Для того, чтобы снизить пульсацию в пазах якоря, прибавляют добавочное количество витков.

Генератор постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.

Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Двигатели переменного тока — в чем отличие?

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока для создания крутящего момента предусматривают использование вращающегося магнитного поля. Их изобретателем считается русский инженер М. О. Доливо-Добровольский, создавший в 1890 году первый промышленный образец двигателя и являющийся основоположником теории и техники трехфазного переменного тока.

Вращающееся магнитное поле возникает в трех обмотках статора двигателя сразу, как только они подключаются к цепи питающего напряжения. Ротор такого электромотора в традиционном исполнении не имеет никаких обмоток и представляет собой, грубо говоря, кусок железа, чем-то напоминающий беличье колесо.

Магнитное поле статора провоцирует возникновение в роторе тока, причем очень большого, ведь это короткозамкнутая конструкция. Этот ток вызывает возникновение собственного поля якоря, которое «сцепляется» с вихревым магнитным потом статора и заставляет вращаться вал двигателя в том же направлении.

Читать еще:  Вольво 960 схема двигателя

Магнитное поле якоря имеет ту же скорость, что и статора, но отстает от него по фазе примерно на 8–100. Именно поэтому двигатели переменного тока называются асинхронными.

Принцип действия электродвигателя переменного тока с традиционным, короткозамкнутым ротором, имеет очень большие пусковые токи. Вероятно, многие из вас это замечали – при пуске двигателей лампы накаливания меняют яркость свечения. Поэтому в электрических машинах большой мощности применяется фазный ротор – на нем уложены три обмотки, соединенные «звездой».

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Нагрузочное поведение электродвигателей

Номинальная мощность электродвигателя обычно указывается на шильдике, прикрепленном к его корпусу. Однако нагрузочное поведение машин постоянного и переменного тока существенно разнится. Так же, как и способ достижения паспортных значений этого параметра.

Двигатели постоянного тока номинальные обороты набирают плавно. Величина вращающего момента на их валу зависит, прежде всего, от напряженности магнитного поля. Поэтому для повышения отдачи увеличивают количество витков в катушках статора и ротора. Кроме того, регулировать частоту вращения можно, изменяя величину напряжения или тока в обмотке возбуждения.

Асинхронные машины переменного тока выходят на номинальные обороты резко, нередко за доли секунды, и стараются держаться на них независимо от уровня нагрузки, увеличивая силу тока в обмотках. Быстроходные, развивающие большое количество оборотов, используются в малонагруженных, но производительных приводах. Количество витков в обмотках у них большое, а сечение провода невелико, поэтому из-за большого удельного сопротивления по нему течет ток малой силы. Катушки же тихоходных, тяговых, наматываются проводом большого сечения, по которым течет ток большой силы.

Знание того, как работает электродвигатель, поможет вам сделать правильный выбор при создании приводов различного назначения. Однако и простое знакомство с устройством, коэффициент полезного действия которого близок к ста процентам, будет весьма полезным для общего развития.

Схемы подключения и способы управления

Существует три схемы подключения двигателя постоянного тока:

  1. Обмотка возбуждения включена параллельно якорной. Обеспечивается высокая стабильность частоты вращения.
  2. Обмотка возбуждения включена последовательно с якорной. Способ позволяет регулировать вращающий момент во время пуска и получать плавную скоростную характеристику. Поэтому он используется для включения тяговых электродвигателей на транспорте.
  3. Обмотка возбуждения делится на две – одна включена параллельно с якорной, другая последовательно с ней.
Читать еще:  Что растягивает цепь на двигателе

Частота вращения двигателя постоянного тока с независимой (параллельной обмоткой) вычисляется по формуле: N = (U – Iя . Rя)/(kc . Ф). Где:

  • U – величина питающего напряжения.
  • Iя и Rя – ток в цепи якоря и ее сопротивление.
  • kc – коэффициент качества магнитной системы.
  • Ф – сила магнитного потока.

Изменить ее можно тремя способами:

  1. Увеличить или уменьшить величину питающего напряжения. Возможно как ускорение, так и замедление двигателя. Регулировка количества оборотов осуществляется плавно.
  2. Изменить сопротивление цепи якоря. Регулировка ведется дискретно, в сторону уменьшения, но не более чем до половины номинальных оборотов. Способ связан с большими энергетическими потерями.
  3. Изменить сопротивление цепи обмотки возбуждения. Это приводит к изменению силы магнитного потока. Чем меньше ток, тем он слабее, а частота вращения выше. Теоретически возможно торможение, но на практике, из-за насыщения магнитной системы, увеличение силы тока непропорционально велико по отношению к величине приращения силы магнитного потока. Это может привести к аварии. Однако и чрезмерное ослабление тока в обмотке возбуждения вредно – машина пойдет вразнос.

Реверсирование осуществляется изменением полярности напряжения, подаваемого на якорь.

Асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. Электродвигатели мощностью больше 0,5 кВт обычно выполняются трехфазными, а при меньшей мощности однофазными.

Асинхронные электродвигатели применяются в станкостроении, сельском хозяйстве, деревообрабатывающей и металлообрабатывающей промышленности, строительной технике и др. Такие электродвигатели давно известны отечественному рынку. Эти электродвигатели имеют не высокую стоимость, неприхотливы в обслуживании и просты в конструкции.

При выборе асинхронного электродвигателя необходимо учитывать два фактора: КПД преобразования энергии и тип исполнения агрегата. Существует множество аналогов электродвигателей марки АИР (АИР марка электродвигателей, которая не привязана к определенному заводу), например новые современные электродвигателе 5АИ. В работе этого оборудования используются менее шумные подшипники, повышенная степень защиты: исполнение IP55, резьбовое отверстие в торце вала и др.

Принцип действия двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам статора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля, при условии, что частота вращения ротора меньше частоты вращения поля. Асинхронные электродвигатели потребляют реактивную мощность из сети. Предел применения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется мощностью системы электроснабжения конкретного предприятия, так как большие пусковые токи при малой мощности системы создают большие понижения напряжения.

Читать еще:  Что означает если двигатель троит

Электродвигатели переменного тока

Электрические двигатели переменного тока нашли широкое применение в приводах любых устройств. Чаще всего принято различать два вида данных электрических двигателей (в зависимости от разности между скоростью вращения статора и частотой вращения ротора) – синхронные и асинхронные электродвигатели. Рассмотрим их подробнее.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электрические двигатели приобрели высокую популярность вследствие своей простоты и незначительной цены. Главным отличием данного типа электрических двигателей является наличие эффекта скольжения. Под ним понимается разница между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электродвигателя и скорость вращения ротора.

На рисунке приведена конструкция асинхронного электрического двигателя. Напряжение на роторе формируется благодаря переменному магнитному полю обмоток статора электродвигателя. В результате процесса вращения происходит взаимодействие поле подвижной и неподвижной частей устройства, которое имеет место вследствие воздействия возникших вихревых токов.

Асинхронные электрические двигатели классифицируются в зависимости от обмоток неподвижной части следующим образом:

— однофазные асинхронные электродвигатели;

— двухфазные асинхронные электродвигатели;

— трех- и многофазные асинхронные электрические двигатели.

В зависимости от конструкции подвижной части асинхронные электродвигатели разделяются на электродвигатели с короткозамкнутым ротором и электродвигатели с фазным ротором.

Синхронные электродвигатели

На рисунке приведена конструкция синхронного электрического двигателя.

По аналогии с асинхронными электрическими двигателями, процесс вращения ротора связан со взаимодействием магнитных полей в самом роторе и статоре. Скорость вращения подвижной части данного электрического двигателя напрямую зависит от частоты поля, которое формируется обмотками неподвижной части двигателя.

Каждая из обмоток неподвижной части электродвигателя питается напряжением от трехфазного источника. К электрическим магнитам подвижной части прикладывается постоянное напряжение. Процедура запуска двигателя и его разгона происходит в асинхронном режиме, для чего на подвижной части имеется одна специальная обмотка. Постоянное напряжение необходимо подавать только после того, как подвижная часть разгонится до номинальной частоты при асинхронном режиме работы.

Универсальные двигатели

Существует также отдельная группа электродвигателей, в которую относятся так называемые универсальные электрические двигатели, которые могут работать как от источников переменного, так и от источников постоянного напряжения. Конструктивно данные устройства очень похожи на электродвигатели, работающие от источников постоянного напряжения. Основное отличие заключается в конструкции магнитной системы и обмоток подвижной части электродвигателя.

Каждая разновидность электродвигателя обладает свои набором плюсов и минусов. Для того, чтобы сделать грамотный выбор необходимого электродвигателя, необходимо учитывать условия эксплуатации, необходимую частоту вращения ротора, тип нагрузки и многие другие характеристики.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector