Особенности применения качественных электродвигателей

{RANDOM_PARAGRAPH=100-400}

В основу работы электродвигателей различного типа заложен принцип взаимодействия магнитных полей, открытый М. Фарадеем в 1821 году. Коротко его суть можно сформулировать следующим образом:

  • При протекании тока через провод (обмотку) вокруг него появляется собственное магнитное поле.
  • Если такой провод находится рядом с постоянным магнитом – он начнет отклоняться в ту или другую сторону.
  • Величина и вектор отклонения зависят от направления протекания потока электронов и его интенсивности.
  • Если пропускать постоянный ток через рамку, расположенную в промежутке между двумя полюсами магнита – она начнет вращаться.
  • Направление вращения зависит от того, в какую сторону движутся заряженные частицы.

Это открытие легло в основу разработки известного всем двигателя постоянного тока.

Elektrodvigatel 2

Представленный схематично электродвигатель состоит из следующих основных частей:

  • Двухполюсный постоянный магнит.
  • Вращающаяся рамка, по которой пропускается ток.
  • Токосъемные графитовые щетки

Для полноценной работы такого устройства потребуется отдельный источник энергии.

Вращение рамочной конструкции в поле постоянного магнита объясняется отталкиванием однополярных полюсов и притягиванием противоположных. В реальном электродвигателе вместо одиночной рамки используется так называемый «ротор» или «якорь», состоящий из множества витков проводников выбранного диаметра.

На основании того же открытия была разработана еще одна разновидность преобразователя электроэнергии во вращательное движение. Это электродвигатель, в котором в качестве магнитов используются катушки с протекающим по ним трехфазным током. Принцип его работы точно такой же, что и у описанной выше модели, но конструкция и способ преобразования несколько иные.

В устройствах переменного тока ротор, расположенный между многополюсными катушками, под воздействием изменяющегося по величине и направлению э/м поля начинает вращаться. Чаще всего он изготавливается в виде цилиндра, состоящего из множества короткозамкнутых витков и внешне напоминающего клетку белки. Применение ротора, называемого «беличьим колесом», позволяет повысить КПД электродвигателя и улучшить его эксплуатационные показатели.

Разновидности электродвигателей
Электродвигатели классифицируются по следующим основным признакам:
  • Вид электрической энергии, используемой для формирования э/м поля в катушках.
  • Особенности взаимодействия неподвижного статора и вращающегося ротора.
  • Способ подачи напряжения на подвижный узел.

В особую группу выделяются шаговые серводвигатели, ротор которых вращается не непрерывно, а дискретно (пошагово).

Читайте также:
Оборудование теплицы: аксессуары и инструменты для теплицы

Согласно первому признаку все известные устройства делятся на двигатели постоянного и переменного тока. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и востребован в определенных условиях эксплуатации.

По способу взаимодействия э/м полей статора и ротора электродвигатели подразделяются на асинхронные и синхронные. Первые отличаются от вторых тем, что скорость вращения ротора у них несколько меньше того же показателя для э/м поля статора. Он слегка отстает от вращающегося э/м потока и как бы «скользит» по нему. В синхронных устройствах такого отставания нет.

Асинхронный электродвигатель

Основными узлами являются неподвижный статор в виде медных обмоток и вращающийся ротор, вал которого передает механический импульс на приводной механизм. Катушки намотаны на сердечниках из специальной электротехнической стали, позволяющей получить нужные рабочие характеристики.

Они выполнены в виде трех групп одинаковых полюсов, разнесенных по окружности одна относительно другой на 120 градусов. На каждую такую группу от трехфазной сети подается напряжение соответствующей фазы, смещенное относительно двух других на ту же треть периода (360/3). Благодаря этому электромагнитное поле катушек перемещается по окружности статора с сетевой частотой 50 герц. При этом оно взаимодействует с э/м полем ротора, который начинает вращаться с той же радианной скоростью.

Elektrodvigatel ustroistvo 2

Помимо этих двух частей, асинхронный электродвигатель содержит следующие обязательные узлы:
  1. Клеммная коробка.
  2. Вал.
  3. Статор.
  4. Ротор.
  5. Корпус.
  6. Вентилятор.
  7. Комплект подшипников скольжения.

Для охлаждения трущихся частей на корпус агрегата устанавливается вентилятор, работающий от того же трехфазного источника тока.

Асинхронные двигатели отличаются относительной дешевизной и высокой надежностью функционирования.

К недостаткам традиционно относят:
  • Непостоянство скорости вращения вала.
  • Сложность управления этим параметром.
  • Его ограниченность по величине (не более 3000 оборотов в минуту).

Для устранения всех перечисленных недостатков был разработан синхронный электродвигатель.

Синхронные агрегаты

Этот тип электродвигателей примечателен тем, что ротор у них вращается синхронно с создаваемым статором э/м полем. В корпусе такого изделия также имеются полюса с обмотками (3). Подвижный ротор, называемый в этом случае «якорем», тоже состоит из обмоток, намотанных в пазах основания из электротехнической стали.

Читайте также:
Простота и удобство получения технического паспорта БТИ

Elektrodvigatel 3

Выводы его катушек припаиваются к секторам коллектора 5, выполненного в виде токосъемного кольца. А на них в свою очередь подается рабочее напряжение, для чего используются графитовые щетки 4. За счет подачи напряжения на коллектор якоря в его обмотках формируется свое собственное э/м поле.

Вращающий момент в синхронных двигателях создается в результате взаимодействия между электромагнитными потоками ротора (якоря) и возбуждающей обмотки. Регулировать скорость вращения вала можно путем изменения величины прикладываемого к щеткам напряжения. В большинстве бытовых приборов, работающих по этому принципу, в качестве регулирующего органа чаще всего используется переменное сопротивление или проволочный реостат.

По способу подачи питания на вращающийся ротор все известные двигатели подразделяются на агрегаты с коллекторным подключением и обходящиеся без него. Вторая разновидность так и называется – бесколлекторные моторы. Они характеризуются высокой надежностью и привлекают пользователя низким уровнем вредных электромагнитных излучений.

К их достоинствам также относят:
  • Отсутствие искрообразования, позволяющее применять эти устройства на особо опасных производствах.
  • Пониженная шумность.
  • Длительные сроки эксплуатации.
  • Простота обслуживания.

Такие электродвигатели востребованы во взрывоопасных производствах, связанных с переработкой и перекачкой нефти и газа.

Бесколлекторные агрегаты применяются не только в промышленном производстве. Они востребованы и в быту, где на их основе производятся такие нужные в домашнем хозяйстве устройства, как электрические мясорубки, холодильники, пылесосы, а также вентиляторы, соковыжималки и т.п. Универсальность этих агрегатов заключается в том, что они выпускаются в двух исполнениях, одно из которых работает от сети переменного тока, а второе – от постоянного напряжения. Это позволяет применять такой электродвигатель в миниатюрных приборах самого широкого назначения.

Области применения асинхронных и синхронных машин

Асинхронные электродвигатели – самый распространенный тип устройств, преобразующих электрическую энергию во вращательное движение. Изделия этого класса широко применяются в самых различных областях народнохозяйственной деятельности. Чаще всего они используются в качестве приводных агрегатов, устанавливаемых в дерево- и металлообрабатывающих станках и в подобных им механизмах.

В бытовых условиях асинхронные двигатели применяются в приборах, где не требуется регулировка скорости вращения вала. К этой категории относятся следующие изделия:
  • Холодильники различных типов.
  • Бытовые вентиляторы.
  • Стиральные машины.
  • Электробритвы.
  • Звуковоспроизводящая аппаратура и другие устройства.
Читайте также:
Преимущества сплит-систем

Однофазные синхронные (коллекторные) электродвигатели нередко применяются в быту там, где требуется высокая скорость вращения, а также возможность ее плавного изменения. Они востребованы и в тех областях, где необходима частота вращения вала более 3000 оборотов в минуту. Такой электродвигатель устанавливается в профессиональном и бытовом электроинструменте (в дрелях и перфораторах, например), а также в кофемолках, пылесосах и миксерах.

Типы нагрузок электродвигателей

Существует четыре типа нагрузок электродвигателей промышленной автоматики:

  • переменная мощность и постоянный крутящий момент;
  • переменный крутящий момент и постоянная мощность;
  • переменные мощность и крутящий момент;
  • управление положением ротора или регулирование крутящего момента.

К изделиям с переменной мощностью и постоянным крутящим моментом относятся транспортеры, краны и редукторные насосы. Крутящий момент у них постоянен, так как нагрузка не меняется. Требующаяся мощность может различаться в зависимости от типа изделия, поэтому хорошим выбором в этом случае будут электродвигатели постоянного тока с постоянной частотой вращения ротора.

Пример изделия с переменным крутящим моментом и постоянной мощностью — станок для перемотки бумаги. Скорость подачи материала постоянна, поэтому мощность не меняется. Нагрузка, однако, меняется по мере увеличения диаметра рулона. Для небольших систем такого рода хорошо подойдут электродвигатели постоянного тока или серводвигатели. Другой важный фактор в этом случае — энергия рекуперации, которую следует учитывать при выборе размера электродвигателя или метода регулирования мощности. В более крупных системах, возможно, целесообразнее будет использовать электродвигатели переменного тока с датчиками перемещений, регулирование с обратной связью и приводы, работающие в четырех квадрантах.

Для вентиляторов, центробежных насосов и мешалок требуются переменные мощность и крутящий момент. С увеличением частоты вращения ротора электродвигателя растет и мощность на нагрузке, а с нею требующиеся номинальная мощность и крутящий момент. При нагрузках такого типа начинает играть важную роль КПД двигателя. В подобных изделиях применяются электродвигатели переменного тока с инверторным управлением и частотно-регулируемые приводы.

В линейных приводах, которые должны обеспечивать точное перемещение во множество положений, требуется управление положением или регулирование крутящего момента ротора с малой погрешностью, а зачастую и обратная связь для проверки правильности положения. Для этих целей лучше всего подходят серводвигатели и шаговые двигатели, но наряду с ними часто применяются электродвигатели постоянного тока с обратной связью или электродвигатели переменного тока с инверторным управлением и датчиком перемещения, которые позволяют с малой погрешностью регулировать крутящий момент на металлургических и бумагоделательных линиях, а также в других аналогичных применениях.

Читайте также:
Правила и особенности удаленной торговли на Амазон

Принцип работы электродвигателя

Принцип работы двигателя

Принцип работы электродвигателя

Принцип действия электродвигателя

Принцип работы двигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:

Сравнение различных типов электродвигателей (в чем разница), характеристики, достоинства и недостатки, особенности их использования

Конструктивные возможности электрических двигателей обеспечивают выполнение различных требований — по мощности, механическим характеристикам, внешним условиям работы. Это позволяет электропромышленности выпускать специализированные серии двигателей, предназначенные для определенных отраслей промышленности, наиболее полно соответствующие режиму работы данных рабочих машин.

Асинхронный электродвигатель производственного механизма

Подбор электродвигателя начинается с выбора типа двигателя, соответствующего по механическим характеристикам режиму работы приводимого механизма, с учетом экономических характеристик разных типов: стоимости, к. п. д., cos фи.

Электропромышленность выпускает следующие типы электродвигателей:

Асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором

Из всех типов электрических двигателей это наиболее простые по конструкции, надежные механически, простые в эксплуатации и управлении, самые дешевые. Механическая характеристика “жесткая”: обороты мало изменяются при всех значениях нагрузки. Большой пусковой ток (в 5 – 7 раз больше номинального). Регулировать обороты трудно, и раньше это почти никогда не делалось.

Выпускаются многоскоростные электродвигатели, которые применяются в приводах станков и различных агрегатов, не имеющих специальных устройств для изменения числа оборотов. Выпускаются они с короткозамкнутым ротором, двух, трех и четырехскоростные, с переключением числа полюсов обмотки статора.

Трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Принципиальный недостаток асинхронных электродвигателей — коэффициент мощности (cos фи) всегда заметно меньше единицы, особенно при недогрузках.

В настоящее время проблемы связанные с большим пусковым током асинхронных трехфазных электродвигателей решаются с помощью устройств плавного пуска (софт-стартеров), а проблемы регулирования оборотов решаются подключением электродвигателей через частотные преобразователи.

Преимущества асинхронных электродвигателей, обеспечившие такое широкое и повсеместное их применение, следующие:

высокие экономические показатели. К. п. д. электрических двигателей массового применения находится в пределах 0,8-7-0,9, у крупных машин — до 0,95 и выше;

простота конструкции, механическая надежность, легкость управления;

возможность выпуска на любые практически необходимые мощности;

легкая применяемость конструктивных форм двигателя к условиям работы: при повышенной температуре, при наружной установке и воздействии разных климатических факторов, при наличии пыли или повышенной влажности, во взрывоопасных условиях и пр.

Читайте также:
Удобный диван – залог комфортного сна и уютной атмосферы

несложность автоматического управления, как единичной рабочей машиной, так и группой их, связанных одним производственным процессом.

Асинхронные трехфазные электродвигатели с контактными кольцами и реостатным пуском

По сравнению с короткозамкнутыми — большая сложность управлений и большая стоимость. Остальные характеристики те же, что и у асинхронных трехфазных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Асинхронные однофазные электродвигатели

По сравнению с трехфазными — меньший к. п. д., более низкий cos фи. Выпускаются только в малых единичных мощностях.

Синхронные двигатели

Конструктивно сложнее и дороже, чем асинхронные; сложнее управление. К. п. д. заметно выше, чем у асинхронных. Обороты зависят только от частоты тока и при постоянной частоте строго неизменны при всех нагрузках. Регулирование оборотов не применяется. Основное преимущество — возможность работы при cos фи = 1 и в емкостном режиме. Выпускаются и применяются в основном в единичных мощностях больше 100 кВт.

Коллекторные двигатели переменного тока

Основное достоинство — хорошая регулировка оборотов. Конструктивно сложны. Наличие коллектора и щеток влияет на надежность работы электродвигателя и требует их специального обслуживания.

Двигатели постоянного тока, последовательного, параллельного и смешанного возбуждения

Конструктивно намного сложнее и значительно дороже, чем асинхронные. У них сложнее управление, требуют постоянного эксплуатационного присмотра. Основное достоинство — легкая возможность плавной и в достаточно широких пределах регулировки оборотов.

Механическая характеристика сериесных двигателей “мягкая”: обороты весьма чувствительно изменяются с нагрузкой, обороты шунтового двигателя при колебаниях нагрузки изменяются мало.

Общий недостаток двигателей постоянного тока — необходимость в дополнительных устройствах для получения постоянного тока (магнитных усилителей, тиристорных регуляторов напряжения и т.п.).

Электродвигатели автоматических систем управления: шаговые двигатели и сервоприводы.

В пределах выбранного типа подбирается двигатель на необходимую скорость вращения и необходимую мощность.

Правильный выбор двигателя по мощности имеет очень большее значение, заметно сказываясь на экономических показателях работы и производительности рабочих машин.

Результатом завышения установленной мощности двигателей будет работа с пониженными значениями к. п. д., а для асинхронных двигателей переменного тока и с пониженными значениями cos фи кроме того, будут завышены капиталовложения на электрооборудование.

Читайте также:
Как выбрать настольную лампу

Новые электродвигатели на складе

Занижение мощности неизбежно приведет к тому, что двигатель будет перегреваться и быстро выйдет из строя.

Чем больше нагрузка двигателя, тем больше и количество выделяемого в машине тепла, а значит тем выше будет та температура, на уровне которой установится тепловое равновесие.

В конструкции электрических машин элементом, наиболее чувствительным к температуре, определяющим нагрузочную способность машины, является изоляция обмоток.

Все потери энергии в двигателе — в его обмотках (“потери в меди”), в магнитопроводах (“потери в стали”), на трение вращающихся частей о воздух и в подшипниках, на вентиляцию (“механические потери”) превращаются в тепло.

По действующим нормам температура нагрева изоляционных материалов, обычно применяемых для обмоток электрических машин (изоляционные материалы класса А), не должна превышать 95°С. При этой температуре двигатель может надежно работать примерно 20 лет.

Всякое повышение температуры сверх 95°С ведет к ускоренному износу изоляции. Так, при температуре 110°С срок службы снизится до 5 лет, при температуре 145°С (которая может быть достигнута повышением силы тока по сравнению с номинальной, всего на 25%) изоляция будет разрушена за 1,5 месяца, а при температуре 225°С (что соответствует увеличению силы тока на 50%) изоляция обмотки придет в негодность в течение 3 часов.

Как правильно выбрать электродвигатель

Выбор двигателя по мощности производится в зависимости от характера нагрузки, создаваемой приводимым механизмом. Если нагрузка равномерна, что бывает в приводе насосов, вентиляторов, двигатель берется с номинальной мощностью, равной нагрузочной.

Однако гораздо чаще график нагрузки двигателя неравномерен: повышения нагрузки чередуются с провалами, вплоть до холостого хода. В этих случаях двигатель выбирается с номинальной мощностью, меньшей максимума нагрузки, так как в периоды уменьшенных нагрузок (или остановок) двигатель будет охлаждаться.

Разработаны методы выбора мощности двигателя в соответствии с графиком его нагрузки, т. е. с режимом работы приводимого механизма. Они изложены в специальных руководствах.

Преимущества электроприводов

В завершение хотелось бы отметить главные достоинства двигателей , обеспечившие им такую популярность . Среди них :

  • простота конструкции ;
  • высокая ремонтопригодность ;
  • большой выбор устройств с различной мощностью под любое оборудование , разные технические и бытовые задачи ;
  • простота и удобство регулировки скорости вращения вала движка ;
  • возможность автоматического управления устройствами ;
  • быстродействие моторов ;
  • постоянная готовность к старту ;
  • возможность применения реверсивного ( обратного ) вращения ;
  • для монтажа и техосмотра устройств не обязательны дорогостоящие услуги квалифицированных специалистов ;
  • долгий срок эксплуатации ;
  • высокий КПД ;
  • устройства являются экологически чистым продуктом — они не загрязняют окружающую среду и не вредят здоровью человека .
Читайте также:
Оригинальное оформление помещений – использование интерьерных игрушек и другого декора

Но главное преимущество электрического привода перед всеми прочими — его действия можно контролировать и регулировать на большом расстоянии от источника энергии и от устройства включения — выключения . Электромотор не создает такого шума и не несет прямой опасности для рабочих , как механические аналоги .

Расчет пускового тока электродвигателя

Зная тип и номинальную мощность электродвигателя, можно рассчитать номинальный ток:

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного тока:

, где

PH – номинальная мощность электродвигателя;
UH — номинальное напряжение электродвигателя,
ηH — КПД электродвигателя;
cosφH — коэффициент мощности электродвигателя.

Номинальные значения мощности, напряжения и КПД можно найти в технической документации на конкретную модель электродвигателя. Зная значение номинального тока, можно рассчитать пусковой ток.

{RANDOM_PARAGRAPH=401-800}
{RANDOM_SECTION=500-3000}

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: