Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).
Двигатели постоянного токаДвигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:
Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.
По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:
Двигатели с самовозбуждением делятся на:
Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.
Двигатели переменного тока
Двигатель перем
sites.google.com
Содержание:
В быту, коммунальном хозяйстве, на любом производстве двигатели электрические являются неотъемлемой составляющей: насосы, кондиционеры, вентиляторы и пр. Поэтому важно знать типы наиболее часто встречающихся электродвигателей.
Электродвигатель является машиной, которая преобразует в механическую энергию электрическую. При этом выделяется тепло, являющееся побочным эффектом.
Видео: Классфикация электродвигателей
Все электродвигатели разделить можно на две большие группы:
Электродвигатели, питание которых осуществляется переменным током, называются двигателями переменного тока, которые имеют две разновидности:
К электродвигателям постоянного тока относят те, которые питаются постоянным током. Они, в зависимости от того, имею или нет щёточно-коллекторный узел, подразделяются на:
Коллекторные также, в зависимости от типа возбуждения, бывают нескольких видов:
Электродвигатель постоянного тока в разрезе. Коллектор со щетками – справа
Как уже говорилось, электродвигатели постоянного тока составляют группу, в которую входят коллекторные электродвигатели и бесколлекторные, которые выполнены в виде замкнутой системы, включающей датчик положения ротора, систему управления и силовой полупроводниковый преобразователь. Принцип работы бесколлекторных электродвигателей аналогичен принципу работы двигателей асинхронных. Устанавливают их в бытовых прибора, например, вентиляторах.
Длина электродвигателя постоянного тока зависит от класса. Например, если речь идет о двигателе 400 класса, то его длина составит 40 мм. Отличием коллекторных электродвигателей от бесколлектрных собратьев является простота в изготовлении и эксплуатации, следовательно, и стоимость его будет более низкой. Их особенность - наличие щеточно-коллекторного узла, при помощи которого осуществляется соединение цепи ротора с расположенными в неподвижной части мотора цепями. Состоит он из расположенных на роторе контактов – коллектора и прижатых к нему щеток, расположенных вне ротора.
Ротор
Щетки
Используют эти электродвигатели в радиоуправляемых игрушках: подав на контакты такого двигателя напряжение от источника постоянного тока (той же батарейки), вал приводится в движение. А, чтобы изменить его направление вращения, достаточно изменить полярность, подаваемого напряжения питания. Небольшой вес и размеры, низкая цена и возможность восстановления щеточно-коллекторного механизма делают эти электродвигатели наиболее используемыми в бюджетных моделях, несмотря на то, что он значительно уступает по надежности бесколлекторному, поскольку не исключено искрение, т.е. чрезмерный нагрев подвижных контактов и их быстрый износ при попадании пыли, грязи или влаги.
На коллекторный электродвигатель нанесена, как правило, маркировка, указывающая на число оборотов: чем оно меньше, тем скорость вращения вала больше. Она, к слову, очень плавно регулируется. Но, существуют и двигатели этого типа высокооборотистые, не уступающие бесколлекторным.
В отличие от описанных, у этих электродвигателей подвижной частью является статор с постоянным магнитом (корпус), а ротор с трехфазной обмоткой – неподвижен.
К недостаткам этих двигателей постоянного тока отнести можно менее плавную регулировку скорости вращения вала, но зато они способны за доли секунды набрать максимальные обороты.
Бесколлекторный электродвигатель помещен в закрытый корпус, поэтому он более надежен при неблагоприятных условиях эксплуатации, т.е. ему не страшны пыль и влага. К тому же, его надежность возрастает благодаря отсутствию щеток, как и скорость, с которой вращается вал. При этом, по конструкции мотор более сложен, следовательно, не может быть дешевым. Стоимость его в сравнении с коллекторным, выше в два раза.
Таким образом, коллекторный электродвигатель, работающий на переменном и на постоянном токе, является универсальным, надежным, но более дорогим. Он и легче, и меньше по размерам двигателя переменного тока той же мощности.
Поскольку электродвигатели переменного тока, питающиеся от 50 Гц (питание промышленной сети) не позволяют получать высокие частоты (выше 3000 об/мин), при такой необходимости, используют коллекторный двигатель.
Между тем, его ресурс ниже, чем у асинхронных электродвигателей переменного тока, который зависит от состояния подшипников и изоляции обмоток.
Синхронные машины применяют часто в качестве генераторов. Он синхронно работают с частотой сети, поэтому он с датчиком положения инвертора и ротора, является электронным аналогом коллекторного электродвигателя постоянного тока.
Эти двигатели не являются механизмами самозапускающимися, а требуют внешнего воздействия для того, чтобы набрать скорость. Применение они нашли в компрессорах, насосах, прокатных станках и подобном оборудовании, рабочая скорость которого не превышает отметки пятьсот оборотов в минуту, но требуется увеличение мощности. Они достаточно большие по габаритам, имеют «приличный» вес и высокую цену.
Запустить синхронный электродвигатель можно несколькими способами:
В первом случае, с помощью мотора вспомогательного, в качестве которого выступать может электродвигатель постоянного тока или индукционный трехфазный мотор. Изначально ток постоянный на мотор не подается. Он начинает вращаться, достигая близкой к синхронной скорости. В этот момент подается постоянный ток. После замыкания магнитного поля, разрывается связь с вспомогательным двигателем.
Во втором варианте необходима установка в полюсные наконечники ротора дополнительной короткозамкнутой обмотки, пересекая которую магнитное вращающееся поле индуцирует токи в ней. Они, взаимодействуя с полем статора, вращают ротор. Пока он не достигнет синхронной скорости. С этого момента крутящий момент и ЭДС уменьшаются, магнитное поле замыкается, сводя к нулю крутящий момент.
Эти электродвигатели менее чувствительны, чем асинхронные, к колебаниям напряжения, отличаются высокой перегрузочной способностью, сохраняют неизменной скорость при любых нагрузках на валу.
Использующий после пуска только одну обмотку статора (фазу) и не нуждающийся в частном преобразователе электродвигатель, работающий от электросети однофазного переменного тока, является асинхронным или однофазовым.
Однофазовый электродвигатель имеет вращающуюся часть – ротор и неподвижную – статор, который и создает магнитное поле, необходимое для вращения ротора.
Из двух, расположенных в сердечнике статора друг к другу под углом 90 градусов обмоток, рабочая занимает 2/3 пазов. Другая обмотка, на долю которой приходится 1/3 пазов, называется пусковой (вспомогательной).
Ротор – это тоже короткозамкнутая обмотка. Его стержни из алюминия или меди замкнуты с торцов кольцом, а пространство между ними залито алюминиевым сплавом. Может быть выполнен ротор в виде полого ферромагнитного или немагнитного цилиндра.
Однофазный электродвигатель, мощность которого может быть от десятков ватт до десятка киловатт, применяются в бытовых приборах, устанавливаются в деревообрабатывающих станках, на транспортерах, в компрессорах и насосах. Преимущество их – возможность использования в помещениях, где нет трехфазной сети. По конструкции они не сильно отличаются от электродвигателей асинхронных трехфазного тока.
Интересные материалы:
Как работает фонтан на солнечных батареях преимущества и недостатки Бортовой компьютер в машине - для чего он нужен, виды и назначениеmotocarrello.ru
Двигатель или электромотор является поистине уникальным изобретением и одним из самых глобальных достижений в области науки и техники со времен изобретения электричества. Двигатель – это не что иное, как электро-механическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Именно благодаря двигателям современная жизнь стала таковой в ХХІ веке. Без них мы до сих пор бы жили в эпоху сэра Томаса Эдисона, когда одной-единственной целью электричества были лампочки. В настоящее время, существуют различные типы двигателей, которые предназначены для конкретных целей.
По сути, мы можем назвать двигателем любое устройство, которое производит силу вращения. Главный принцип функционирования электродвигателя состоит в том, что сила направлена перпендикулярно магнитному полю и электрическому току, которые взаимодействуют друг с другом. Со времен изобретения двигателей, в области инженерного дела многое изменилось для современных инженеров. Что же, давайте обозначим основные электрические двигатели и их части, которые радуют нас всех на данном этапе прогресса цивилизации.
Классификация электродвигателейВ 1821 году британский ученый Майкл Фарадей четко объяснил, как электрическая энергия способна преобразовываться в механическую путем размещения токоведущего проводника в магнитном поле, в результате чего происходит его вращение вследствие крутящего момента, производимого совместным действием электрического тока и магнитного поля. Основываясь на его принципах, были изобретены машины с постоянным током, и сделал это британский ученый Уильям Стеджен в 1832 году. Однако его модель была чрезмерно дорогой и не могла быть использована для практических целей. Позже, в 1886 году, был изобретен первый электрический двигатель (Франк Джулиан Спрэг), который вращался с постоянной скоростью и с различной нагрузкой.
Видео: классификация электродвигателейСреди основных типов двигателей, упомянутых выше, двигатель постоянного тока, как следует из самого названия, является единственным, который приводится в движение посредством постоянного тока. Пожалуй, речь идет о самом примитивном варианте электродвигателя, в котором вращающий момент образуется за счет протекания электрического тока через проводник в магнитном поле. Остальные виды электродвигателей приводятся в действие благодаря переменному току, например, синхронный двигатель, всегда работающий в режиме синхронной скорости. В данном случае, в качестве ротора выступает электромагнит, который заблокирован статором вращающегося магнитного поля и вращается вместе с ним. Скорость таких двигателей изменяться соответственно изменению частоты (f) и числу полюсов (Р), так как Ns = 120 f/P.
В других типах двигателей с переменным током вращающееся магнитное поле пересекает проводники ротора, и, следовательно, показатель циркулирующего тока уменьшается в проводниках ротора при коротком замыкании. Благодаря взаимодействию магнитного поля и этих циркулирующих потоков ротор начинает и продолжает свое вращение. В общем, такой двигатель также известен как асинхронный двигатель, работающий на меньшей скорости; а вращающий момент регулируется путем изменения скольжения, обеспечивающего разность между Ns синхронной скорости и ротором скорости Nr:
S=(Ns — Nr )/Ns
Такой двигатель регулирует основные параметры ЭДС индукции благодаря различной плотности потока; отсюда и само название. Однофазный и трехфазный двигатель тоже работают по принципу ЭДС индукции, но с той лишь разницей, что сеть и способы ее запуска регулируются двумя хорошо известными теориями, а именно теорией двойных вращающихся полей и теорией поперечного поля.
Помимо основных типов двигателей, упомянутых выше, существует несколько видов так называемых специальных электродвигателей, например, линейный асинхронный электродвигатель (LIM), шаговый двигатель, серводвигатель и т.д., особенности которых были разработаны в соответствии с потребностями отрасли или для функционирования конкретных гаджетов, к примеру, при использовании гистерезиса двигателя в ручных часах ввиду его компактности.
Анимация работы двигателя постоянного тока www.asutpp.ru
Электрический двигатель или электромеханический преобразователь – это машина вращательного типа, преобразующая электрическую энергию в механическую. Образование и выделение тепла – побочный эффект работы электродвигателя.
Вращающий момент в электродвигателе может создаваться при перемагничивании ротора вследствие гистерезиса, либо при взаимодействии магнитных полей статора и ротора, возникающих в них при подаче тока. Электродвигатели первой группы называют гистерезисными, применяют очень редко. Основная масса двигателей, используемых в промышленности, относится к группе магнитоэлектрических.
В зависимости от типа потребляемой энергии магнитоэлектрические двигатели подразделяются на двигатели постоянного и переменного тока. Существует также немногочисленная группа универсальных двигателей, которые питаются обоими видами тока.
Двигатели постоянного токаПо наличию щёточно-коллекторного узла двигатели постоянного тока делят на коллекторные и бесколлекторные. Щёточно-коллекторный узел предусмотрен для электрического соединения цепей статора и ротора. Этот узел электродвигателя является наиболее уязвимым, сложным в ремонте и обслуживании.
Внутри группы коллекторных двигателей существует деление на двигатели с самовозбуждением и независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов.
В зависимости от особенностей взаимного подключения обмоток якоря и возбуждения внутри группы двигателей с самовозбуждением различают двигатели параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Бесколлекторные или вентильные двигатели работают по тому же прицепу, что и синхронные двигатели постоянного тока. Представляют собой замкнутые системы, включающие силовой полупроводниковый преобразователь, преобразователь координат, датчик положения ротора.
Электродвигатели переменного токаДвигатели переменного тока питаются от сетей переменного тока и подразделяются на синхронные и асинхронные.
В синхронных электродвигателях скорости вращения ротора и движения первой гармоники магнитодвижущей силы статора совпадают. Этот тип двигателей применяется при высоких мощностях.
К группе синхронных двигателей относят вентильные реактивные и шаговые электродвигатели. Питание обмоток вентильных реактивных двигателей формируется с помощью полупроводниковых элементов. Отличительная особенность шаговых электродвигателей – дискретное (шаговое) угловое перемещение ротора при работе. Последовательное перемещение ротора происходит при переключении напряжения питания с одних обмоток на другие.
Наибольшее распространение в современной промышленности получили асинхронные электродвигатели. Частоты вращающего магнитного поля, создаваемого напряжением питания и вращения ротора в двигателях асинхронного типа всегда разнятся.
Двигатели переменного тока различаются по количеству фаз. По этому признаку выделяют одно-, двух-, трех- и многофазные двигатели. Однофазные двигатели могут иметь фазосдвигающую цепь, либо пусковую обмотку, либо запускаться вручную.
В электроинструментах и бытовых приборах применяются коллекторные универсальные электродвигатели, которые могут работать от источников постоянного и переменного тока. Универсальные двигатели производятся только с последовательными обмотками возбуждения, которые при подаче постоянного тока включаются полностью, а при подаче переменного – частично.
selectelement.ru
Обмотки статора в асинхронном двигателе выглядят так же, как и в синхронном. Однако вместо питаемых извне обмоток ротора в синхронных двигателях в асинхронных ротор выполнен с несколькими медными или алюминиевыми аксиальными полосками, вложенными в пазы на наборе железных пластин, расположенных по окружности ротора. При возбуждении обмоток статора многофазным током возникает вращающееся магнитное поле, как и в синхронном двигателе. Это магнитное поле наводит токи в полосках проводников в роторе и создает вращающий момент. Ротор может вращаться и медленнее, чем поле статора, и быстрее. Если ротор вращается медленнее поля, то на валу двигателя возникает вращающий момент. Если, наоборот, к валу приложен вращающий момент в направлении вращения и скорость вращения ротора выше скорости вращения поля статора, мотор превращается в генератор, поставляющий энергию в цепь питания. Разность в скоростях вращения вала и магнитного поля называется проскальзывание полюсов и выражается в процентах или долях единицы от скорости вращения поля. Асинхронный двигатель может работать как генератор без потребления внешней энергии для возбуждения магнитного поля. Остаточная намагниченность ротора способствует началу работы такого генератора. Однако может понадобиться и подтолкнуть процесс запуска с помощью, например, батареи заряженных конденсаторов, на короткое время подключаемых к статорной обмотке.
На Рис. 8.5 приведена эквивалентная схема асинхронной машины. Х$, XR, Rs и Rx представляют собой реактансы и сопротивления статора и ротора соответственно. Хм является реактансом возбуждения, и все реактансы определены для рабочей частоты цепи питания. Сопротивление i?R(l-s)/s представляет собой эквивалентное сопротивление нагрузки мотора. При выражении всех постоянных в виде, приведенном к единице, мощность, вырабатывающая вращающий момент на валу, будет равна PR = /R2i?R(l s)/s, а момент на валу будет T= IR2R^Js. Единичный вращающий момент равен 4488-hp/(2n-rpm). Размерность здесь следующая: кг-м — для вращающего момента, л. с. — для паспортной мощности hp и об/мин — для скорости вращения rpm. Для большинства расчетов потери на возбуждение можно не учитывать.
Рис. 8.5. Эквивалентная схема acwocpowioH машины
На Рис. 8.6 приведены графики зависимости тока потребления и вращающего момента от скорости вращения асинхронного двигателя, питаемого непосредственно от сети. Точкой 1 отмечен режим с заблокированным (невращающимся) ротором, точкой 2 — режим начала возрастания вращающего момента и точкой 3 — начало спада вращающего момента. Необходимо отметить, что при заблокированном роторе ток потребления двигателя составляет 600% от тока при номинальной нагрузке при вращении. Да и в течение всего процесса выхода двигателя на номинальный режим его ток потребления остается в несколько раз больше номинального. Это обстоятельство следует иметь в виду при выборе предохранителей или автоматических выключателей в цепях питания двигателей. Пусковой ток можно уменьшить с помощью резистора, реактора, автотрансформатора или тиристорного пускателя, но все это — ценой уменьшения вращающего момента.
Сопротивление обмоток ротора является ключом к созданию вращающего момента. При увеличении этого сопротивления возрастает способность мотора к выработке большего вращающего момента, но уменьшается КПД и растет проскальзывание. В двигателях, предназначенных для получения большого вращающего момента, обмотки ротора иногда делают из железа. Некоторые из этих двигателей способны работать в широком диапазоне напряжений питания при постоянной его частоте, хотя потери в них весьма велики.
Когда асинхронные двигатели работают от схем управления с переменной частотой, их ток потребления и вращающий момент в зависимости от
Рис. 8.6. Зависимости тока потребления и вращающегомомента от скорости вращения
acutLcpontto?o двигателя
скорости вращения ведут себя так же, как и на Рис. 8.6, только 100% скорости определяется текущей частотой питающей линии. В типовом режиме такой работы питающее напряжение выбирается пропорциональным частоте, хотя потери на сопротивлениях требуют некоторого повышения напряжения при низких частотах.
Если асинхронный двигатель соединен с источником питания, но на его вал приложен внешний вращающий момент, обеспечивающий вращение с более высокой скоростью, чем номинальная, то зависимости тока потребления и вращающего момента от скорости вращения приобретают вид, показанный на Рис. 8.7. Этот генераторный (суперсинхронный) режим обычно ограничен малым диапазоном скоростей — от скорости, точно соответствующей синхронному режиму, до скорости, соответствующей максимуму потребляемого вращающего момента. Обычно такой режим работы (с рекуперацией энергии) возникает, например, при опускании нагрузки подъемным краном, хотя асинхронные генераторы и используются довольно часто на маленьких гидрои ветроэлектростанциях, включенных в общую электросеть. Это связано с отсутствием необходимости в этих случаях управлять напряжением или фазой этих генераторов. Кривые на Рис. 8.7 просто напоминают о том, что с изменением знака вращающего момента происходит и изменение направления движения потока энергии.
Современные схемы управления асинхронными двигателями с переменной частотой питающего напряжения способны определять отдельно
Рис. 8.7. Работа асинхронного двигателя врежиме генератора
компоненты тока намагничивания и тока, совершающего работу в общем токе потребления, и оптимизировать рабочую точку двигателя. Известные под названиями векторная схема управления вращающим моментом или схема управления магнитньш полем, эти схемы обеспечивают точное управление асинхронными двигателями, позволяющее заменять ими двигатели постоянного тока и синхронные двигатели во многих применениях, включающих работу при постоянной мощности в нагрузке и расширенные режимы по скоростям. Однако очень большие двигатели остаются синхронньши, что связано с их большим КПД.
Классификация асинхронных двигателей
Национальная ассоциация производителей электротехнической промышленности (NEMA) разработала классификацию асинхронньас двигателей по виду их зависимостей тока и вращающего момента от скорости вращения. На Рис. 8.8 показаны эти характеристики для основных классов асинхронных двигателей. Конструкция А обладает высоким КПД и имеет хороший пусковой момент вращения, но при большом пусковом токе. При расчетной нагрузке проскальзывание мало. Конструкция В имеет меньший пусковой ток, но большее проскальзывание при полной нагрузке и меньший КПД, чем конструкция А. Обе эти конструкции применяются в насосах и вентиляторах, где предъявляются средние требования к пусковому моменту вращения. Конструкцию С отличает высокий пусковой момент вращения, что обычно достигается применением в роторе сдвоенных проводящих полос из металлов с высоким и низким сопротивлением. КПД в этой конструкции ниже по сравнению с конструкциями А и В, а применяется она чаще всего в компрессорах и конвейерных линиях. Двигатели конструкции D используются для нагрузок с большим и изменяющимся вращающим моментом. К ним относятся, например, штамповальные прессы и резаки. Эти двигатели имеют самый низкий КПД.
Рис. 8.8. Классификация асинхронных двигателей по виду их зависимостей тока и враищюгцвго момента от скорости вращения согласно NEMA
8.4. Конструкции корпусов
На Рис. 8.9 показано несколько вариантов конструкций корпусов асинхронных двигателей. Слева приведена открытая конструкция, обеспечивающая защиту от капель воды (ODP — open drip-proof) и снабженная вентилятором на валу двигателя, обеспечивающим его охлаждение. Это наименее дорогой тип двигателей. Следующей приведена полностью герметичная невентилируемая конструкция (TENV — totally enclosed nonventilated). Охлаждение в этом случае осуществляется за счет конвекции и излучения, но зато эти двигатели не подвержены влиянию коррозионно-активных и взрывоопасных примесей в воздухе. Двигатели этого типа дороже и больше по размерам при одинаковой мощности, чем типа ODP. В полностью герметичной конструкции с обдувом воздуха (TEAO — totally enclosed air-over) на вал двигателя типа TENV устанавливается вентилятор, служащий для охлаждения корпуса. И наконец, в двигателях с полностью герметичным корпусом и отдельной вентиляцией (TESV — totally enclosed separately ventilated) для охлаждения используется поток воздуха, подаваемый извне.
Рис. 8.9. Типы корпусов двигателей
Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).
nauchebe.net
Количество просмотров публикации Особенности характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. - 553
Лекция 1. Классификация электроприводов.
Лекции
ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
Структуры ретикулярной формации в стволе мозга и ее функции.
Ретикулярная формация (лат. rete - сеть) представляет собой совокупность клеток, клеточных скоплений и нервных волокон, расположенных на всем протяжении ствола мозга (продолговатый мозг, мост, средний и промежуточный мозг) и в центральных отделах спинного мозга . Ретикулярная формация получает информацию от всехорганов чувств , внутренних и других органов , оценивает ее, фильтрует и передает в лимбическую систему и кору большого мозга. Она регулирует уровень возбудимости и тонуса различных отделов центральной нервной системы, включая кору большого мозга, играет важную роль в сознании, мышлении, памяти, восприятии, эмоциях, сне, бодрствовании, вегетативных функциях, целенаправленных движениях, а также в механизмах формирования целостных реакций организма. Ретикулярная формация прежде всего выполняет функцию фильтра, который позволяет важным для организма сенсорным сигналам активировать кору мозга, но не пропускает привычные для него или повторяющиеся сигналы.
Кафедра физики и электротехники
по
электроприводу
Выполнили:
Базурин А.С.
Борков И.А.
Новожилов М.В.
Машорин А.В.
Ярославль
2009
Электроприводы, используемые в различных технологических установках, разнообразны по своим функциональным возможностям, схемному и конструктивному исполнению, степени автоматизации, что связано с большим разнообразием рабочих машин.
Электроприводы классифицируются по отдельным признакам:
| Классификационные признаки электроприводов |
| Число рабочих Органов проводимых ЭП | Виду движения ЭД | Способу соединения двигателя с рабочим органом | регулируемости | Основному контролируемому параметру | Виду управления |
| индивидуальный | Вращательное | редукторный | Не регулируемый | Регулируемый по моменту | С ручным управлением |
| групповой | Линейное | безредукторный | регулируемый | Регулируемый по скорости | С полуавтоматическим |
| Многокоординатного движения | Конструктивно-интегрированный | Регулируемый по положению | Замкнутой системой автоматического регулирования скорости (САР). С ручным заданием или от системы управления технологическим процессом | ||
| С замкнутой САР положения (позиционирования) | |||||
| С Программным управлением | |||||
| Следящий |
Классификация по числу рабочих органов, приводимых движением электроприводом. Электроприводы бывают индивидуальными и групповыми. В случае если каждый рабочий орган машины приводится в действие своим электроприводом, то он принято называть индивидуальным – такой привод должна быть одно или многодвигательным.
При групповом электроприводе один двигатель приводит в движение несколько рабочих органов. При этом усложняется кинематическая цепь рабочей машины и затрудняется управление рабочими органами, как для рационального управление рабочими органами крайне важно применять специальные механические устройства – управление муфты, коробки передач, фрикционная.
По мере развития техники групповой электропривод всё больше вытесняется индивидуальными.
Классификация по виду движения электродвигателя. Наибольшее применение получили электроприводы вращательного движения. Сейчас значительное внимание уделяется линейным двигателям. В тех механизмах, где рабочий орган совершает поступательное или возвратно-поступательное движение, применение линейных двигателей конструктивно гораздо удобнее, чем использование специальных кинематических пар: винт-гайка, кривошипно-шатунный механизм. Из-за низких энергетических и массогабаритных показателей линейные электродвигатели не находили применения. Создание новых конструкций линейных двигателей с питанием от полупроводниковых преобразователей частоты достигли новых возможностей применения для металлорежущих станков.
Многокоординатные электроприводы на базе специальных шаговых электродвигателей являются отечественной разработкой и находят применение в высокоточных робототехнических установках, сборочных автоматах. Многокоординатные электроприводы позволяют осуществлять пространственные движения рабочего органа по нескольким координатам.
Классификация по способу соединения двигателя к рабочим органам. Электродвигатели соединяются с рабочим органом машины либо непосредственно, либо редуктором или другую кинематическую передачу.
Непосредственное соединение двигателя с рабочим органом характерно для высокоскоростных рабочих машин, к примеру, насосов и вентиляторов. У тех машин, где скорость рабочего органа меньше номинальной скорости электродвигателя, применяют редукторы, которые снимают скорость и увеличивают момент на валу рабочего органа.
Для высокоточных механизмов и машин, работающих динамичных в динамичных режимах, стремятся исключать механические передачи между валом двигателя и рабочим органом.
Также электроприводы называют безредукторными. При этом возрастают, габаритны размеры и масса приводного двигателя, поскольку эти параметры при одной и той же мощности двигателя примерно обратно пропорциональны номинальной скорости двигателя. Для точных электропривода конструктивно объединяют в последние годы рабочим органом с приводным электродвигателем (электрошпиндель для шлифовальных станков, мотор-колеса для транспортных средств). Новые направления - мехатронные модули – электромеханических модулей, включающих в себя рабочий орган, электротехническое устройство (двигатель) с системой его регулирования микропроцессорная управляющее устройство (роботы и станки с ЧПУ)
Классификация по регулируемости. Под регулируемостью принято понимать возможность изменения или точного поддержания скорости ускорения или момента (усилия) приводного электродвигателя.
Исторически сложилось, что большинство существующих электроприводов выполнено на базе К3 асинхронных электродвигателей, недопускающих в стандартной схеме их питания регулирования скорости или момента. Модификацией односкоростных асинхронных электродвигателей является двух и трех скоростные двигатели. Электроприводы с многоскоростными двигателями дают возможность получать 2 или 3 одинаковые рабочие скорости, но не могут обеспечить плавного регулирования скорости в заданном диапазоне. К подобным по управляемости можно отнести электроприводы с реостатно-контакторным управлением.
Регулируемый электропривод выполняет следующие функции:
· Установка требуемой скорости в заданном диапазоне.
· Стабилизация установленного значения скорости с заданной точностью при возмущающих воздействиях (изменения нагрузки на валу).
· Регулирование момента͵ развиваемого двигателем в двигательном и тормозном режимах и ускорения (замедление) привода.
· Формирование требуемого характера изменения скорости во времени с заданной точностью.
Современная тенденция использовать регулируемый электропривод.
Классификация по основному контролируемому параметру
Учитывая зависимость оттехнических требований электропривод должен осуществлять регулирование по одной из главных контролируемых величин: моменту, скорости или положению рабочего органа машины. Это не означает, что при этом не регулируются другие величины; при регулировании положения крайне важно регулировать скорость и т.д.
Регулирование момента как основной регулируемой величины характерным для тех производственных машин, где контролируется напряжение обрабатываемого материала: намоточных устройств, линий обработка ткани... наиболее часто основной контролируемой величиной является скорость.
Для механизмов главного движения станков, клетей прокатных станов, конвекторов, питателей, насосов и множество других машин в соответствии с технологическим процессом требуется регулирование скорости. Есть механизмы, для которых крайне важно позиционирование рабочего органа или перемещение его по заданной траектории. Такие электроприводы управляются по положению. Учитывая зависимость отдиапазона регулирования скорости различают следующие регулируемые электроприводы:
· с ограниченным диапазоном регулирования (не более 2:1)
· общего назначения с диапазоном регулирования (не выше 100:1)
· широко регулируемые (диапазон регулируемой скорости 1000:1)
· высокоточные электроприводы (диапазон регулирования 10000:1 и выше)
Классификация электроприводов по виду управления.
Электроприводы с системами управления различаются по их функциональным возможностям и сложности.
Наиболее простые системы с ручным управлением характерных для нерегулируемых электроприводов. Такие электроприводы имеют систему управления на базе релейно-контакторной аппаратуры, выполняющей функции пуска, останова, защиты и блокировки.
В электроприводах с полуавтоматическим управлением предполагается управление электроприводом оператором с помощью командоконтроллера, кнопок управления и других аппаратов. Система управления содержит элементы автоматического управления и регулирования, обеспечивающие автоматическое изменение параметров электропривода (переключение ступеней сопротивления пускового реостата в функции тока или времени) в соответствии с командами оператора (электропривод грузоподъемных кранов).
Для регулируемого электропривода используются замкнутые САР по току и скорости. В этом случае управление может осуществляться операторами (машинистами экскаваторов, прокатных станов) Задание на скорость может осуществляться системой технологической автоматики (бумагоделательные машины, дозаторы) Одной из разновидностей являются позиционные электроприводы, которые обеспечивают точные останов рабочего органа механизма в заданном положении. Системы управления такими приводами содержат замкнутый контур положения, действующий постоянно или при в ходе рабочего органа в зону точного останова.
В случае если задающее воздействие на параметры движения рабочего органа формируется программными средствами, то такие электроприводы называют электроприводами с числовым программным управлением (ЧПУ), приводы с ЧПУ содержат замкнутые контуры регулирования по скорости и положению.
В случае если положение рабочего органа должно изменяться в соответствии с заданием, характер которого заранее неизвестен, то функцией электропривода в данном случае является слежение и отработка этого задания с крайне важно й точностью. Такой электропривод называют следящим.
Электропривод является электротехнической системой, служащей для преобразования электрической энергии в механическую, которая необходима для осуществления различных технологических процессов в различных сферах деятельности человека.
При этом функция электропривода не ограничиваются только преобразованием энергии. Вторую функцию электропривода можно определить как управление движением исполнительных органов рабочей машины, причем оно может осуществляться в ручную с элементами автоматики или автоматически.
Сочетание двух функций электропривода – преобразование электроэнергии в механическую и управление переменными величинами, характеризующими механическую энергию (мощность, усилие, крутящий момент, скорость, ускорение, путь и угол перемещения) в целях рационального выполнения технологического процесса выполняемого рабочей машиной – определяет назначение и роль электропривода в машинном производстве.
Электросхема электропривода вентилятора
Назначение электропривода приводить в движение рабочие машины и управлять этим движением.
2. Электромеханические свойства электродвигателей
2.1 Механические и электромеханические характеристики электродвигателей.
Момент двигателя зависит от скорости. Взаимосвязь момента͵ развиваемого двигателем, и скорости M=j(w) определяет механические характеристики электродвигателя. Механические характеристики изображаются в поле координат ʼʼМ-wʼʼ.
Обычно пользуются представлением механических характеристик в квадратах I и II.
Основным параметром, определяющим вид механической характеристики является жесткость ее, определяемая по формуле:
b= ≈
где - приращение момента͵
- приращение скорости.
В случае если механическая характеристика прямолинейна (1), то ее жесткость – величина постоянная, равная тангенсу угла наклона характеристики к оси ординат:
1-механическая характеристика прямолинейна
2- криволинейная механическая характеристика
В случае если характеристика криволинейная (2), то жесткость определяется тангенсом угла наклона касательной к технической характеристике в данной точке (к примеру, А).
Жесткость характеризует способность двигателя воспринимать приложение нагрузки (момента) на его валу.
Поскольку обычно с увеличением момента нагрузки скорость уменьшается, то жесткость является величиной отрицательной.
В случае если при положении нагрузки скорость уменьшается незначительно, то механическая характеристика считается жесткой.
В случае если при том же значении прикладываемой нагрузки скорость изменяется значительно, то такую характеристику называют мягкой.
Естественные механические характеристики двигателей
Искусственные (или регулировочные) механические характеристики получаются, когда в целях регулирования изменяются параметры питающего напряжения или в цепи обмоток вводятся дополнительные элементы (активное или индуктивные сопротивления, полупроводниковые приборы.
Пользуясь выражением для момента асинхронного двигателя
(1)
Где U1 –напряжение статора
S – относительное скольжение
S = где w0 -скорость поля статора
- скорость поля ротора
r2¢=r2*kT2 – приведенное сопротивление цепи ротора к обмотке статора с учетом коэффициента трансформации
kT = U1 /E2H
где E2H –номинальная фазная ЭДС ротора
E2H =V1/KT
Xk – индуктивное сопротивление короткого замыкания
Xk = X1+X¢2H
X¢2H индуктивное сопротивление обмотки ротора при S=1, а X¢2H =X2*K2T индуктивное сопротивление обмотки ротора приводимое к обмотке статора
X2s=1 = X2H
r1 – активное сопротивление обмотки статора
Строим механическую характеристику асинхронного двигателя S=f(M)
Механическая (1) и электромеханическая (2) характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором, замкнутым накоротко.
Электромеханическая характеристика w=f(I1 ) определяется из векторной диаграммы асинхронного двигателя (упрощенный)
Пологая ток намагничивания реактивным, получим
=
Где =
Полагая dm/ds = 0 найдем максимальный крутящий момент асинхронного двигателя
Mk= (2)
И соответствующее ему критическое скольжение Sk
(3) Sk =± r2 / +к двигательному режиму: - к генераторному режиму
Отношение максимального момента к номинальному принято называть перегрузочной способностью асинхронного двигателя λ=Мк/Мн (4)
С учетом (2) и (4) формула (1) должна быть преобразована к более удобному для пользования выражению – формуле Клосса M=2Mk(1+aSk)/(Sk/S+S/Sk+2aSk) (5)
где a=r1/r¢2
2.2 Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором
Для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором нужно принять меры для увеличения пускового момента и снижения пусковых токов. С этой целью цепь ротора включают добавочное активное сопротивление. Как следует из формул (2) и (3) введение добавочного активного сопротивления не изменяет максимального момента двигателя, а лишь изменяет критическое скольжение
Sk=(r¢2+R¢2д)/Xk,где R¢2д –приведенная к статору добавочное сопротивление в цепи ротора.
Введение добавочного активного сопротивления увеличивает полное сопротивление роторной цепи в результате уменьшается пусковой ток и увеличивается cosj2 роторной цепи, в следствии, этого увеличивается активная сопротивляющая тока ротора и пусковой момент двигателя.
Обычно в роторную цепь с фазным ротором вводят секционированный резистор, ступени которого перемыкают пусковыми контакторами
Электросхема электропривода вентилятора
При пуске двигателя сначала вводят полное добавочное сопротивление R1доб. По достижению скорости, при которой момент двигателя М1 становиться близким к моменту сопротивления Mc часть пускового резистора шунтируют контактором КМ1 и двигатель переходит на характеристику, соответствующую добавочному сопротивлению R2доб. По мере дальнейшего разгон двигателя контактором КМ2 закорачивается вторая ступень пускового резистора. После замыкания контактов контактора КМ3 двигатель переходит на естественную характеристику и будет работать со скоростью соответствующей т.1
Добавочные сопротивления легко определить графически. Проведем линию номинального момента двигателя и отметим точки пересечения этой линии с механическими характеристиками. Отрезки, заключенные между точками будут пропорциональны сопротивлениям ступеней.
Полное сопротивление добавочного резистора
Rдоб=R2н (бg/ae)
Сопротивление первой ступени резисторов
RIдоб - R2доб = R2H (2g/ae)
Сопротивление второй ступени резистора
R2доб – R3доб = R2н(Вg/2e)
Сопротивление третьей ступени резистора
R3доб = R2н ( бв/ае)
Отрезок аб пропорционален сопротивлению обмотки фазы ротора p2= R2H (аб/ас)
R2Н – номинальное сопротивление ротора
R2н = Е2Н лин/ I2н
где Е2Н лин - линейная ЭДС ротора при S=1
I2н – номинальный ток ротора
Формирование пусковых характеристик двигателей с фазным ротором проводится путём введения в цепь ротора дополнительного активного сопротивления и уменьшения его по мере разгона двигателя (уменьшения скольжения).
В короткозамкнутых асинхронных двигателях введение дополнительного сопротивления в цепь ротора невозможно. При этом тот же результат должна быть получен, в случае если воспользоваться эффектом вытеснения тока на поверхность проводника. Сущность этого явления состоит в следующем. На основании закона электромагнитной индукции при протекании по проводнику переменного тока в нём индуцируется ЭДС самоиндукции, направленная навстречу току
= - = - L = - L 10
Где L – индуктивность проводника
- амплитудное значение тока
Значение этой ЭДС зависит от значения тока , его частоты и индуктивности, определяемой характеристикой среды, окружающей проводник. В случае если проводник находится на воздухе, то магнитная проницаемость среды будет очень мала, следовательно, мала индуктивность L. В этом случае изменение частоты 50Гц( влияние ЭДС самоиндукции незначительно. В случае если проводник помещён в тело магнитопровода, индуктивность многократно увеличивается и ЭДС самоиндукции, направленная навстречу тока, играет роль индуктивного сопротивления, препятствующего протеканию тока.
Рассмотрим проявление действия ЭДС самоиндукции для случая проводника (стержня обмотки ротора), помещённого в глубокий паз магнитопровода ротора двигателя (рис.).
Условно разделим сечение стержня на три части, которые соединим параллельно. Ток, протекающий по нижней части стержня, образует поток , магнитные силовые линии которого замыкаются по магнитопроводу. В этой части проводника возникает ЭДС самоиндукции , большого значения, направленная навстречу току . Ток , протекающий по верхней части стержня роторной обмотки, образует потом , но т.к. силовые линии этого потока в значительной части своей длины замыкаются по воздуху, то поток будет гораздо меньше потока . Следовательно, ЭДС будет во много раз меньше, чем .
Указанное распределение ЭДС самоиндукции по высоте стрежня характерно для того режима, при котором частота тока ротора близка к 50Гц. В этом случае, поскольку все три части стержня ротора соединены параллельно (рис.), то ток ротора пойдёт по верхней части стержня.
Это явление называют вытеснением тока на поверхность паза. При этом эффективное сечение стержня, по которому идёт ток, будет в несколько раз меньше, чем общее сечение стержня обмотки ротора. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, увеличивается активное сопротивление ротора . Поскольку ЭДС самоиндукции зависит от частоты тока (ᴛ.ᴇ. от скольжения), то и сопротивление и являются функциями скольжения.
При пуске, когда скольжение велико(S=1), сопротивление увеличивается (в цепь ротора как бы вводится добавочный резистор). По мере разгона двигателя скольжение двигателя уменьшается, эффект вытеснения тока ослабевает, появляется сначала ток , затем , ᴛ.ᴇ. ток начинает распространятся вниз по сечению проводника, сопротивление уменьшается. При достижении рабочей скорости частота тока настолько мала, что явление вытеснения тока уже не сказывается, ток протекает по всему сечению проводника и сопротивление минимально. Благодаря такому автоматическому изменению сопротивления асинхронных короткозамкнутых двигателей протекает благоприятно: пусковой ток составляет 5.0-6.0 номинального, а пусковой момент 1.1-1.3 номинального.
Варьировать параметры пусковой характеристики асинхронного двигателя при конструировании можно, меняя форму паза, а также сопротивление материала стержней (состав сплава).
Наряду с глубокими пазами применяют двойные пазы, образующие двойную “беличью клетку”, пазы грушевидной формы
На рисунке представлены примерные механические характеристики для серий асинхронных короткозамкнутых двигателей.
1 - нормального исполнения
2 - с повышенным пусковым моментом
3 - с повышенным скольжением
4 - краново-металлургических серий
Короткозамкнутый двигатель нормального исполнения используют для привода широкого класса рабочих машин и механизмов, прежде всего для приводов, работающих в длительном режиме. Для этого исполнения характерны высокий КПД и минимальное номинальное скольжение. Механическая характеристика в области больших скольжений имеет обычно небольшой провал, характеризуемый минимальным моментом .
Двигатели с повышенным скольжением имеют более “мягкую” механическую характеристику и используются, когда два или более двигателей работают на общий вал (для кривошипно-шатунных механизмов) с циклически изменяющейся нагрузкой, когда для преодоления сопротивления движению целесообразно использовать кинетическую энергию, запасаемую в движущихся частях электропривода для механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме.
Двигатели с повышенным пусковым моментом предназначены для механизмов с тяжёлыми условиями пуска (скребковые конвейеры). Двигатели краново-металлургических серий предназначены для механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме с частыми пусками. Эти двигатели имеют большую перегрузочную способность, высокий пусковой момент, чем у двигателей нормального исполнения.
Приближённо механическую характеристику короткозамкнутого двигателя можно построить по четырём точкам: при холостом ходе (S=0), при максимальном ( ), пусковом ( ) и минимальном ( ) моментах. Данные этих характерных точек приводятся в каталогах и справочниках для асинхронных двигателей. Расчёт рабочей части технической характеристики (S=0 до Sk) можно проводить по формуле (5) или если пренебречь r1 (для двигателей мощности более 15кВт)
referatwork.ru
Схема включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором показана на рис. 7.1, а. Механическая характеристика двигателя выражает зависимость между вращающим моментом и частотой вращения п, угловой скоростью или скольжением s.
Упрощенное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя (формула Клосса) имеет вид
Зная величину Мн и si; и задаваясь значениями s, можно построить механическую характеристику асинхронного двигателя (рис. 7.1, б).
Участок 1, 2 представляет собой рабочую, устойчивую часть характеристики, на которой двигатель работает устойчиво. Потеря скорости при изменении нагрузки составляет 3—6% номинальной, поэтому эту часть характеристики относят к разряду жестких.
Участок характеристики 2, 3 — нерабочий. Двигатель работать под нагрузкой на этой части характеристики не может, поэтому эту часть характеристики называют неустойчивой.
Отношение критического момента Mti к номинальному /Ином называется перегрузочной способностью двигателя Л:
Отношение пускового момента Ма к номинальному Меом называется кратностью пускового момента
Такой частоты вращения ротор двигателя не может достичь самостоятельно, так как для этого необходимо, чтобы момент сопротивления был равен нулю.
Величина пускового тока в 3—8 раз больше номинального, поэтому недопустимо держать включенным двигатель, если он не развернулся после включения или если он опрокинулся (остановился) в результате перегрузки.
Трехфазный асинхронный электродвигатель с коротко- замкнутым ротором имеет следующие положительные качества: простота конструкции; отсутствие нормально искрящих частей; большая перегрузочная способность и жесткость характеристики; надежность в работе и дешевизна в изготовлении.
Наряду с положительными качествами электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет следующие недостатки: высокая чувствительность двигателя к колебаниям напряжения; большой пусковой ток; малый пусковой момент.
Учитывая особенности механической характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкутым ротором, применять их рекомендуется для установок с жесткой характеристикой, перегружаемых в процессе работы и запускаемых без нагрузки.
Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения из-за малых пусковых моментов и больших пусковых токов мало пригодны для привода горных машин. Для них созданы специальные короткозамкнутые электродвигатели с уменьшенным пусковым током и увеличенным пусковым моментом, v В основу улучшения пусковых свойств короткозамкнутых двигателей положен принцип автоматического включения дополнительного активного сопротивления в обмотку ротора на период пуска при сохранении принципиального устройства короткозамкнутого ротора. Осуществление этого принципа достигается за счет специальной конструкции обмоток ротора, активное сопротивление которых автоматически изменяется по мере изменения скольжения в двигателе. Для этого обмотки ротора выполняются либо с глубоким пазом (рис. 7.2, б), либо с двойной «беличьей клеткой» (рис. 7.2, а).
Механические характеристики двигателя с глубоким пазом 1 и двигателя с двойной «беличьей клеткой» 2 приведены на рис. 7.2 в.
Как видно из характеристик, пусковой момент двигателя с двойной «беличьей клеткой» больше критического, поэтому опрокидывание этого двигателя в результате перегрузки менее вероятно. Даже при вынужденной остановке двигатель сохранит большой пусковой момент п легко разгонится, как только будет устранена причина перегрузки.
alyos.ru
