| Основные Продукции: | Кухонная Вытяжка Двигателя, Редукторный Электродвигатель, Тени Полюсного Двигателя, Конденсатор Двигателя, Синхронный Двигатель |
ru.made-in-china.com
Если снабдить статор двигателя только одной однофазной обмоткой (рис. .14.33), то переменный ток в ней будет возбуждать в машине, пока ее ротор неподвижен, переменное магнитное поле, ось которого тоже неподвижна. Это поле будет индуктировать в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в ней возникнут токи. Взаимодействие токов ротора с магнитным полем статора создаст электромагнитные силы f, противоположно направленные в правой и левой половинах ротора. Вследствие этого результирующий момент, действующий на ротор, окажется равен нулю. Следовательно, при наличии одной обмотки начальный пусковой момент однофазного двигателя равен нулю, т. е. такой двигатель сам с места тронуться не может.
Применяются два способа создания в двигателях, подключаемых к одной фазе сети, начального пускового момента, в соответствии с чем эти двигатели делятся на двухфазные и однофазные.
Двухфазные асинхронные двигатели. Двухфазные двигатели помимо обмотки, включаемой непосредственно на напряжение сети, снабжаются второй обмоткой, соединяемой последовательно с тем или другим фазосмещающим устройством (конденсатором, катушкой индуктивности). Наиболее выгодным из них является конденсатор (рис. 14.34), а соответствующие двигатели именуются конденсаторными. В пазах статора подобных двигателей размещаются две фазные обмотки, каждая из которых занимает половину всех пазов. Таким путем осуществляется условие получения вращающего момента посредством индукционного механизма (см. § 12.9): наличие двух переменных магнитных потоков, смещенных в пространстве и сдвинутых по фазе относительно друг друга.
Наиболее выгодным является круговое вращающееся магнитное поле. Оно может быть осуществлено в двухфазном двигателе. При этом, однако, приходится выбирать условия, при которых предпочтительнее получить круговое поле, а следовательно, и наибольший вращающий момент — при спуске двигателя или при номинальной нагрузке.
Действительно, если токи в обмотках статора 
1 и 
2 имеют равные действующие значения и сдвинуты относительно друг друга по фазе на угол 
/2, то возбуждаемое ими магнитное поле имеет составляющиеВх и Ву, определяемые выражениями (14.2) и (14.3). Результирующее магнитное поле в этом случае представляет собой круговое вращающееся поле.
Если емкость конденсатора подобрана так, что круговое магнитно.: поле создается при пуске двигателя, то при номинальной нагрузке изменение тока второй обмотки вызовет изменение падения напряжения на конденсаторе, а следовательно, и напряжения на второй обмотке по значению и фазе. В результате вращающееся магнитное поле станет эллиптическим (при вращении поток будет пульсировать), что обусловит уменьшение вращающего момента.
Ценой усложнения установки — посредством отключения части конденсаторов при переходе от пусковых условий к рабочим (штрихпунктирные соединения на рис. 14.34) можно этот недостаток устранить. Это уменьшение емкости конденсаторов может выполняться автоматически центробежным выключателем,- срабатывающим, когда частота вращения двигателя достигает 75—80 % номинальной, или воздействием реле времени.
Двухфазные двигатели применяются в автоматических устройствах также в качестве управляемых двигателей: их частота вращения или вращающий момент регулируется изменением действующего значения или фазы напряжения на одной из обмоток. Такие двигатели вместо обычного ротора с короткозамкнутой обмоткой снабжаются ротором в виде полого тонкостенного алюминиевого цилиндра («стаканчика»), вращающегося в узком воздушном зазоре между статором и неподвижным центральным сердечником из листовой стали (внутренним статором). Это двигатели с полым ротором обладают ничтожной инерцией, что практически очень важно при регулировании некоторых производственных процессов. На рис. 14.35 показан график зависимости частоты вращения такого двигателя от напряжения на управляющей обмотке.
Однофазные асинхронные двигатели не развивают начального пускового момента. Но если ротор однофазного двигателя раскрутить в любую сторону при помощи внешней силы, то в дальнейшем этот ротор будет вращаться самостоятельно и может развивать значительный вращающий момент.
Работу однофазного двигателя можно объяснить на основании того, что переменное магнитное поле можно рассматривать как результат наложения двух магнитных полей, вращающихся в противоположные стороны с постоянной угловой скоростью 
/р. Амплитудные значения магнитных потоков этих полей Ф1т и ФIIm одинаковы и равны половине амплитуды магнитного потока переменного поля машины:
Ф1т = ФIIm= Фm/2
Простое графическое построение (рис. 14.36) показывает, как в результате сложения двух одинаковых магнитных потоков Ф1m и ФIIт, вращающихся в противоположные стороны, получается магнитный поток, изменяющийся по синусоидальному закону: Ф = Фт sin
В однофазном двигателе это положение справедливо, только пока ротор неподвижен. Рассматривая в этих условиях переменное поле как складывающееся из двух вращающихся полей, можно заключить, что под действием обоих этих полей в обмотке ротора будут одинаковые токи. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимися полями, создтют два одинаковых вращающихся момента, направленных в противоположные стороны и уравновешивающих друг друга.
Это равенство двух моментов нарушается, если привести ротор во вращение в любом направлении. В этих условиях вращающий момент, создаваемый прямо вращающимся полем (короче, прямым полем), т. е. полем, вращающимся в ту же сторону, что и ротор, становится значительно больше момента, развиваемого обратно вращающимся полем (короче, обратным полем), благодаря чему ротор может не только самостоятельно вращаться, но и приводить во вращение какой-либо механизм.
Ослабление противодействующего момента при вращении ротора вызывается ослаблением обратного поля. Относительно этого поля, вращающегося против направления вращения ротора, скольжение ротора равно:
sII=
=
= 2-s1
где sI — скольжение ротора по отношению к прямому полю.
Выражение (14.36) показывает, что частота токов, индуктируемых в роторе обратным полем, относительно высока — близка к удвоенной частоте сети. Для токов такой повышенной частоты индуктивное сопротивление ротора во много раз больше его активного сопротивления, вследствие чего токи, индуктируемые обратным полем, становятся почти чисто реактивными. Согласно рис. 14.21 поле этих токов оказывает сильное размагничивающее действие на поле, их ин актирующее, следовательно, на обратное поле двигателя. Благодаря этому при малых скольжениях sl результирующее магнитное поле машины становится почти круговым вращающимся полем, а противодействующий момент обратного поля в этих условиях мал.
Для каждого из полей мы можем применить известные нам кривые зависимости момента от скольжения обычного трехфазного асинхронного двигателя и определить результирующий момент М как разность прямого MI и обратного MII моментов (рис. 14.37). Существенной особенностью однофазного двигателя является наличие небольшого отрицательного момента М0 при синхронной частоте вращения ротора по отношению к прямому полю.
Возрастание скольжения sI, при увеличении нагрузки вызывает у однофазного двигателя не только увеличение тока I1 индуктируемого прямым полем, но и увеличение тормозного момента обратного поля, вследствие чего работа однофазного двигателя значительно менее устойчива, чем трех фазного, а его максимальный момент существенно меньше. Вследствие ряда дополнительных потерь КПД однофазного двигателязначительно ниже, чем трехфазного.
Задача пуска в ход однофазного двигателя решается посредством применения того или другого пускового устройства. Чаще всего это дополнительная обмотка, подобная второй обмотке двухфазного двигателя, но отключаемая по окончании пуска, так как она рассчитывается лишь на кратковременную нагрузку током. Последовательно с этой обмоткой включается то или иное фазосмещающее устройство.
Асинхронные двигатели с расщепленными полюсами. Пусковое устройство в однофазном асинхронном двигателе может оставаться включенным и при нормальной работе двигателя. Это имеет место в асинхронных двигателях с расщепленными полюсами. Такие двигатели можно рассматривать как промежуточные между однофазными и двухфазными асинхронными двигателями (рис. 14.38). Этот двигатель снабжен короткозамкнутой обмоткой шк, которая охватывает часть явновыраженного полюса, на котором размещена главная (первичная) обмотка 1. Ток I1 в обмотке 1, подключенной к сети, возбуждает магнитный поток Ф1. Часть последнего, пронизывая обмотку wK, индуктирует в ней ток I2, значительно отстающий по фазе от I1. Этот ток возбуждает второй магнитный поток двигателя. Таким образом, в двигателе создается система двух переменных магнитных потоков, не совмещенных пространственно и сдвинутых по фазе, т. е. создаются условия, подобные условиям в индукционных электроизмерительных приборах (см. рис. 12.23), следовательно, возникает вращающееся магнитное поле, которое, воздействуя на короткозамкнутый ротор 2, создает соответствующий вращающий момент. Эти двигатели изготовляются миниатюрными (мощностью 0,5—30 Вт) и широко применяются для самых различных целей — главным образом, в качестве привода исполнительных механизмов.
studfiles.net
Электрические двигатели
В бытовой технике в основном применяют электродвигатели переменного тока двух видов: коллекторные (электробритва, швейная машина, пылесос, универсальная кухонная машина, электродрель и др.) и асинхронные (стиральная машина, холодильник).Коллекторный электродвигатель является универсальным. Он может работать от постоянного и переменного токов. Принцип действия двигателя основан на взаимодействии проводника (якоря) с электрическим током и магнитным полем, создаваемым электромагнитом (индуктором). Механическая сила, возникающая при таком взаимодействии, заставляет вращаться якорь (ротор). Направление движения проводника с током определяется по правилу левой руки. Электрический двигатель с вращающимся валом был впервые сконструирован в 1834 г. русским физиком Б.С. Якоби (1801-1874).
Станина и сердечник электромагнита двигателя переменного тока выполнена из листов электротехнической стали для уменьшения потерь энергии на нагревание сердечника. У двигателя постоянного тока эти детали в основном делают сплошными. Обмотка возбуждения электромагнита в двигателях переменного тока включается последовательно с обмоткой якоря. При таком соединении весь ток якоря проходит по обмотке возбуждения, обеспечивая большой пусковой момент двигателя.
Асинхронный двигатель не имеет коллектора и щеток, следовательно, в нем не возникает искра.Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках короткозамкнутого ротора. По закону Ленца в проводниках наводится ток такого направления, что своим магнитным полем препятствует причине, его создающей, т.е. тормозит вращающееся магнитное поле. Поскольку ротор укреплен в подшипниках, то он приходит в движение в направлении вращения поля. Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора, поэтому такие двигатели называются асинхронными. Отставание вращения ротора относительно магнитного поля статора называется скольжением. Оно составляет 3-6%.При скорости вращения магнитного поля 3000 об/мин ротор вращается со скоростью 2800 об/мин. Если в статор двигателя уложено шесть обмоток (две пары полюсов), то поле статора вращается со скоростью 1500 об/мин, а ротор — со скоростью 1400 об/мин.
На рисунке ниже изображен асинхронный двигатель в разобранном виде.
Конструктивно асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из двух основных частей: неподвижной части — статора и вращающейся части — ротора.
Статор имеет три обмотки, расположенные на кольцевом сердечнике и смещенные в пространстве на 120°, а ротор имеет обмотку в виде многих короткозамкнутых витков, уложенных на цилиндрическом сердечнике. Обмотка ротора без сердечника похожа на беличье колесо и называется коротко-замкнутой или обмоткой беличьего колеса. Она представляет собой стержни, замкнутые по торцам кольцами.Асинхронные двигатели просты по устройству, надежны в работе. Они применяются во всех отраслях народного хозяйства. Из общего количества электродвигателей, изготавливаемых заводами, асинхронные двигатели составляют примерно 95%.К недостаткам этих двигателей относятся: 1) невозможность получить постоянное и точное число оборотов на валу; 2) при пуске имеют большой ток; 3) чувствительны к колебаниям напряжения в сети.
Квартирная электропроводка является однофазной. Поэтому для использования трехфазного асинхронного двигателя в домашних условиях необходимо подключать дополнительно конденсаторы. На рис. справа показано включение трехфазного двигателя в однофазную сеть.
Недостатком этого способа подключения трехфазных двигателей в однофазную сеть является использование дорогостоящих бумажных конденсаторов большой емкости. Так, на каждые 100 Вт мощности нужен конденсатор емкостью 10 мкФ, рассчитанный на напряжение 250-450 В.Наряду с трехфазными асинхронными двигателями применяются однофазные асинхронные двигатели. Эти двигатели имеют на статоре две обмотки: рабочую и пусковую. Обмотки расположены под углом 90° относительно друг друга. При включении в сеть обмоток образуется вращающееся магнитное поле и короткозамкнутый ротор приходит во вращение так же, как у трехфазного асинхронного двигателя. При этом появляется скольжение ротора и пусковая обмотка может быть отключена с помощью индукционного выключателя или специального реле.
Электродвигатели обладают большими преимуществами по сравнению с другими видами двигателей (паровыми, внутреннего сгорания): они экологичны—при работе не выделяют вредных газов, дыма или пара; экономичны — для них не нужен запас топлива и воды; их легко установить в любом доступном месте (на стене, под полом трамвая, троллейбуса, в корпусе игрушки и т. д.).Для нужд народного хозяйства промышленность выпускает большое количество разнообразных электродвигателей: от миниатюрных, например для игрушек и моделей, до двигателей огромных размеров — для кораблей, электровозов. Электродвигатели различаются не только размерами, но и назначением, конструкцией, частотой вращения ротора.
На электротехнических предприятиях изготовлением электродвигателей занимаются рабочие разных профессий. Намотку катушек статора и ротора, соединение отдельных их частей осуществляют электромонтеры-обмотчики. Собирают электродвигатели слесари-сборщики. Они должны владеть навыками выполнения не только электромонтажных, но и слесарных работ.
technologys.info
Конструкция универсального коллекторного электродвигателя не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока с обмотками возбуждения, за исключением того, что вся магнитная система (и статор, и ротор) выполняется шихтованной и обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция и статора, и ротора обусловлена тем, что при работе на переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери.
Универсальный двигатель
Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока [2].
Схема универсального коллекторного двигателя
Универсальный коллекторный электродвигатель может быть выполнен как с последовательным, так и с параллельным и независимым возбуждением.
В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением.
Возможность работы универсального двигателя от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:
,
– постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
– ток в обмотке якоря, А,В качестве универсального используют двигатель последовательного возбуждения, у которого ток якоря является и током возбуждения, что обеспечивает почти одновременное изменение направления тока в обмотке якоря Iа и магнитного потока возбуждения Ф при переходе от положительного полупериода переменного напряжения сети к отрицательному.
Если двигатель подключить к сети синусоидального переменного тока, то ток якоря Ia и магнитный поток Ф будут изменяться по синусоидальному закону:
,
– амплитуда тока, А,
– частота, рад/c.
,
– наибольшее значение магнитного потока, Вб,
– угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обусловленный магнитными потерями в двигателе, рад.Отсюда получим формулу электромагнитного момента коллекторного двигателя последовательного возбуждения, включенного в сеть синусоидального переменного тока, Нм:
.
После преобразования:
.
Первая часть выражения представляет собой постоянную составляющую электромагнитного момента Mпост, а вторая часть — переменную составляющую этого момента Мпер, изменяющуюся во времени с частотой, равной удвоенной частоте напряжения питания.
Таким образом, результирующий электромагнитный момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует. Пульсации электромагнитного момента практически не нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента (
) и большом моменте инерции якоря вращение последнего оказывается равномерным.
Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.
Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].
Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры, фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в таких инструментах, как дрели и шуруповерты.
Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко использовался в стиральных машинах. Сейчас благодаря развитию преобразовательной техники более широкое использование получают бесщеточные электродвигатели (СДПМ, АДКР) скорость вращения которых регулируется изменением частоты напряжения питания.
engineering-solutions.ru
Слово «двигатель» всегда порождает представление чего-то подвижного, и даже чаще - вращающегося. Понятное дело – потому и двигатель. Суть любого двигателя - в том, чтобы преобразовать какой-либо вид энергии в движение. А вы знаете, какой двигатель был самым первым? Полагают, что это был парус. Не будет ошибкой сказать, что самый распространенный двигатель – электрический. Среди всего многообразия электрических машин этого класса наибольшее применение получил асинхронный двигатель, принцип работы которого основан на использовании двух фундаментальных проявлений электрической энергии – электромагнетизма и электрической индукции.
Чтобы понять принцип работы асинхронного электродвигателя, вспомним простейшие опыты из школьного курса физики:
Физическая, или, точнее сказать, умозрительная, модель процесса включает в себя понятие магнитных силовых линий, которыми мы обозначаем наличие магнитных свойств. Вот они-то и простирают свои «щупальца» во все стороны, и если на пути попадается ферромагнитный материал, т.е. такой, в котором магнитные линии концентрируются, то на него и действует движущая сила. А если этот материал и сам есть магнит, то силовое взаимодействие магнитных полей проявляется еще сильнее. Увеличить магнитное поле проводника можно намоткой большого числа витков на стержень из ферромагнетика - в простейшем случае это обычный металлический цилиндр из черного металла. Совсем нетрудно сделать стержень подковообразным, а на него надеть обмотку. Концы «подковы» стали полюсами магнита, который, при включении тока через катушку, создаст мощное, максимальное по центру полюсов, магнитное поле. Обычно мы визуализируем его на рисунках линиями.
Если в зазор между полюсами поместить металлический стержень, а затем начать вращать нашу магнитную «подкову», то заметим, что стержень также будет вращаться. Почему наше устройство называется асинхронный двигатель? Принцип работы этой электрической машины, как было сказано, опирается на явление электромагнитной индукции, т.е. пересечение магнитными линиями индуктора тела нашего стержня. А «пересечение» возможно только тогда, когда скорость вращения магнитного поля индуктора – «подковы» - больше скорости вращения стержня. Этот параметр двигателя - асинхронность скоростей вращения - называется «скольжение» и может достигать до 7% номинальной скорости магнитного поля статора.
Максимум магнитного поля, находящийся в зазоре «подковы», меняет свое пространственное положение при ее повороте. В соответствии с законом электромагнитной индукции, в стержне возникает электрический ток вместе со своим «спутником жизни» - магнитным полем. Магнитные поля сцепляются, взаимодействуют, и… вращают ротор. Реальный асинхронный двигатель принцип работы повторяет в точности, как здесь описано. Все, круг замкнулся – имеем два объекта без механической связи, но вращение одного из них, который получает электрическую энергию, приводит к вращению другого. Роль невидимой «веревки» выполняют магнитные поля подковообразного магнита и стержня.
Для создания двигателя осталось почти что ничего – нужно не «подкову» вращать, а заставить вращаться магнитное поле самостоятельно. Иначе говоря, асинхронный двигатель принцип работы демонстрирует тем, что в нем точка максимума магнитного поля перемещается в статоре по кругу, как будто это наш вращающийся электромагнит. Осталось дело за малым – «закрутить» магнитное поле.
Задачу вращающегося магнитного поля решают следующим образом:
Вот так, просто и без шума, электрическая энергия статора превращается в механическое движение ротора. Чтоб создать этот чудо-двигатель, человечеству понадобилось несколько десятилетий, а нам хватило 15 минут, чтоб уверенно сказать: асинхронный двигатель? -нет ничего проще.
fb.ru
