Явление электромагнитной индукции стало основой возникновения и развития всех электрических машин. Первооткрывателем этого явления в конце 19 века был Майкл Фарадей, английский учёный — экспериментатор. Он провёл опыты с первыми электрическими машинами. Сейчас без них невозможно представить нашу жизнь. Электродвигатели стали одними из самых распространённых электрических машин.
Для работы электромотора необходимо напряжение, свойства которого определяют его конструкцию. На переменном напряжении и токе работают такие электродвигатели:
на постоянном напряжении и токе работают:
Синхронные и асинхронные электромоторы имеют общие условия для своей работы. Для этого необходимо магнитное поле, максимальная величина которого перемещается в пространстве. Такое поле может быть создано двумя или большим числом обмоток. Обычные конструкции синхронных и асинхронных электромоторов содержат две или три обмотки.
Они размещаются на массивных ферримагнитных сердечниках, усиливающих магнитное поле. Для трёх обмоток применяется трёхфазное напряжение, для двух обмоток – двухфазное или одна фаза с фазосдвигающим конденсатором. Но с таким конденсатором к однофазной сети можно подключить и трёхфазные двигатели.
 |  |
Если ротор электромотора создаёт постоянное магнитное поле, либо от постоянных магнитов, либо от встроенного в ротор источника питания постоянного тока, либо от внешнего источника питания постоянного тока через кольца со щётками такой двигатель является синхронным. В нём частота оборотов и частота напряжения источника питания одинаковы. В асинхронных двигателях используется немагнитный ротор без явно выраженных полюсов, колец со щётками, встроенных выпрямителей и комбинированных деталей из различных материалов. Исключением является синхронный гистерезисный двигатель.
Ротор асинхронного двигателя работает как вторичная обмотка трансформатора, которая замкнута накоротко. Но ток в его роторе может возникнуть только при более медленном вращении в сравнении с магнитным полем статора. Такое различие скоростей называется скольжением. Простота конструкции и соответствующая надёжность делают асинхронный электромотор наиболее широко используемым.
Однако у синхронных и асинхронных электромоторов есть один непреодолимый недостаток – частота питающего напряжения. Она определяет скорость вращения магнитного поля и вала в этих двигателях. Никакими конструктивными изменениями в них при заданной частоте питающего напряжения невозможно получить частоту вращения вала большую, чем частота питающего напряжения. При необходимости большего числа оборотов используются коллекторные электромоторы.
В этих двигателях происходит постоянное переключение обмоток ротора коллектором. Каждая обмотка по сути это рамка с током, которая, как известно из опытов Фарадея, поворачивается в магнитном поле. Но одна рамка повернётся и остановится. Поэтому рамок — обмоток сделано несколько и каждой из них соответствует пара пластин в коллекторе. Ток подаётся через щётки, скользящие по коллектору.
Конструкция такого электромотора позволяет работать от источника либо постоянного, либо переменного напряжения, который обеспечивает ток и в статоре и в роторе. При переменном напряжении направление тока в статоре и роторе изменяется одновременно и поэтому направление действия силы вращающей ротор сохраняется. Частота питающего напряжения никак не влияет на частоту вращения ротора. Она зависит только от величины напряжения, питающего электромотор. Скользящий контакт щётки с коллектором ограничивает возможности этих электродвигателей по сроку службы и месту применения, поскольку искрение в щётках довольно быстро разрушает скользящий контакт и недопустимо в условиях повышенной взрывоопасности.
Однако есть такие конструкции электромоторов постоянного тока, в которых коллектора нет. Это униполярные электромоторы.
В этих электродвигателях ротор выполнен в виде диска, расположенного между полюсами постоянных магнитов. Щётки расположенные диаметрально противоположно питают током диск – ротор. Под воздействием силы Лоренца диск вращается. Несмотря на привлекательную простоту конструкции, такой электромотор не имеет широкого практического использования, поскольку требует слишком больших значений тока и магнитного поля. Тем не менее, существуют уникальные лабораторные разработки униполярных электромоторов со щётками из жидкого металла, которые развивают обороты немыслимые для иных конструкций двигателей.
Шаговый двигатель это ещё одна конструкция, работающая на постоянном токе.
В целом этот двигатель подобен синхронному электромотору с ротором из постоянных магнитов. Отличие в том, что число обмоток здесь больше, и они управляются ключами, которые подают на каждую обмотку питающее напряжение. В результате ротор меняет своё положение, притягиваясь к подключенной обмотке. Число обмоток определяет минимальный угол поворота ротора, а коммутаторы – скорость вращения ротора. В шаговом двигателе ротор может вращаться почти как угодно, поскольку ключи связаны с электронной схемой управления.
Рассмотренные конструкции электромоторов являются базовыми. На их основе для решения определённых задач создано много специальных разновидностей электромоторов. Но это уже совсем другая история…
podvi.ru
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА - ПОСТОЯННОГО
Одним из основных стимулов к широкой электрификации, начавшейся в XX веке, стала возможность легкого преобразования энергии электрического тока в механическую — к тому времени уже был известен коллекторный электродвигатель, изобретенный Якоби еще в первой половине XIX века.
Изобретение асинхронного двигателя переменного тока стало еще большим шагом вперед. Электромотор лишился механически трущихся и искрящих узлов (щеток и коллектора), превзойдя по бесшумности и ресурсу любой другой существовавший в то время тип привода.
Независимо от конструкции, любой электродвигатель устроен одинаково: внутри цилиндрической проточки в неподвижной обмотке (статоре) вращается ротор, в котором возбуждается магнитное поле, приводящее к отталкиванию его полюсов от статора.
Поддержание постоянного отталкивания требует либо перекоммутации обмоток ротора, как это делается на коллекторных электродвигателях, либо создания вращающегося магнитного поля в самом статоре (классический пример – асинхронный трехфазный двигатель).
Достоинства электродвигателей переоценить трудно. Это:
Крайняя простота. Электродвигатель состоит из минимального количества узлов, поэтому ломаться в нем практически нечему. Самостоятельный запуск. Электродвигателю не нужен пусковой импульс, он начинает вращаться сам при включении питания (исключение – однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой, но они практически вышли из употребления). Это позволяет отказаться от холостого хода, включая электромотор только при необходимости. Отсутствие вибраций. Так как в электродвигателях энергия магнитного поля непосредственно преобразуется во вращение, при должной балансировке ротора они полностью бесшумны и не создают вибрации. Легкость управления оборотами и крутящим моментом. Несмотря на то, что на разных типах электродвигателей это достигается разными способами, управление ими в любом случае достаточно просто и надежно. Возможность реверса. На коллекторном двигателе достаточно поменять местами полюса якоря, на трехфазном электромоторе – изменить порядок включения фаз. Обратимость. Коллекторные электродвигатели при внешнем приводе начинают работать как электрогенераторы, что позволяет использовать их для рекуперации энергии при торможении электротранспорта.Благодаря удобству передачи на большие расстояния и легкости преобразования переменный ток успешно стал стандартом электроснабжения. В сфере же производства электродвигателей его способность возбуждать переменное магнитное поле в статоре и соответственно индуцировать ток в короткозамкнутой обмотке ротора позволила создать асинхронные электродвигатели. В этом типе двигателей единственным испытывающим трение узлом остаются коренные подшипники якоря.
Ротор такого электродвигателя – это металлический цилиндр, в пазы которого под углом к оси вращения запрессованы или залиты токопроводящие жилы, на торцах ротора объединенные кольцами в одно целое. Переменное магнитное поле статора возбуждает в роторе, напоминающем беличье колесо, противоток и, соответственно, отталкивающее его от статора магнитное поле.
В зависимости от числа обмоток статора асинхронный двигатель может быть:
Однофазным – в этом случае главным недостатком двигателя становится невозможность самостоятельного запуска, так как вектор силы отталкивания проходит строго через ось вращения. Для начала работы двигателю необходим или стартовый толчок, или включение отдельной пусковой обмотки, создающей дополнительный момент силы, смещающий их суммарный вектор относительно оси якоря.
Двухфазный электродвигатель имеет две обмотки, в которых фазы смещены на угол, соответствующий геометрическому углу между обмотками. В этом случае в электродвигателе создается так называемое вращающееся магнитное поле (спад напряженности поля в полюсах одной обмотки происходит синхронно с нарастанием его в другой).
Такой двигатель становится способным к самостоятельному запуску, однако имеет трудности с реверсом. Поскольку в современном электроснабжении не используются двухфазные сети, фактически электродвигатели этого рода применяются в однофазных сетях с включением второй фазы через фазовращающий элемент (обычно – конденсатор).
Трехфазный асинхронный электродвигатель – наиболее совершенный тип асинхронного мотора, так как в нем появляется возможность легкого реверса – изменение порядка включения фазных обмоток изменяет направление вращения магнитного поля, а соответственно и ротора.
Коллекторные двигатели переменного тока используются в тех случаях, когда требуется получение высоких частот вращения (асинхронные электродвигатели не могут превышать скорость вращения магнитного потока в статоре – для промышленной сети 50 Гц это 3000 об/мин). Кроме того, они выигрывают в пусковом крутящем моменте (здесь он пропорционален току, а не оборотам) и имеют меньший пусковой ток, меньше перегружая электросеть при запуске. Также они позволяют легко управлять своими оборотами.
Обратной стороной этих достоинств становится дороговизна (требуется изготовление ротора с наборным сердечником, несколькими обмотками и коллектором, который к тому же сложнее балансировать) и меньший ресурс. Помимо необходимости в регулярной замене стирающихся щеток, со временем изнашивается и сам коллектор.
Синхронный электродвигатель имеет ту особенность, что магнитное поле ротора индуцируется не магнитным полем статора, а собственной намоткой, подключенной к отдельному источнику постоянного тока. Благодаря этому частота его вращения равна частоте вращения магнитного поля статора, откуда и происходит сам термин «синхронный».
Как и двигатель постоянного тока, синхронный двигатель переменного тока является обратимым: при подаче напряжения на статор он работает как электродвигатель, при вращении от внешнего источника он сам начинает возбуждать в фазных обмотках переменный ток. Основная область использования синхронных электродвигателей – высокомощные приводы. Здесь увеличение КПД относительно асинхронных электромоторов означает значительное снижение потерь электроэнергии.
Также синхронные двигатели используются в электротранспорте. Однако, для управления скоростью в этом случае требуются мощные частотные преобразователи, зато при торможении возможен возврат энергии в сеть.
В начало
Так как постоянный ток не способен создать изменяющееся магнитное поле, обеспечение непрерывного вращения ротора требует принудительной перекоммутации обмоток, или дискретного изменения направления магнитного поля.
Старейший из известных способов – это использование электромеханического коллектора. В этом случае якорь электродвигателя имеет несколько разнонаправленных обмоток, соединенных с находящимися в соответствующем положении относительно щеток ламелями коллектора. В момент включения питания возникает импульс в обмотке, соединенной со щетками, после чего ротор проворачивается, и в том же месте относительно полюсов статора включается новая обмотка.
Так как намагниченность статора во время работы коллекторного электродвигателя постоянного тока не изменяется, вместо сердечника с обмотками могут использоваться мощные постоянные магниты, что сделает мотор компактнее и легче.
Коллекторный двигатель не лишен ряда недостатков. Это:
Современная силовая электроника позволила избавиться от этих недостатков, применяя так называемый шаговый двигатель – в нем ротор имеет постоянную намагниченность, а внешнее устройство последовательно меняет направление тока в нескольких обмотках статора. Фактически за единичный импульс тока ротор проворачивается на фиксированный угол (шаг), откуда и пошло название электромоторов такого типа.
Шаговые электродвигатели бесшумны, а также позволяют в широчайших пределах регулировать как крутящий момент (амплитудой импульсов), так и обороты (частотой), а также легко реверсируются изменением порядка следования сигналов. По этой причине они широко используются в сервоприводах и автоматике, однако их максимальная мощность определяется возможностями силовой управляющей схемы, без которой шаговые двигатели неработоспособны.
В начало
© 2012-2018 г. Все права защищены.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
eltechbook.ru
Асинхронные электродвигатели являются наиболее распространенными электрическими машинами переменного тока. Их работа основана на использовании вращающегося магнитного поля. Пакет статора, для уменьшения потерь на вихревые токи, набран из отдельных листов электротехнической стали. В пазах статора расположены обмотки. Переменный ток одной обмотки создает пульсирующее магнитное поле, изображаемое вектором электромагнитной индукции. Если расположить вторую обмотку перпендикулярно первой и осуществить сдвиг фазы тока в обмотках на четверть периода, то такое расположение обмоток и такой сдвиг фаз создадут круговое вращение суммарного магнитного поля в статоре двухфазного двигателя.
В статоре простейшего трехфазного асинхронного электродвигателя три обмотки расположены под углом 120 градусов. Сдвиг фаз переменных токов в этих обмотках на треть периода, также создает вращение суммарного вектора магнитной индукции.
Продемонстрировать это можно на лабораторном эксперименте. Переменное магнитное поле возбуждает в стальном шарике вихревые токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем статора приводит шарик в движение по окружности статора. В электрическом двигателе подвижная часть является ротором, пакет которого также набран из отдельных изолированных листов электротехнической стали. Двигатели, в которых скорость вращения ротора никогда не достигает скорости вращения магнитного поля статора, называются асинхронные.
В асинхронных электродвигателях малой и средней мощности применяются короткозамкнутые роторы, типа беличья клетка. В современных электродвигателях беличья клетка обычно изготовляется заливкой пазов ротора расплавленным алюминием. При этом одновременно отливаются и вентиляционные лопасти. Некоторые асинхронные электродвигатели средней и большой мощности имеют фазный ротор. Концы трехфазной обмотки расположенные в его пазах, соединены с контактными кольцами. Это используется при пуске или регулировании скорости вращения электродвигателя.
Очень часто электропривод различных механизмов содержат встроенные электродвигатели, статор и ротор которых одновременно являются деталями конструкции. Например, диск пилы насажен на вал ротора, фреза фрезерного станка является продолжением вала ротора. В электродвигателях обращенной конструкции ротор располагается снаружи и одновременно является барабаном, на котором, например, располагаются ножи рубанка.
В вычислительной технике, системах автоматизации и в быту широко применяются двухфазные и однофазные асинхронные электродвигатели. Известно, что две взаимно перпендикулярные обмотки статора, подключенные к сети параллельно, создают неподвижное в пространстве пульсирующее, а не вращающееся магнитное поле. Если в цепь одной из обмоток включить фазосмещающее устройство, например конденсатор, произойдет сдвиг фаз тока в обмотках. Образуется эллиптическое вращающееся магнитное поле. Такие электродвигатели называются конденсаторными.
Наиболее прост по конструкции электродвигатель с расщепленным полюсом. Ротор такого электродвигателя короткозамкнутый, а статор имеет явно выраженные полюсы. Каждый полюс расщеплен пазом на две части. На одной из частей каждого полюса надето медное короткозамкнутое кольцо. Электромагнитное поле кольца, взаимодействуя с полем основной обмотки, создает сдвиг фаз магнитного потока. Такая конструкция обеспечивает образование магнитного поля вращающегося в сторону короткозамкнутого кольца.
В автоматических устройствах применяются различного рода асинхронные исполнительные электродвигатели. Они, как правило, двухфазные с регулируемой скоростью вращения ротора. Весьма распространенным управляемым электродвигателем является асинхронный электродвигатель с полым немагнитным ротором. Ротор такого электродвигателя представляет собой тонкостенный медный или дюралевый стакан. А статор состоит из наружной и внутренней частей, которые набираются из листов пермаллоя. Обмотка статора располагается в пазах наружной или внутренней его частей.
Можно встретить самые разнообразные асинхронные электродвигатели мощностью от долей ватта до тысяч киловатт. Простота и надежность обеспечили асинхронным электродвигателям широкое распространение в различных отраслях промышленности и техники.
ruaut.ru
Cтраница 1
Типы асинхронных двигателей существенно отличаются друг от друга по виду механических характеристик. Например, двигатели краново-металлургической серии имеют повышенное сопротивление роторной цепи, что обеспечивает высокий пусковой момент и высокое критическое скольжение, а значит, и высокое номинальное. Такие двигатели плохо подходят для применения в системах ППЧ-АД, так как имеют большие потери энергии и, как следствие, сильно нагреваются. Поэтому в частотно-регулируемых электроприводах используются двигатели серий 4А, АИР, 5А и др., а также двигатели, специально разработанные для применения с ППЧ, к которым относятся двигатели серии АЧД. [1]
Какие типы асинхронных двигателей выпускают. [3]
Мощности я типы асинхронных двигателей, необходимые для производственных механизмов, выбираются, исходя из мощности, требуемой для приведения в движение данного механизма, величины начального момента на валу, числа оборотов, условий пуска ( требования быстроты нарастания числа оборотов), необходимости регулирования числа оборотов согласно предложениям поставщиков оборудования и характера технологического процесса. [4]
Существуют два типа асинхронных двигателей: двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе и с фазной обмоткой. Двигатели первого типа называются также короткозамкну-тыми асинхронными двигателями, а двигатели второго типа - двигателями с фазным ротором или с контактными кольцами. Оба типа двигателей были изобретены русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. и впоследствии подверглись лишь незначительным конструктивным изменениям. [5]
В обозначении типа асинхронного двигателя в первых трех сериях буква А означает брызгозащищенное исполнение, АО - закрытое обдуваемое, первая цифра после букв - номер серии. Число после первого дефиса характеризует типоразмер; первая цифра в нем обозначает габарит ( условный номер наружнего диаметра сердечника статора), вторая - условный номер длины. [6]
Различают два типа асинхронных двигателей: с короткозамк-нутым и фазным роторами. [7]
Различают два основных типа асинхронных двигателей: с ко-роткозамкнутым ротором и с фазовым ротором. Двигатели с короткозамкнутым ротором не имеют подвода и отвода тока от ротора; двигатели с фазовым ротором имеют кольца, к которым подсоединяют пусковое или регулирующее сопротивление, обеспечивающее более плавный пуск. Помимо этого сопротивление снижает статорный ток при низких скоростях вращения, поэтому при нагрузке можно в некоторой степени регулировать скорость вращения асинхронного двигателя. [8]
Ниже рассматривается еще один тип асинхронного двигателя, а именно двигатель с полым ротором. Он имеет ротор, выполненный в виде тонкостенного полого цилиндра из легкого немагнитного металла. [9]
Ниже рассматривается еще один тип асинхронного двигателя, а именно двигатель с полым ротором. [10]
Как видно из этой таблицы, наиболее благоприятным типом асинхронного двигателя с точки зрения пускового тока являются двигатели с фазным ротором. Такой тип двигателя позволяет также, как это было установлено, повышать начальный вращающий момент путем введения сопротивления в цепь ротора и доводить его до величины максимального момента. Однако, как указывалось, более высокая стоимость этих двигателей и более сложная их эксплуатация ( повторный пуск в случае опрокидывания, уход за щетками и кольцами) привели к ограниченному применению двигателей с фазным ротором главным образом в тех случаях, где имеют место тяжелые условия пуска и необходима плавная регулировка скорости вращения. [11]
Как видно из этой таблицы, наиболее благоприятным типом асинхронного двигателя с точки зрения пускового тока являются двигатели с фазным ротором. Такой тип двигателя позволяет также, как это было установлено, повышать начальный вращающий момент путем введения сопротивления в цепь ротора и доводить его до величины максимального момента. Однако, как указывалось, - более высокая стоимость этих двигателей и более сложная их эксплуатация ( повторный пуск в случае опрокидывания, уход за щетками и кольцами) привели к ограниченному применению двигателей с фазным ротором главным образом в тех случаях, где имеют место тяжелые условия пуска и необходима плавная регулировка скорости вращения. [12]
С точки зрения переходных процессов различают четыре типа асинхронных двигателей: с контактными кольцами, с простой беличьей клеткой, с двойной беличьей клеткой и с глубокими пазами на роторе. У короткозамкнутых машин, так же как и при рассмотрении установившихся режимов, прежде всего определяются параметры ротора, приведенные к обмотке статора, тем самым принимается, собственно говоря, что ротор также снабжен симметричной трехфазной обмоткой. [13]
В табл. 24.1 приведены паспортные данные некоторых типов универсальных асинхронных двигателей серии У АД. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
