Генераторы — это электрические машины для трансформации механической, тепловой и других типов энергии в электрическую.
Среди всех прочих, наиболее популярны генераторы, преобразующие в электричество энергию вращения. Источников данного вида движения можно назвать множество:
Обычно, в конструкции генераторов используются щеточные узлы для передачи постоянного тока на вращающийся якорь, который выступает в роли постоянного магнита. Щетки, в силу механической конструкции, являются их слабым звеном.
Щеточный узел требует регулярного обслуживания, чистки и замены подверженных износу деталей. Этого недостатка лишены бесщеточные схемы возбуждения.
Самыми распространенными, за счет простоты конструкции и практической надежности, являются бесщеточные синхронные генераторы с компаундной системой возбуждения.
Как любая другая электрическая машина, данный генератор состоит из двух ключевых узлов:
При пуске генератора, ток в обмотках ротора индуцируется остаточной намагниченностью железа генератора. За счет кремниевых выпрямительных диодов, ток индуцирует постоянное магнитное поле, которое при вращении приводит к возбуждению ЭДС в статорных обмотках. Замкнутая через компенсирующий конденсатор дополнительная обмотка, усиливает начальную намагниченность и запускает процесс лавинообразного возбуждения генератора, продолжающийся до момента насыщения магнитного потока. После этого, к генератору можно подключать потребительские устройства и агрегаты.
Чтобы подключение нагрузки не приводило к понижению выдаваемого напряжения, применяется компаундное регулирование. Оно осуществляется за счет того, что обмотки статора располагаются таким образом, чтобы оси их магнитных полей были смещены на 90 градусов. При этом, увеличение тока в цепи нагрузки приводит к повороту магнитного поля ротора в сторону основной обмотки и, следовательно, увеличению индуцируемой в ней ЭДС. Выходное напряжение стабилизируется.
По сравнению с обычными генераторами бесщёточный имеет ряд преимуществ:
К недостаткам можно отнести то, что данные генераторы могут быть только однофазными и имеют невысокий КПД, что, впрочем, устранимо путем применения системы независимого возбуждения с электронными регуляторами.
Бесщёточный синхронный генератор в настоящее время активно используется в бензиновых электростанциях, в речных и морских судах — везде, где их применение оправдано требованиями повышенной надёжности и долгого срока эксплуатации.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.
podvi.ru
Рынок электродвигателей и систем электроприводов процветают в огромном количестве различных областей, в частности в медицинских и роботизированных приложениях. Кроме того, существует большой спрос на малые, эффективные, с большим и небольшим крутящим моментом, а также электродвигатели большой и малой мощности в автомобильном сегменте.
Для этих приложений могут выбирать электропривода из щеточных электродвигателей постоянного тока, бесщеточных электродвигателей постоянного тока (BLDC) или их комбинации. Большинство машин работают благодаря явлению электромагнитной индукции. Тем не менее, между этими машинами существуют ключевые различия, которые необходимо учитывать при выборе электрической машины.
С конца 1800-х годов машины постоянного тока являются одними из простейших электродвигателей. Они получают питание от источника постоянного тока или батареи, и состоят из якоря (ротор), вала, коммутатора, щеток и обмотки возбуждения, создающей постоянное магнитное поле.
Щетки позволяют создавать магнитный поток в коллекторе обратной полярности по отношению к постоянному магнитному потоку обмотки возбуждения (ОВ), что заставляет якорь вращаться. Направление вращение электрической машины может быть легко изменено путем изменения полярности на щетках (поменять местами провода от источника питания постоянного тока).
В самом названии уже можно увидеть коренное различие между этими машинами. В BLDC машинах отсутствуют щетки, что делает их конструкцию заметно сложнее. Бесщеточная машина постоянного тока имеет четыре или более постоянных магнита в роторе.
Эффективность – основная фишка данных машин. Поскольку ротор имеет постоянные магниты, он не нуждается в источнике напряжения, следовательно, нет физического подключения. Нет подключения – нет щеточно-коллекторного узла, соответственно, исчезают все проблемы связанные с ним. Но есть и минус – такой тип электрических машин должен иметь электронную систему управления положением ротора в пространстве. Для анализа поворотов машины и выработки управляющих импульсов в нужный момент используют микроконтроллер, а для отслеживания поворота вала в пространстве – поворотные датчики или датчики на основе эффекта Холла.
Электродвигатели BLDC представляют собой синхронные машины, что означает, что магнитные поля ротора и статора вращаются с одинаковой частотой. Они могут иметь одно-, двух- и трехфазные конфигурации.
Когда дело доходит до выбора электрической машины для основных приложений, здесь могут использоваться как щеточные, так и бесщеточные электродвигатели постоянного тока. И как любые сопоставимые и конкурирующие технологии, коллекторные и бесколлекторные электрические машины имеют свои плюсы и минусы.
Но с другой стороны коллекторные машины являются более дешевыми и надежными. Они предлагают простейшее управление (для запуска достаточно подключить к источнику постоянного тока, а для управления скоростью вращения достаточно изменять величину подводимого к якорю напряжения). При постоянном уходе за коллекторным узлом и плановой заменой щеток такая машина может служить довольно долго и надежно. Для управления ими не нужно создавать сверх сложных систем управления и можно обойтись минимальным количеством внешних компонентов или вообще без них, такие электродвигатели хорошо подходят для тяжелых условий работы.
Один из главных недостатков – постоянный уход за щетками. Они должны постоянно очищаться и при необходимости заменяться для обеспечения надежности работы механизма. Кроме того, если необходим большой вращающий момент, то коллекторный электродвигатель постоянного тока будет ограничен пропускной способностью щеток. По мере увеличения скорости вращения – возрастают потери крутящего момента, связанные с процессами трения в щеточно-коллекторном узле.
Однако бывают устройства, которые данные характеристики вполне устраивают. Например, электрические зубные щетки требуют более высоких скоростей с уменьшающимся крутящим моментом, что хорошо для щетки, зубов и десен.
К другим недостаткам коллекторных машин постоянного тока можно отнести ухудшенные условия охлаждения, вызванные щеточно-коллекторным узлом, высокую инерционность якоря (ротора), ограниченный диапазон скоростей, электромагнитные помехи (EMI).
Бесколлекторные электродвигатели постоянного тока (BLDC) имеют ряд преимуществ перед своими «щеточными братьями». Во-первых, они могут реализовать функцию точного позиционирования, полагаясь на датчики положения на основе эффекта Холла для коммутации. Они также требуют меньше, а иногда и никакого обслуживания из-за отсутствия щеток.
Они побеждают коллекторные машины постоянного тока в отношении скорость / крутящий момент благодаря их способности поддерживать или увеличивать крутящий момент на разных скоростях. Важно отметить, что потери мощности в коллекторном узле полностью отсутствуют, что значительно повышает эффективность компонентов. Другие профили BLDC включают высокую выходную мощность, малый размер, лучшую теплоотдачу, более высокие диапазоны скоростей и малошумную (механическую и электрическую) работу.
Тем не менее, нет ничего идеального. BLDC имеют более высокую стоимость. Они также требуют специальные стратегии управления, которые могут быть как сложными, так и дорогостоящими. И им нужен контроллер, который может стоить почти столько же, а иногда и больше, чем управляемый им электродвигатель BLDC.
Нижний порог для выбора между компонентами любого типа — это тип приложения и ограничение затрат для конечного продукта. Например, игрушечный робот, ориентированный на детей от шести до восьми лет, может потребовать от четырех до девяти электродвигателей. Они могут быть коллекторными или бесколлекторными машинами постоянного тока или их компоновкой.
Если данный робот выполняет только основные движения или входит в игрушечный набор, нет необходимости применять бесколлекторные BLDC машины, которые стоят дороже, чем их коллекторные аналоги. Игрушка или набор, вероятно, попадут в мусорный ящик задолго до того, как щетки электрической машины выйдут из строя.
Типичные электроприводы с электродвигателем постоянного тока включают моторизованные игрушки, приборы и компьютерную периферию. Автопроизводители «привлекают» их к электроприводам окон, сидений и другим конструкциям в салоне из-за их низкой стоимости и простого исполнения.
Бесколлекторные электродвигатели более универсальны, главным образом из-за их «сообразительности» в отношении скорости и крутящего момента. Они также поставляются в компактных корпусах, что делает их «жизнеспособными» для различных небольших конструкций. Типичные приложения включают компьютерные жесткие диски, механические мультимедийные проигрыватели, вентиляторы с электронным управлением, беспроводные электроинструменты, HVAC и холодильные установки, промышленные и производственные системы и CD приводы.
Автомобильная промышленность применяет бесколлекторные BLDC машины для электрических и гибридных автомобилей. Эти электродвигатели представляют собой, по существу, синхронные машины с постоянными магнитами в роторе. Другие уникальные применения включают электрические велосипеды, где двигатели устанавливаются в колеса или колпаки, промышленное позиционирование и управление, монтажные роботы и линейные приводы для управления клапаном.
elenergi.ru
Сегодня, когда практически все бесщёточные инструменты относятся к категории аккумуляторных, начинают появляться и первые модели, питающиеся от традиционной сети. Например «Интерскол» ведёт активные работы над УШМ с бесщёточным двигателем и в ближайшее время собирается представить результаты этой работы, причем речь, по словам компании, идёт о двигателе отечественной разработки. А в ассортименте Festool и Mirka уже есть серийные сетевые модели!
Словом, нет-нет да и возникает ощущение, что инструментальный мир подошел к определённому порогу, за которым открываются интересные перспективы. Насколько они воплотятся в реальность, покажет ближайшее будущее.
Надёжность, долговечность и длительность непрерывной работы электроинструмента зависят главным образом от двигателя, ведь основная нагрузка ложится именно на него. И обычный коллекторный двигатель, массово устанавливаемый на инструментах, зачастую может стать «слабым звеном» в случае продолжительной эксплуатации. Его недостаток — наличие быстро изнашивающихся частей, в первую очередь коллекторных щёток, которые при интенсивной работе летят довольно скоро.
Возникает вопрос а что может стать заменой коллекторному двигателю, имеющему изнашиваемые части? К примеру, на станках повсеместно используют асинхронные двигатели — закрытая конструкция, мало деталей, а на выходе высокий КПД. Однако есть и существенный недостаток — значительные масса и габариты, причём чем выше требуется мощность, тем больше увеличиваются размеры двигателя. Для ручного электроинструмента это не вариант.
На данный момент наиболее удачная и реальная замена коллекторному двигателю — лишь бесколлекторный, он же вентильный, двигатель. Такой тип мотора уже давно используют в различных областях — в производстве бытовой техники и компьютеров, а. также в мели минском и военном оборудование.
Этот двигатель почти во всём аналогичен коллекторному мотору постоянного тока с магнитным статором, но не имеет собственно коллектора. Теоретически суть в том, что магниты помещаются на ротор, а обмотки — на статор, устанавливается датчик углового положения ротора и подключается к электронному коммутатору, который считывает информацию и меняет направление тока в обмотках. То есть задача коллектора и щеток — подключение тока нужного накопления в нужные обмотки — решается. Вторая функция — скользящий контакт (передача тока) — оказывается невостребованной. Получается мотор, во всём (нагрузочные характеристики, реакция на изменение питающего напряжения) подобный коллекторному, но более совершенный.
В итоге меньшее количество изнашиваемых деталей, нет скользящего контакта, отсутствуют сопутствующие ему механические и электрические потери. Таким образом, увеличивается надёжность двигателя значительно вырастает его ресурс и общая эффективность. А вот его габаритные размеры, вес — уменьшаются.
Кроме того, есть и другие аспекты. Вентильный двигатель в силу конструкции меньше подвержен негативному воздействию пыли. Обычный двигатель во время эксплуатации всасывает вместе с воздушным потоком пыль, которая на большой скорости действует как абразив — вспарывает лаковое покрытие обмоток, повреждая его. Благодаря особенности вентильного двигателя абразивные частицы такого негативного воздействия на него не оказывают. Также отсутствуют выбросы угольной и медной пыли, нет искрообразования, снижен уровень помех.
Подводные камни
Сейчас бесколлекторные двигатели чаще всего встречаются на аккумуляторных инструментах, а именно на дрелях-шуруповертах, винтовертах и гайковертах — решение логичное, так как все условия к этому располагают. Слишком большая мощность не требуется, питание от источника постоянного тока тоже как нельзя более кстати. Именно на аккумуляторном шуруповёрте получается максимальный эффект по увеличению КПД и качественное изменение продукта за счет значительного уменьшения веса. Хотя, как уже отменилось, появляются и первые сетевые модели с таким типом мотора.
Насколько в целом ресурс бесколлекторного двигателя выше, чем традиционного? В принципе речь может идти о «десятках раз». Однако есть некоторые нюансы.
Во-первых, ресурс остальных частей инструмента — редуктора или корпуса — тоже необходимо «подтягивать», что стоит денег.
Во-вторых, само производство двигателя с выдающейся ресурсом обходится недёшево. Именно здесь кроется основной недостаток такого, казалось бы, во всём идеального мотора Стоимость установленного к нём управляющего блока «съедает» серьезную долю бюджета производства одной модели инструмента. Всё это влияет на конечную цену продукта.
Поэтому увеличение ресурса в десятки раз, как это ни странно, не всегда выгодно для конечного потребителя, который часто не согласен или просто не в состоянии переплачивать за инструмент, пусть даже сверхнадёжный и производительный. Чтобы привлечь покупателей, перед производителями стоит задача разработать сравнительно недорогие бесколлекторные инструменты.
1264stroymanual.com
| Основные Продукции: | Двигатель Переменного Тока, Двигателем Постоянного Тока, Линейный Двигатель, Гармоники Водитель, Шаговый Двигатель |
ru.made-in-china.com
