Электродвигатель переменного тока устройство и принцип действия: Принцип работы электродвигателя переменного тока, устройство электромотора.

Содержание

Принцип работы электродвигателя переменного тока, устройство электромотора.

Электрические двигатели – это силовые машины, применяющиеся для превращения электрической энергии в механическую. Общая классификация разделяет их по типу питающего тока на двигатели постоянного и переменного тока. В статье ниже рассматриваются электрические двигатели со спецификацией под переменный ток, их виды, отличительные характеристики и преимущества.

Для общей информации, рекомендуем прочитать нашу отдельную статью о принципах работы электродвигателей.

Содержание:

Электродвигатель переменного тока промышленного типа

Принцип преобразования энергии

Среди электрических двигателей, применяемых во всех отраслях промышленности и бытовых электроприборах, наибольшее распространение имеют двигатели переменного тока. Они встречаются практически в каждой сфере жизнедеятельности – от детских игрушек и стиральных машин до автомобилей и мощных производственных станков.

Принцип работы всех электрических двигателей основывается на законе электромагнитной индукции Фарадея и законе Ампера. Первый из них описывает ситуацию, когда на замкнутом проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном поле, генерируется электродвижущая сила. В двигателях это поле создается через обмотки статора, по которым протекает переменный ток. Внутри статора (представляющего собой корпус устройства) находится подвижный элемент двигателя – ротор. На нем и возникает ток.

Вращение ротора объясняется законом Ампера, который утверждает, что на электрические заряды, протекающие по проводнику, находящемуся внутри магнитного поля, действует сила, движущая их в плоскости, перпендикулярной силовым линиям этого поля. Проще говоря, проводник, которым в конструкции двигателя является ротор, начинает вращаться вокруг своей оси, а закрепляется он на валу, к которому подключаются рабочие механизмы оборудования.

Виды двигателей и их устройство

Электрические двигатели переменного тока имеют различное устройство, благодаря которому можно создавать машины с одинаковой частотой вращения ротора относительно магнитного поля статора, и такие машины, где ротор «отстает» от вращающегося поля. По данному принципу эти двигатели разделяют на соответствующие типы: синхронные и асинхронные.

Асинхронные

Основу конструкции асинхронного электродвигателя составляет пара важнейших функциональных частей:

  1. Статор – блок цилиндрической формы, сделанный из листов стали с пазанми для укладки токопроводящих обмоток, оси которых располагаются под углом 120˚ относительно друг друга. Полюса обмоток уходят на клеммную коробку, где подключаются разными способами, в зависимости от необходимых параметров работы электродвигателя.
  2. Ротор. В конструкции асинхронных электродвигателей используются роторы двух видов:
    • Короткозамкнутый. Называется так, потому что изготавливается из нескольких алюминиевых или медных стержней, накоротко замкнутых с помощью торцевых колец. Эта конструкция, представляющая собой токоповодящую обмотку ротора, называется в электромеханике «беличьей клеткой».
    • Фазный. На роторах данного типа устанавливается трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора. Чаще всего концы её проводников идут в клеммную площадку, где соединяются «звездой», а свободные концы подключаются к контактным кольцам. Фазный ротор позволяет с помощью щеток добавить в цепь обмотки добавочный резистор, позволяющий изменять сопротивление для уменьшения пусковых токов.


Помимо описанных ключевых элементов асинхронного электродвигателя, в его конструкцию также входит вентилятор для охлаждения обмоток, клеммная коробка и вал, передающий генерируемое вращение на рабочие механизмы оборудования, работа которого обеспечивается данным двигателем.

Работа асинхронных электрических двигателей основывается на законе электромагнитной индукции, утверждающем, что электродвижущая сила может возникнуть лишь в условиях разности скоростей вращения ротора и магнитного поля статора. Таким образом, если бы эти скорости были равны, ЭДС не могла бы появиться, но воздействие на вал таких «тормозящих» факторов, как нагрузка и трение подшипников, всегда создает достаточные для работы условия.

Синхронные

Конструкция синхронных электродвигателей переменного тока несколько отлична от устройства асинхронных аналогов. В этих машинах ротор крутится вокруг своей оси со скоростью, равной скорости вращения магнитного поля статора. Ротор или якорь этих устройств тоже оснащается обмотками, которые одними концами подключены друг к другу, а другими – к вращающемуся коллектору. Контактные площадки на коллекторе смонтированы так, что в определенный момент времени возможна подача питания через графитовые щетки лишь на два противоположных контакта.

Принцип работы синхронных электродвигателей:

  1. При взаимодействии магнитного потока в обмотке статора с током ротора возникает вращающий момент.
  2. Направление движения магнитного потока изменяется одновременно с направлением переменного тока, благодаря чему сохраняется вращение выходного вала в одну сторону.
  3. Настройка нужной частоты вращения осуществляется регулировкой входящего напряжения. Чаще всего, в быстроходном оборудовании, например, перфораторах и пылесосах, эту функцию выполняет реостат.

Чаще всего причинами выхода синхронных электродвигателей из строя является:

  • износ графитовых щеток или ослабление прижимной пружины;
  • износ подшипников вала;
  • загрязнение коллектора (чистится наждачной бумагой или спиртом).

Трехфазный генератор переменного тока

История изобретения

Изобретение простейшего способа преобразования энергии из электрической в механическую принадлежит Майклу Фарадею. В 1821 году этот великий английский ученый провел эксперимент с проводником, опущенным в сосуд с ртутью, на дне которого лежал постоянный магнит. После подачи электричества на проводник он приходил в движение, вращаясь соответственно силовым линиями магнитного поля. В наши дни этот опыт часто проводят на уроках физики, заменяя ртуть рассолом.

Дальнейшее изучение вопроса привело к созданию Питером Барлоу в 1824 году униполярного двигателя, названного колесом Барлоу. В его конструкцию входят два зубчатых колеса из меди, расположенных на одной оси между постоянными магнитами. После подачи тока на колеса, в результате его взаимодействия с магнитными полями, колеса начинают вращаться. Во время опытов ученый установил, что направление вращения можно изменить, поменяв полярность (перестановкой магнитов или контактов). Практического применения «колесо Барлоу», но сыграло важную роль в изучении взаимодействия магнитных полей и заряженных проводников.

Первый рабочий образец устройства, ставшего прародителем современных двигателей, был создан русским физиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Принцип использования вращающегося ротора в магнитном поле, продемонстрированный в этом изобретении, практически в неизменном виде применяется современных двигателях постоянного тока.

А вот создание первого двигателя с асинхронным принципом работы принадлежит сразу двум ученым – Николе Тесла и Галилео Феррарис, по удачному стечению обстоятельств продемонстрировавшим свои изобретения в один год (1888). Через несколько лет двухфазный бесколлекторный двигатель переменного тока, созданный Николой Тесла уже использовался на нескольких электростанциях. В 1889 году русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский усовершенствовал изобретение Теслы для работы в трехфазной сети, благодаря чему смог создать первый асинхронный двигатель переменного тока мощностью более 100 Вт. Ему же принадлежит изобретение используемых сегодня способов подключения фаз в трехфазных электродвигателях: «звезда» и «треугольник», пусковых реостатов и трехфазных трансформаторов.

Система переменного тока, предложенная Вестингаузом

Подключение к однофазным и трехфазным источникам питания

По типу питающей сети электродвигатели переменного тока классифицируют на одно- и трехфазные.

Подключение асинхронных однофазных двигателей осуществляет очень легко – для этого достаточно подвести к двум выходам на корпусе фазный и нулевой провод однофазной 220В сети. Синхронные двигатели тоже можно запитывать от сети данного типа, однако подключение немного сложнее – необходимо соединить обмотки ротора и статора так, чтобы их контакты однополюсного намагничивания были расположены напротив друг друга.

Подключение к трехфазной сети представляется несколько более сложным. В первую очередь, следует обратить внимание, что клеммная коробка содержит 6 выводов – по паре на каждую из трех обмоток. Во-вторых, это дает возможность использовать один из двух способов подключения («звезда» и «треугольник»). Неправильное подключение может привести в поломке двигатель от расплавления обмоток статора.

Главное функциональное отличие «звезды» и «треугольника» заключается в различном потреблении мощности, что сделано для возможности включения машины в трехфазные сети с различным линейным напряжением — 380В или 660В. В первом случае следует соединять обмотки по схеме «треугольник», а во втором – «звездой». Такое правило включения позволяет в обоих случаях иметь напряжение 380В на обмотках каждой фазы.

На панели подключения выводы обмоток располагаются таким образом, чтобы перемычки, используемых для включения, не перекрещивались между собой. Если коробка выводов двигателя содержит только три зажима, значит, он рассчитан для работы от одного напряжения, которое указано в технической документации, а обмотки соединены между собой внутри устройства.

Преимущества и недостатки электрических двигателей переменного тока

В наши дни среди всех электродвигателей устройства для переменного тока занимают лидирующую позицию по объему использования в силовых установках. Они обладают низкой себестоимостью, простой в обслуживании конструкцией и КПД не менее 90%. Кроме того, их устройство позволяет плавно изменять скорость вращения, не прибегая к помощи дополнительного оборудования вроде коробок передач.

Главным недостатком двигателей переменного тока с асинхронным принципом работы является тот факт, что регулировать их частоту вращения вала можно только изменяя входную частоту тока. Это не позволяет добиться постоянной скорости вращения, а также снижает мощность. Для асинхронных электродвигателей характерны высокие пусковые токи, но низкий пусковой момент. Для исправления этих недостатков применяется частотный привод, однако его цена противоречит одному из главных достоинств этих двигателей – низкой себестоимости.


Слабым местом синхронного двигателя является его сложная конструкция. Графитовые щетки довольно быстро выходят из строя под нагрузкой, а также теряют плотный контакт с коллектором из-за ослабления прижимной пружины. Кроме того, эти двигатели, как и асинхронные аналоги, не защищены от износа подшипников вала. К недостаткам также относится более сложный пуск, необходимость наличия источника постоянного тока и исключительно частотная регулировка частоты вращения.

Применение

На сегодняшний день электродвигатели со спецификацией на переменный ток распространены во всех сферах промышленности и жизнедеятельности. На электростанциях они устанавливаются в качестве генераторов, используются в производственном оборудовании, автомобилестроении и даже бытовой технике. Сегодня в каждом доме можно встретить как минимум одно устройство с электрическим двигателем переменного тока, например, стиральную машину. Причины столь большой популярности заключаются в универсальности, долговечности и легкости обслуживания.

Среди асинхронных электрических машин наибольшее распространение получили устройства с трехфазной спецификацией. Они являются наилучшим вариантом для использования во многих силовых агрегатах, генераторах и высокомощных установках, работа которых связана с необходимостью контроля скорости вращения вала.

как он устроен и работает

Электрический двигатель представляет собой особый преобразователь. Это машина, где электрическая энергия преобразуется и переходит в механическую. Принцип действия двигателя основан на электромагнитной индукции. Есть к тому же и электростатические двигатели. Можно без особых дополнений использовать двигатели на других принципах преобразования электричества в перемещении. Но немногие знают, как устроен и как работает электродвигатель.

Принцип работы устройства

В составе электродвигателя переменного тока присутствуют неподвижные и подвижные части. К первым относят:

  • статор;
  • индуктор.

Статор находит применение для машин синхронного и асинхронного типа. Индуктор эксплуатируется в машинах постоянного тока. Подвижная часть состоит из ротора и якоря. Первый применяют для синхронных и асинхронных устройств, тогда как якорь используется для оборудования с постоянными показателями. Функция индуктора лежит на двигателях небольшой мощности. Здесь нередко используют постоянные магниты.

Говоря о том, как устроен электродвигатель, необходимо определить, к какому классу оборудования относится конкретная модель. В конструкции асинхронного двигателя ротор бывает:

  • короткозамкнутым;
  • фазным, то есть с обмоткой.

Последний тип используется, если требуется уменьшить пусковой ток и отрегулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. Обычно речь идет о крановых электродвигателях, повсеместно используемых в крановых установках.

Кран обладает подвижностью и применяется в машинах постоянного тока. Это может быть генератор либо двигатель, а также универсальный двигатель, функционирующие по тому же принципу. Его используют в электроинструменте. Фактически универсальный двигатель — это тот же двигатель с постоянными показателями, в котором происходит последовательное возбуждение. Отличие касается лишь расчётов обмоток. Здесь отсутствует реактивное сопротивление. Оно бывает:

  • емкостным;
  • индуктивным.

Вот почему любой электроинструмент, если из него извлекается электронный блок, сможет работать и на постоянном токе. Но при этом напряжение в сети будет меньше. Принцип действия электродвигателя определяется сообразно тому, из каких компонентов он состоит и для каких целей предназначается.

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Во время включения в сеть формируется вращающееся магнитное поле. Оно отмечается в статоре и проникает через короткозамкнутую обмотку ротора. В ней переходит в индукцию. После этого, в соответствии с законом Ампера, ротор начинает вращаться. Частота перемещения этого элемента зависит от частоты питающего напряжения и количества магнитных полюсов, представленных парами.

Разность между частотой вращения ротора и магнитного поля статора выражается в виде скольжения. Двигатель именуют асинхронным, потому что частота вращения магнитного поля у него сообразна с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличия в конструкции. Ротор дополняется магнитом постоянного типа либо электромагнитом. В нём имеются элементы, такие как для запуска беличья клетка и постоянные магниты. Также их роль могут выполнять электромагниты.

В асинхронном двигателе у магнитного поля статора частота вращения совпадает с аналогичным показателем у ротора. Для включения используют асинхронные электродвигатели вспомогательного типа либо ротор с короткозамкнутой обмоткой. Асинхронные двигатели смогли найти широкое применение во всех технических областях.

Особенно это актуально в отношении трехфазных двигателей, характеризующихся простотой конструкции. Они не только доступны по цене, но и надежнее в сравнении с электрическими. Ухода они не требуют почти никакого. Название асинхронный, присвоенное им, обусловлено несинхронным вращением ротора в таком двигателе. Если отсутствует трехфазная сеть, такой двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

В составе статора асинхронного электродвигателя присутствует пакет. В нём имеются лакированные листы электротехнической стали, чья толщина составляет 0,5 мм. У них есть пазы, куда уложена обмотка. Три фазы обмотки соединены друг с другом треугольником или звездой, которые смещены на 120 градусов пространственно.

Если речь идет о роторе электродвигателя, в котором имеются контактные кольца в пазах, здесь отмечается ситуация, похожая на обмотку статора. Это актуально, если он включён звездой либо начальные концы фаз соединены тремя контактными кольцами, зафиксированными на валу. Когда двигатель запущен, можно подключить реостат на фазы обмотки для контроля частоты вращения. После успешного разбега контактные кольца коротко замыкаются, а потому обмотка ротора выполняет те же функции, что и в случае с короткозамкнутым изделием.

Современная классификация

По принципу формирования вращающего момента двигатели электрического типа делят на магнитоэлектрические и гистерезисные. Последняя группа отличается тем, что вращающий момент здесь формируется вследствие гистерезиса при чрезмерном намагничивании ротора. Такие двигатели не считаются классическими и не так распространены в промышленности. Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические модификации, которые делятся на две большие группы, согласно потребляемой энергии. Это двигатели переменного и постоянного тока. Выпускаются также универсальные модели, которые способны питаться обоими видами электрического тока.

Основные особенности

Было бы правильно называть эти устройства электрическими нефазными. Это обусловлено тем, что фазы переключаются здесь непосредственно в двигателе. За счет этого мотор питается постоянным, как и переменным типами тока, с одинаковым успехом. Эта группа делится по способу переключения фаз и присутствию обратной связи. Они бывают вентильными и коллекторными.

Что касается типа возбуждения, коллекторные двигатели подразделяют на модели с самовозбуждением, моторы с независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов. Первый тип, в свою очередь, классифицируется на моторы с последовательным, параллельным, смешанным возбуждением.

Бесколлекторные, или вентильные изделия, работают от электричества. В них переключение фаз происходит посредством специального электроблока, носящего название инвертора. Процесс этот может оснащаться обратной связью, когда пускают в ход датчик положения ротора либо без обратной связи. Такое устройство можно фактически позиционировать, как аналог асинхронного устройства.

Агрегаты пульсирующего тока

Такой двигатель является электрическим, и питание у него осуществляется пульсирующим электротоком. Конструкционные особенности его схожи с аналогичными особенностями у устройств постоянного тока. Конструктивные отличия его от двигателя с постоянными показателями состоят в присутствии шихтованных вставок для выпрямления переменного тока. Используют его на электровозах со специальными установками. Характерной особенностью является наличие компенсационной обмотки и значительного количества пар полюсов.

Модификации переменного тока

Двигатель представляет собой устройство, питание которого происходит с переменным током. Агрегаты эти бывают асинхронными и синхронными. Различие состоит в том, что в асинхронных машинах магнитодвижущая сила статора перемещается со скоростью вращения ротора. У асинхронного оборудования всегда наблюдается разница между скоростью вращения магнитного поля и ротора.

Синхронный электродвигатель работает от переменного тока. Ротор здесь вращается сообразно движению магнитного поля питающего напряжения. Синхронные электродвигатели делятся на модификации с обмотками возбуждения, с постоянными магнитами, а также на реактивные модификации, гистерезисные, шаговые, гибридные реактивные типы устройств.

Выделяют и так называемый реактивно-гистерезисный тип. Выпускают также модели с шаговыми агрегатами. Здесь определённое положение ротора фиксируется подачей питания на определенные зоны обмотки. Переход в другое положение достигается посредством снятия напряжения с одних обмоток и перемещения его в другие области. Вентильные реактивные модели электрического типа формируют питание обмоток посредством полупроводниковых элементов. Асинхронное устройство имеет частоту вращения ротора, отличную от частоты вращающегося магнитного поля. Она создается питающим напряжением. Такие модели получили на сегодня наибольшее распространение.

Универсальное коллекторное оборудование

Такой агрегат может работать на переменном и постоянном токе. Изготавливают его с последовательной обмоткой возбуждения при показателях мощности до 200 Вт. Статор выполняется из особой электротехнической стали. Обмотка возбуждения осуществляется при постоянном показателе напряжения полностью и частично при переменном показателе. Номинальное напряжение для переменного электротока составляют 127 и 220 В, аналогичные показатели для постоянного параметра равны 110 и 220 В. Находят применение в электроинструментах и бытовых аппаратах.

То, как работает электродвигатель, зависит от его принадлежности к тому или иному типу оборудования. Модификации переменного тока с питанием от промышленной сети 50 Гц не дают получить частоту вращения больше 3000 оборотов в минуту. Вот почему для получения значительных частот используют коллекторный мотор электрического типа. Он к тому же легче и меньше по размерам, нежели устройства с переменными показателями с аналогичной мощностью.

В их отношении используют специальные передаточные механизмы, преобразующие кинематические параметры механизма до приемлемых. При использовании преобразователей частоты и при наличии сети повышенной частоты двигатели переменного тока легче и меньше коллекторных изделий.

Ресурс асинхронных моделей с переменными показателями значительно выше, нежели у коллекторных. Определяется он состоянием подшипников и особенностями обмоточной изоляции.

Синхронный двигатель, у которого есть датчик положения ротора и инвертор, считается электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока. Фактически он является коллекторным электродвигателем с последовательно включенными обмотками статора. Они идеально оптимизированы для работы с бытовой электросетью. Такую модель, независимо от полярности напряжения, можно вращать в одну сторону, так как последовательное соединение обмоток и ротора гарантирует смену полюсов из магнитных полей. Соответственно, результат остается направленным в одну сторону.

Статор из магнитного мягкого материала применим для работы на переменном токе. Это возможно, если сопротивление в перемагничивании у него незначительное. Чтобы снизить потери на вихревые токи, статор делают из изолированных пластин. Он получается наборным. Его особенностью является то, что потребляемый ток ограничивается за счёт индуктивного сопротивления обмоток. Соответственно, момент двигателя оценочно становится максимальным и варьируется от 3 до 5. Чтобы приблизить к механическим характеристикам двигатели общего назначения, применяются секционные обмотки. Они имеют отдельные выводы.

Примечательно, что для передвижения некоторыми видами бактерий используется электродвигатель из нескольких белковых молекул. Он способен трансформировать энергию электрического тока в форме движения протонов во вращении жгутика.

Синхронная модель возвратно-поступательного движения работает таким образом, что подвижная часть устройства оснащена постоянными магнитами. Они зафиксированы на шторке. Посредством неподвижных элементов постоянные магниты находятся под воздействием магнитного поля и проводят перемещение штока возвратно-поступательным методом.

Двигатель постоянного тока

Двигатели постоянного тока предназначены для превращения энергии постоянного тока в механическую работу.

Электродвигатели постоянного тока, намного меньше распространены, нежели двигатели переменного тока. Это связано в первую очередь со сравнительной дороговизной, более сложным устройством, сложностями в обеспечении питания. Но, несмотря на все эти недостатки, ДПТ имеют немало плюсов. Например, двигатели переменного тока, сложно регулировать, ДПТ же отлично регулируются массой способов. Кроме того ДПТ имеют более жесткие механические характеристики и позволяют обеспечить большой пусковой момент.

Электродвигатели постоянного тока применяются в качестве тяговых двигателей, в электротранспорте, в качестве различных исполнительных устройств.

Устройство двигателей постоянного тока

Конструкция двигателя постоянного тока аналогична двигателю переменного тока, но все же имеются существенные различия. На станине 7, которая изготавливается из стали, установлена обмотка возбуждения в виде катушек 6. Между основными полюсами, могут устанавливаться дополнительные полюса 5, для улучшения свойств ДПТ. Внутри устанавливается якорь 4, который состоит из сердечника и коллектора 2, и устанавливается с помощью подшипников 1 в корпус двигателя. Коллектор является существенным отличием от двигателей переменного тока. Он соединяется с щетками 3, что позволяет подавать или в генераторах, наоборот снимать напряжение с якорной цепи.

Принцип действия

Принцип действия ДПТ основан на взаимодействии магнитных полей обмотки возбуждения и якоря. Можно представить, что вместо якоря у нас рамка, через которую протекает ток, а вместо обмотки возбуждения постоянный магнит с полюсами N и S. При протекании постоянного тока через рамку, на нее начинает действовать магнитное поле постоянного магнита, то есть рамка начинает вращаться, причем, так как направление тока не меняется, то и направление вращения рамки остается прежним.

При подаче напряжения на зажимы двигателя начинает протекать ток в обмотке якоря, на него, как мы уже знаем, начинает действовать магнитное поле машины, при этом якорь начинает вращаться, а так как якорь вращается в магнитном поле, начинает образовываться ЭДС. Эта ЭДС направлена против тока, в связи с этим её называют противоЭДС. Её можно найти по формуле

Где Ф – магнитный поток возбуждения, n – частота вращения, а Cе это конструктивный момент машины, который остается для нее постоянным.

Напряжение на зажимах больше чем противоЭДС на величину падения напряжение в якорной цепи.

А если домножить это выражение на ток, то получим уравнение баланса мощностей.

Левая часть уравнения UIя представляет собой мощность подаваемая электродвигателю, в правой части первое слагаемое EIя представляет собой электромагнитную мощность, а второе IяRя мощность потерь в цепи якоря.

Рекомендуем прочесть статью — пуск двигателя постоянного тока.

  • Просмотров: 23882
  • Принципы работы электрического двигателя для чайников

    Июнь 29, 2014

    52683 просмотров

    Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов.

    В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

    В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

    Как работает электродвигатель

    Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

    Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться.

    В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.

      На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

    В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

    В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

    В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

    Виды электродвигателей

    Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

    1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
    2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

    По принципу работы:

    1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
    2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

    Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

    Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

    В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку.

    Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

    Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
    Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

    Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

    Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе.

    Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

    Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

    Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС.

    Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности.

    Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

    Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

    Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

    Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

    Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

    Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

    В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

    Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

    1. Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
    2. Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
    3. Износ подшипников.

    Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

    Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

    • Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.
    • Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.
    • Режимы работы электродвигателя в следующей статье.

    Принцип действия электродвигателя постоянного тока

    Электрический двигатель – неоценимое изобретение человека. Благодаря этому устройству наша цивилизация за последние сотни лет ушла далеко вперёд. Это настолько важно, что принцип работы электродвигателя изучают ещё со школьной скамьи.

    Круговое вращение электроприводного вала легко трансформируется во все остальные виды движения. Поэтому любой станок, созданный для облегчения труда и сокращения времени на изготовление продукции, можно приспособить под выполнение множества задач.

    Каков же принцип действия электродвигателя, как он работает и каково его устройство – обо всём этом понятным языком рассказывается в представленной статье.

    Как работает двигатель постоянного тока

    Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу.

    Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. Направление этого поля определяют по правилу буравчика (винта).

    При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается.

    То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки (правило правой руки используется для генераторов, а правило левой руки подходит только для двигателей). Эта сила называется «амперовой» и её величина определяется по закону Ампера F=BхIхL, где В – значение магнитной индукции поля; I – ток, циркулирующий в проводнике; L – длина провода.

    Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

    Рассмотрим принцип создания механического движения с помощью электричества более подробно. На динамической иллюстрации показан простейший электромотор. В однородном магнитном поле вертикально располагаем проволочную рамку и пропускаем по ней ток.

    Что происходит? Рамка проворачивается и по инерции двигается какое-то время до достижения горизонтального положения. Это нейтральное положение – мёртвая точка — место, где воздействие поля на проводник с током равно нулю.

    Чтобы движение продолжилось, нужно добавить ещё хотя бы одну рамку и обеспечить переключение направление тока в рамке в нужный момент. На обучающем видео внизу страницы хорошо виден этот процесс.

    Принцип действия современных электродвигателей

    Современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полясами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе.

    Принцип его работы следующий.

    Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

    Таким образом, обмотка якоря передаёт вращающий момент на вал электромотора, а тот в свою очередь приводит в движение рабочие механизмы любого оборудования, такого как, например, станок для сетки рабицы.

    Хотя в этом случае используется асинхронный двигатель переменного тока, основной принцип его работы идентичен принципу действия двигателя постоянного тока – это выталкивание проводника с током из магнитного поля.

    Только у асинхронного электромотора вращающееся магнитное поле, а у электродвигателя постоянного тока – поле статичное.

    Продолжая тему двигателя постоянного тока нужно отметить, что принцип действия электродвигателя основывается на инвертировании постоянного тока в якорной цепи, чтобы не было торможения, и вращение ротора поддерживалось в постоянном ритме. Если изменить направление тока в возбуждающей обмотке статора, то, согласно правилу левой руки, изменится направление вращения ротора.

    То же самое произойдёт, если мы поменяем местами щёточные контакты, подводящие питание от источника к якорной обмотке. А вот если поменять «+» «-» и там и там, то направление вращения вала не изменится. Поэтому, в принципе, для питания такого мотора можно использовать и переменный ток, т.к. ток в индукторе и якоре будет меняться одновременно.

    На практике такие устройства используются редко.

    Что касается электрической схемы включения двигателя, то их несколько и они показаны на рисунке. При параллельном соединении обмоток, обмотка якоря делается из большого количества витков тонкой проволоки. При таком подключении коммутируемый коллектором ток будет значительно меньше из-за большого сопротивления и пластины не будут сильно искрить и выгорать.

    Если делать последовательное соединение обмоток индуктора и якоря, то обмотка индуктора делается из провода большего диаметра с меньшим количеством витков, т.к. весь якорный ток устремляется через статорную обмотку.

    При таких манипуляциях с пропорциональным изменением значений тока и количества витков, намагничивающая сила остаётся постоянной, а качественные характеристики устройства становятся лучше.

    На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления.

     • Скачать лекцию: двигатели постоянного тока 

    Свежие записи:

    Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения

    Дмитрий Левкин

    Конструкция синхронного электродвигателя с обмоткой возбуждения

    Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Статор обычно имеет стандартную трехфазную обмотку, а ротор выполнен с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения соединена с контактными кольцами к которым через щетки подходит питание.

    Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения (щетки не показаны)

    Принцип работы

    Постоянная скорость вращения синхронного электродвигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного электродвигателя создает постоянное магнитное поле, а статор – вращающееся магнитное поле.

    Работа синхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора

    Статор: вращающееся магнитное поле

    На обмотки катушек статора подается трехфазное переменное напряжение. В результате создается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью пропорциональной частоте питающего напряжения. Подробнее о том, как посредством трехфазного напряжения питания образуется вращающееся магнитное поле можно прочитать в статье «Трехфазный асинхронный электродвигатель».

    Взаимодействие между вращающимся (у статора) и постоянным (у ротора) магнитными полями

    Ротор: постоянное магнитное поле

    Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока через контактные кольца. Магнитное поле создаваемое вокруг ротора возбуждаемое постоянным током показано ниже.

    Очевидно, что ротор ведет себя как постоянный магнит, так как имеет такое же магнитное поле (в качестве альтернативы можно представить, что ротор сделан из постоянных магнитов). Рассмотрим взаимодействие ротора и вращающегося магнитного поля.

    Предположим вы придали ротору начальное вращение в том же направлении как у вращающегося магнитного поля. Противоположные полюса вращающегося магнитного поля и ротора будут притягиваться друг к другу и они будут сцепляться с помощью магнитных сил.

    Это значит, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то есть ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

    Магнитные поля ротора и статора сцепленные друг с другом

    Синхронная скорость

    Скорость с которой вращается магнитное поле может быть вычислена по следующему уравнению:

    • где Ns – частота вращения магнитного поля, об/мин,
    • f – частота тока статора, Гц,
    • p – количество пар полюсов.

    Это значит, что скорость синхронного электродвигателя может очень точно контролироваться изменением частоты питающего тока. Таким образом эти электродвигатели подходят для высокоточных приложений.

    Прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

    Почему синхронные электродвигатели не запускаются от электрической сети?

    Если ротор не имеет начального вращения, ситуация отличается от описанной выше. Северный полюс магнитного поля ротора будет притягиваться к южному полюсу вращающегося магнитного поля, и начнет двигаться в том же направлении.

    Но так как ротор имеет определенный момент инерции, его стартовая скорость будет очень низкой. За это время южный полюс вращающегося магнитного поля будет замещен северным полюсом. Таким образом появятся отталкивающие силы.

    В результате чего ротор начнет вращаться в обратную сторону. Таким образом ротор не сможет запуститься.

    Демпферная обмотка — прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

    Чтобы реализовать самозапуск синхронного электродвигателя без системы управления между наконечниками ротора размещается «беличья клетка», которая также называется демпферной обмоткой.

    При запуске электродвигателя катушки ротора не возбуждаются.

    Под действием вращающегося магнитного поля, индуцируется ток в витках «беличьей клетки» и ротор начинает вращаться подобно тому, как запускаются асинхронные двигатели.

    Когда ротор достигает своей максимальной скорости, подается питание на обмотку возбуждения ротора. В результате, как говорилось ранее, полюса ротора сцепляются с полюсами вращающегося магнитного поля и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью.

    При вращении ротора с синхронной скоростью, относительное движение между белечьей клеткой и вращающимся магнитным полем равно нулю.

    Это значит, что отсутствует ток в короткозамкнутых витках, а следовательно «беличья клетка» не оказывает воздействия на синхронную работу электродвигателя.

    Выход из синхронизма

    Синхронные электродвигатели имеют постоянную скорость независящую от нагрузки (при условии что нагрузка не превышает макимально допустимую). Если момент нагрузки больше, чем момент создаваемый самим электродвигателем, то он выйдет из синхронизма и остановиться. Низкое напряжение питания и низкое напряжение возбуждения также могут быть причинами выхода двигателя из синхронизма.

    Синхронный компенсатор

    Синхронные электродвигатели могут также использоваться для улучшения коэффициента мощности системы. Когда единственной целью использования синхронных электродвигателей является улучшение коэффициента мощности их называют синхронными компенсаторами. В таком случае вал электродвигателя не соединяется с механической нагрузкой и вращается свободно.

    Принципы работы электрического двигателя для чайников

    Главная › Электрика ›

    26.05.2019

    Курс электрических машин посвящён изучению принципов построения, конструкций, технических и эксплуатационных характеристик трансформаторов, а также генераторов и двигателей постоянного и переменного тока. Этот курс является основным разделом электротехники, наряду с теорией линейных электрических цепей и электрическим приводом.

    • Цель курса – получение базовых знаний в области теории электрических машин, достаточных для специалистов технических направлений подготовки неэлектротехнических профилей, а также для всех желающих познакомиться с основами электротехники и получить навыки решения задач, связанных с эксплуатацией электрических машин.
    • При изучении каждого из десяти разделов курса используются виртуальные лаборатории, характер которых соответствует задачам повседневной инженерной практики.
    • После окончания курса слушатели будут знать принципы построения, конструкции, технические и эксплуатационные характеристики трансформаторов, генераторов и двигателей постоянного и переменного тока, а также приобретут навыки решения задач, связанных с эксплуатацией электрических машин.

    Программа курса

    1. Катушка с магнитопроводом в цепи переменного тока.
    2. Преобразование энергии трансформатором.
    3. Специальные типы трансформаторов и их применение в технике.
    4. Магнитные поля бесколлекторных машин.
    5. Конструкция, принцип действия и характеристики асинхронного двигателя.
    6. Управление асинхронным двигателем. Специальные типы двигателей.
    7. Конструкция принцип действия и характеристики синхронных машин.
    8. Синхронные двигатели.
    9. Двигатели постоянного тока.
    10. Управление двигателем постоянного тока. Специальные типы коллекторных машин и вентильные двигатели.

    Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели.

    На 6-й и 12-й неделях запланированы упражнения по пройденному материалу.

    В курсе имеется два типа дедлайна (предельного срока выполнения оценивающих мероприятий):
    – мягкий дедлайн, при котором необходимо выполнить все оценивающие мероприятия текущей недели до ее завершения;

    – жесткий дедлайн, при котором на выполнение оценивающих мероприятий после мягкого дедлайна дополнительно выделяется еще две недели, по окончании которых доступ к соответствующим мероприятиям закрывается.

    Принципы работы электрического двигателя для чайников Ссылка на основную публикацию

    Электрические машины постоянного тока: виды и принцип их работы

    Машины постоянного тока представляют собой возвратную электрическую машину, в которых происходит процесс преобразования энергии. В машинах, где механическая энергия преобразуется в электрическую, называются генераторами. Они предназначены для выработки электроэнергии. Для работы необходимо наличие какого-либо двигателя (дизеля, паровой или водяной турбины), который будет вращать вал генератора.

    Обратное преобразование энергий происходит в электродвигателях. Они приводят в движение колесные пары локомотивов, вращают валы вентиляторов и т.д. Для работы необходимо подсоединение электродвигателя с источником электроэнергии посредством проводов.

    Принцип работы электрических машин постоянного тока основан на использовании явления электромагнитной индукции, а также законов, которые определяют взаимодействие электрических токов и магнитных полей.

    Эти машины включают в себя неподвижную и вращающуюся части. В конструкцию неподвижной части, или статора входят станина, главные и дополнительные полюса, подшипниковые щиты и щеточная траверса с графитовыми или медно-графитовыми щетками.

    Вращающаяся часть, или ротор, в электрических машинах постоянного тока именуются якорем. Якорь, снабженный коллектором, в электродвигателях играет роль преобразователя частоты, а в генераторах – выпрямителя.

    При вращении машины происходит перемещение якоря и статора относительно друг друга. Статор создает магнитное поле, а в обмотке якоря индуцируется э. д. с. Возникает ток, который при воздействии с магнитным полем создает электромагнитные силы, отвечающие за процесс преобразования энергии.

    Электрические машины постоянного тока в зависимости от наличия или отсутствия коммутации бывают обычными и униполярными, а по расположению вала — вертикальными и горизонтальными.

    По типу переключателей тока их можно подразделить на машины с щеточно-коллекторным и электронным переключателем. Последние называются еще вентильными электродвигателями.

    По мощности они делятся на микромашины мощностью до 0,5 кВт, а также, машины малой, средней и большой мощности — 0,5-10 кВт, 10-200 кВт и более 200 кВт соответственно.

    По частоте вращения различают тихоходные (до 300 об/мин), средней быстроходности (300-500 об/мин), быстроходные (1500-6000 об/мин) и сверхбыстроходные (более 6000 об/мин) электрические машины постоянного тока.

    Устройство и принцип действия синхронного двигателя

    Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

    Устройство синхронного электродвигателя

    Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

    • Неподвижной части (якорь или статор).
    • Подвижной части (ротор или индуктор).
    • Вентилятора.
    • Контактных колец.
    • Щеток.
    • Возбудителя.

    Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами).

    Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали.

    Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

    Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

    Принцип работы синхронного электродвигателя

    Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения.

    Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения.

    При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

    В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

    Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

    • Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
    • С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

    Характеристики синхронного электродвигателя

    Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

    • Работу при высоком значении коэффициента мощности.
    • Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
    • Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
    • Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
    • Экономичность.

    Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

    • Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
    • Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
    • Сложность пуска.
    • Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

    Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

    • Для улучшения коэффициента мощности.
    • В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

    Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

    Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

    Принцип работы и устройство электродвигателя

    Отредактировано: 14.01.2022


    Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Таким образом, электрические двигатели противоположны генераторам, которые преобразуют механическое движение в электрическую энергию. Существует множество различных типов и конструкций электродвигателей. Однако все электродвигатели основаны на сходном принципе работы.

    Объяснение магнитных полей и силы Лоренца

    Электродвигатель использует важнейшую силу природы — силу Лоренца. Как это работает и почему электродвигатель может это сделать, мы сначала объясним вам на основе упрощенных основ, прежде чем мы перейдем к конструкции.

    Каждый магнит имеет два полюса: северный и южный. Магнитные силы всегда действуют с севера на юг и воздействуют на так называемые ферромагнитные материалы (кобальт, железо, никель). Твердые тела, такие как железо, всегда притягиваются к магниту. Однако, если есть два магнита, случается следующее: одни и те же полюса отталкиваются друг от друга (южный и южный, северный и северный полюса) — разные полюса притягиваются (южный и северный).

    Электричество также имеет два разных полюса. Здесь есть плюс и минус. Это называется электрическим зарядом . Плюс означает, что частица имеет положительный заряд. Минус означает, что частица имеет отрицательный заряд.

    Воздействие на заряд (плюс или минус) в магнитном поле называется силой Лоренца. Проще говоря, северный магнитный полюс отталкивает положительный заряд и притягивает отрицательный. Южный магнитный полюс притягивает положительный заряд и отталкивает отрицательный. Каждый электродвигатель основан на этом принципе. Он использует магнитное воздействие постоянного магнита на электромагнит (который находится под напряжением и имеет заряд).

    Устройство и функции двигателя

    Так называемый статор расположен под корпусом электродвигателя. Он состоит из стабильного магнитного поля (постоянный магнит). Это означает, что северный и южный полюса имеют фиксированное положение и не меняются. Ротор (лат. rotare = крутить) находится в самом двигателе, прикреплен к валу и поэтому может вращаться. Его электрическое магнитное поле постоянно меняется: северный и южный полюса меняются местами. Ротор окружен статором. Якорь представляет собой железный сердечник ротора. На него намотаны катушки ротора, по которым течет ток. С помощью этих катушек создается изменяющееся магнитное поле. Если якорь представляет собой постоянный магнит, то катушек нет.

    Коммутатор (также называемый переключателем полюсов) сидит на валу ротора. Ток течет через него. Его задача — повернуть магнитное поле ротора и, таким образом, поменять местами полюса. Это всегда происходит при достижении определенного положения. К коммутатору присоединены скользящие контакты, питающие ротор электричеством. Если электродвигатель теперь находится под напряжением, в роторе создается магнитное поле. Только тогда он становится вращающимся электромагнитом.

    По описанному выше принципу, что одноименные полюса всегда отталкиваются друг от друга, ротор начинает вращаться. Электромагнитное поле ротора всегда регулируется коммутатором таким образом, что северный полюс ротора и северный полюс статора (аналогично южному полюсу) обращены друг к другу. Проще говоря, через каждые пол-оборота меняется полярность ротора. В противном случае северный полюс и южный полюс были бы обращены друг к другу, и двигатель остановился бы.

    Существует также вариант электродвигателя без коммутатора. В двигателях переменного тока магнитное поле изменяется в соответствии со скоростью вращения ротора. Одни и те же полюса «автоматически» обращены друг к другу. В этом случае структура немного отличается. Тем не менее, основные части остаются.

    Разновидности электродвигателей

    На данный момент используют большое количество электродвигателей, которые отличаются конструкцией. В основном их делят по двум характеристикам.

    Принцип электропитания:

    1. Переменного тока, когда двигатель работает, получая питание непосредственно от электросети.
    2. Постоянного тока, когда двигатель работает от источника постоянного тока (батареек, аккумуляторов и т.п.).

    Принцип работы:

    1. Синхронный, вращение происходит в синхронизации с магнитным полем, вызывающим движение. У таких двигателей есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
    2. Асинхронный, вращающийся ротор движется медленнее вращающегося магнитного поля в статоре. В таком двигателе нет щеток и обмоток на роторе, и он является одним из самых распространенных, что объясняется его простотой.

    Если стоит выбор, где купить электродвигатель, выбирайте надёжного поставщика. Компания «АнЛан» занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.

    Копирование контента с сайта Anlan.ru возможно только при указании ссылки на источник.
    © Все права защищены.

    История создания электродвигателя переменного тока

    Как разработать двигательную установку? Для проектирования системы любого типа имеет значение кинематическая схема и эксплуатационные условия, указанные в задании. Записав требуемые технические данные, приступают к кинематическому расчету, который является исходным для силового и энергетического расчета, как отдельных механизмов, так и всей системы. Чтобы к установке правильно подобрать электрический двигатель надо понимать из чего можно выбрать. Поэтому ниже рассмотрим какими они бывают.

    Принцип работы асинхронных двигателей

    Чтобы понять, как функционирует электродвигатель, можно провести небольшой эксперимент. Конечно, для этого потребуется наличие специального инструмента. Установите магнит в форме подковы так, чтобы он приводился в движение при помощи ручки. Как вы знаете, у магнита имеется два полюса. Между ними необходимо расположить цилиндр, изготовленный из меди. С таким расчетом, что он может свободно вокруг своей оси вращаться. Теперь сам эксперимент. Начинаете раскручивать магнит, при этом создается поле, которое двигается. Внутри медного цилиндра начинают возникать вихревые токи, которые противодействуют полю магнита.

    В результате этого медный цилиндр начинает вращение в ту сторону, в которую двигается постоянный магнит. Причем его скорость оказывается несколько ниже. Причина этого — при равной скорости силовые линии перестают пересекаться с полем магнита. Магнитное поле вращается синхронно. А вот скорость движения самого магнита несинхронна. А если немножко сократить определение, то асинхронна. Отсюда и название электрической машины — асинхронного электродвигателя. Если грубо, то схема электродвигателя переменного тока примерно такая же, как и в приведенном эксперименте. Только магнитное поле создается статорной обмоткой.

    Двигатели постоянного тока

    Они несколько отличаются от асинхронных электродвигателей переменного тока. Во-первых, в нём имеется одна или две статорных обмотки. Во-вторых, способ изменения частоты вращения ротора несколько иной. Но направление вращения ротора изменяется переполюсовкой (у асинхронных машин меняются местами фазы питающей сети). Изменить скорость ротора двигателя постоянного тока можно, если увеличить или уменьшить напряжение, подаваемое на статорную обмотку.

    Двигатель постоянного тока не может работать без обмотки возбуждения, которая находится на роторе. Передача напряжения происходит при помощи щеточного узла. Это самый ненадежный элемент конструкции. Щетки, изготовленные из графита, со временем стираются, что приводит к выходу из строя мотора, ему необходим ремонт. Заметьте, что электродвигатели постоянного и переменного тока имеют одни и те же элементы, но их конструкции отличаются существенно.

    Формула мощности трехфазного двигателя

    Для того чтобы определить мощность двигателя, формула выглядит так:

    Составляющие формулы:

    Если величина Iн неизвестна, ее нужно найти, применив соответствующую формулу.

    Асинхронные двигатели, используемые для трёхфазной сети, – наиболее стабильные и надёжные машины. Однако частотный предел переменного тока 50 Гц не позволяет им развивать скорость вращения более 3000 об./мин. Поэтому универсальные коллекторные ДПТ – эффективный выход для механических процессов, требующих от мотора способности вращать вал с более высокой частотой.

    Конструкция электродвигателя

    Как и любая другая нестатическая электрическая машина, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей — статора и ротора. Первый элемент неподвижный, на нём размещаются три обмотки, которые соединяются по определенной схеме. Ротор является подвижным, его конструкция называется «беличьей клеткой». Причина такого названия в том, что внутреннее устройство очень похоже на колесо с белкой.

    Последней, конечно же, нет в электродвигателе. Центровка ротора производится при помощи двух крышек, устанавливаемых на статоре. В них имеются подшипники, которые облегчают вращение. На задней части электродвигателя устанавливается крыльчатка. С ее помощью проводится охлаждение электрической машины. На статоре сделаны ребра, которые улучшают теплоотдачу. Таким образом электродвигатели переменного тока работают в нормальном тепловом режиме.

    Второе название асинхронных машин

    В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин — индукционные вследствие того, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они применяются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

    Статор асинхронного двигателя

    Стоит отметить, что у статора современных асинхронных электродвигателей полюсы невыраженные. Если говорить проще, то внутри вся поверхность идеально гладкая. В целях уменьшения потерь на вихревых токах, сердечник набирается из очень тонких листов стали. Эти листы очень плотно прилегают друг другу и впоследствии закрепляются в корпусе из стали. Статор имеет пазы для закладывания обмоток.

    Обмотки изготовлены из медного провода. Соединение их производится в «звезду» или «треугольник». В верхней части корпуса имеется небольшой щиток, полностью заизолированный. В нем находятся контакты для подключения и соединения обмоток. Причем соединить обмотки можно при помощи перемычек, устанавливаемых в этом щитке. Устройство электродвигателя переменного тока позволяет быстро провести соединение обмоток в нужную схему.

    Особенности диагностики синхронных двигателей

    Чтобы осуществить проверку электродвигателя, необходимо полностью обесточить инструмент и разобрать его. Если имелось короткое замыкание, то внутри изоляционный материал начнёт оплавляться, и появится неприятный запах. Поэтому первым делом необходимо понюхать ротор. Если нет признаков поломки, то проверьте на якоре состояние ламелей. Делается это при помощи мультиметра.

    Переключаете его в режим измерения сопротивления с порогом 200 Ом. Прозвоните все соседние ламели. Если сопротивление меняется, то это говорит о том, что внутри катушки имеется поломка. Вместо мультиметра можно использовать простую лампу накаливания. Для этого необходимо подключить электродвигатель к источнику питания 12 Вольт, в разрыв установить лампу накаливания. Вращая вал рукой, необходимо посмотреть на поведение лампы.

    В случае если лампа начинает моргать, это говорит о наличии межвиткового замыкания. Если же она совсем не горит, то имеется обрыв в цепи питания, либо неисправна одна из ламелей. Чтобы проводить ремонт, необходимо заменить обмотку и установить новую изоляцию. Только в этом случае двигатель не перегорит. Обязательно после ремонта проведите испытание электродвигателя переменного тока. Для увеличения ресурса мотора обязательно нужно проводить перемотку ротора каждые два года.

    Ротор асинхронного электродвигателя

    О нем было уже немного сказано. Он похож на беличью клетку. Конструкция ротора собирается из тонких стальных листов, как и статора. В пазах ротора находится обмотка, но она может быть нескольких типов. Все зависит от того, фазный или короткозамкнутый ротор. Наиболее распространенные последние конструкции. Толстые медные стержни укладываются в пазы без изоляционного материала. С обоих концов эти стержни соединяются медными кольцами. Иногда вместо «беличьей клетки» применяются литые роторы.

    Но есть еще электродвигатели переменного тока с фазным ротором. Они используются намного реже, в основном для электродвигателей, у которых очень большая мощность. Второй случай, при котором необходимо использовать фазные роторы в электродвигателях — создание большого усилия в момент запуска. Правда, для этого необходимо использовать специальный реостат.

    Подключение к трехфазной сети питания

    Всего имеется две схемы, по которым соединяются обмотки трехфазных электрических двигателей:

    1. «Звезда» — крайне низкие пусковые токи, но добиться высокой мощности в этом случае вряд ли получится.
    2. «Треугольник» — пусковой ток очень высокий, поэтому использование такой схемы рекомендуется при работе в устоявшемся режиме.

    Подключить асинхронный двигатель к сети переменного тока с трехфазным напряжением очень просто.

    Для этого в клеммной коробке необходимо соединить шесть выводов обмоток. Но если вы произведете подключение неверно, то обмотки расплавятся. Потребуется проводить ремонт электрической машины. Синхронные машины намного сложнее подключить, так как необходимо правильно соединить обмотки ротора из статора.

    Способы запуска асинхронного электродвигателя

    Запустить асинхронный электродвигатель переменного тока несложно, достаточно только подключить статорные обмотки в трехфазную сеть. Производится подключение при помощи магнитных пускателей. Благодаря им можно практически автоматизировать запуск. Даже реверс сделать можно без особых трудностей. Но в некоторых случаях необходимо снижать напряжение, которое подводится к статорным обмоткам.

    Производится это благодаря использованию схемы подключения типа «треугольник». При этом запуск производится, когда обмотки соединены по схеме «звезда». При увеличении числа оборотов, достижении максимального значения обмотки необходимо переключить на схему «треугольник». При этом происходит уменьшение потребляемого тока примерно в три раза. Но необходимо учитывать, что не каждый статор может нормально функционировать при подключении по схеме «треугольник».

    Первая демонстрация

    Первой демонстрацией практического применения асинхронного двигателя и трехфазной системы стала Международная электротехническая выставка 1891 г. во Франкфурте-на-Майне. Выставку с гидроэлектростанцией на реке Неккар в городе Лауфен соединила 170-километровая линия электропередачи. А 25 августа на выставке зажглась тысяча электроламп, питаемых током от Лауфенской электростанции. Затем был пущен трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт, приводивший в действие декоративный дестиметровый водопад. Разработки Доливо-Добровольского вскоре были внедрены в производство. Простой, экономичный и надежный двигатель переменного тока, получил широкое распространение и послужил стимулом для развития техники переменных токов и электроэнергетики в целом. В России фирма AEG в конце 90-х гг. XIX в. развернула сеть агентств в Москве, Санкт-Петербурге, Ростове и других городах, занимавшихся реализацией изделий своих германских предприятий. Генеральное представительство этой фирмы располагалось в Москве, в Лубянском проезде, рядом с Политехническим музеем.

    Трехфазный асинхронный электродвигатель типа «DR8O» мощностью 6 л.с. (4 кВт) выпуска 90-х гг. XIX в. из собрания Политехнического музея является одним из первых серийных трехфазных двигателей фирмы AEG. Об этом свидетельствует наличие кольцевой обмотки на статоре. Впоследствии от таких обмоток отказались, перейдя на более совершенные — барабанные.

    Регулирование частоты вращения

    В промышленности и быту все большую популярность приобретают частотные преобразователи. С их помощью можно легким движением руки изменить скорость вращения ротора. Стоит заметить, что электродвигатели переменного тока используются совместно с частотными преобразователями в большинстве механизмов. Он позволяет осуществить тонкую настройку привода, при этом нет необходимости использовать магнитные пускатели. Все органы управления подключаются к контактам на частотном преобразователе. Настройки позволяют изменять время разгона ротора электродвигателя, его остановки, время минимальной и максимальной скорости, а также множество других защитных функций.

    Коллекторный электродвигатель переменного тока

    Главная » Блог » Коллекторный электродвигатель переменного тока

    Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

    В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

    Что такое коллекторный двигатель?

    Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

    Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

    В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

    Виды КД

    Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

    1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
    2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

    Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

    • независимыми;
    • параллельными;
    • последовательными;
    • смешанными.

    Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

    КД универсального типа

    На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

    Конструкция универсального коллекторного двигателя

    Обозначения:

    • А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
    • В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
    • С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
    • D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
    • Е – Вал якоря.

    У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

    Схема универсального коллекторного двигателя

    Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

    Особенности и область применения универсальных КД

    Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

    • снижение КПД;
    • повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

    Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

    Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

    КД с индуктором на постоянных магнитах

    Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

    Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

    Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

    Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

    КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

    К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

    • высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
    • динамичность управления;
    • низкая стоимость.

    Основные недостатки:

    • малая мощность;
    • потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

    Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

    Независимые и параллельные катушки возбуждения

    Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

    Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

    Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

    Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

    Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

    Положительные черты:

    • отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
    • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
    • простое и динамичное управление.

    Минусы:

    • стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
    • недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.
    Последовательная катушка возбуждения

    Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

    Схема КД с последовательным возбуждением

    Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

    Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

    Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

    Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

    • высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
    • низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
    • поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
    • работа без нагрузки приводит к поломке КД.
    Смешанные катушки возбуждения

    Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

    Схема КД со смешанными катушками возбуждения

    Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

    При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

    Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

    Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

    • не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
    • малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
    • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
    • простое и динамичное управление.

    Коллекторный электродвигатель переменного тока — устройство

    В бытовой технике, ручном электроинструменте, автомобильном электрооборудовании и системах автоматики очень часто применяется коллекторный электродвигатель переменного тока, схема подключения которого, как и устройство схожи с двигателями постоянного возбуждения постоянного тока.

    { ArticleToC: enabled=yes }

    Столь распространенное применение их объясняется компактностью, небольшим весом, невысокой стоимостью и простотой управления. В этом сегменте наиболее востребованы двигатели с высокой частотой и малой мощностью.

    Принцип работ и конструктивные особенности

    Устройство это достаточно специфичное, обладающее в силу схожести с машинами постоянного тока, похожими характеристиками и присущими им достоинствами.

    Отличие от двигателей постоянного тока состоит в материале корпуса статора, изготовленном из листов электротехнической стали, благодаря чему удается добиться снижения потерь на вихревые токи.

    Чтобы двигатель мог работать от обычной сети, т.е. 220 в, обмотки возбуждения соединяются последовательно.

    Эти двигатели, называемые универсальными благодаря тому, что работают они от переменного и постоянного тока, бывают одно- и трехфазными.

    Видео: Универсальный коллекторный двигатель

    Из чего состоит конструкция?

    Устройство электродвигателя переменного тока включает помимо ротора и статора:

    • тахогенератор;
    • щеточно-коллекторный механизм.

    Ток якоря взаимодействует с магнитным потоком обмотки возбуждения, вызывая в коллекторном механизме вращение ротора. Ток подается через щетки на коллектор, являющийся узлом ротора и соединенным с обмоткой статора последовательно. Он собран из пластин, имеющих в сечении форму трапеции.

    Продемонстрировать принцип работы такого двигателя можно с помощью хорошо известного со школьной программы опыта с вращающейся рамкой, которую поместили между разноименными полюсами магнитного поля. Она вращается под воздействием динамических сил, когда по ней протекает ток. При изменении направления тока, рамка не меняет направления вращения.

    Примести к выходу из строя механизма могут высокие обороты холостого хода, вызванные максимальным моментом при последовательном подсоединении обмоток возбуждения.

    Схема подключения (упрощенная)

    Типовая схема подключения предусматривает вывод на контактную планку до десяти контактов. Протекающий по одной из щеток ток L поступает на коллектор и якорь, затем переходит на обмотки статора через вторую щетку и перемычку, выходя на нейтраль N.

    Реверса мотора подобный способ подключения не предусматривает, поскольку подсоединение обмоток параллельное приводит к одновременной смене полюсов магнитных полей. В итоге, направление момента всегда одинаково.

    Изменить направление вращения возможно, если поменять на контактной планке местами выхода обмоток. Напрямую двигатель включают, когда вывода ротора и статора подсоединены щеточно-коллекторный механизм. Для включения второй скорости используются выводы половины обмотки. Нельзя забывать, что с момента такого подключения мотор работает на максимальную мощность, поэтому время его эксплуатации не может превышать 15 секунд.

    Видео: Подключение и регулировка оборотов двигателя от стиральной машины

    Управление двигателем

    На практике применяют различные способы регулирования работы двигателя. Это может быть электронная схема, где регулирующим элементом выступает симистор, который на мотор «пропускает» заданное напряжение. Работает он как мгновенно срабатывающий ключ, открываясь, когда на его затвор поступает управляющий импульс.

    В основе принципа действия, реализованного в схемах с симистором, лежит двухполупериодное фазовое регулирование, где к импульсам, которые поступают на электрод, привязано напряжение, подаваемое на двигатель. При этом, частота, с которой вращается якорь, прямо пропорциональна напряжению, подаваемому на обмотки.

    Упрощенно этот принцип можно описать такими пунктами:

    • на затвор симистора подается сигнал от электронной схемы;
    • затвор открывается, ток течет по обмоткам статора, вызывая вращение якоря мотора М;
    • мгновенные величины частоты вращения преобразуются тахогенератором в электрические сигналы, формируя с импульсами управления обратную связь;
    • как следствие, вращение ротора при любых нагрузках, остается равномерным;
    • с помощью реле R и R1 осуществляется реверс мотора.

    Другая схема – тиристорана фазоимпульсная.

    Преимущества машин и недостатки

    К достоинствам относят:

    • небольшие размеры;
    • универсальность, т.е. работу на напряжении постоянном и переменном;
    • большой пусковой момент;
    • независимость от сетевой частоты;
    • быстроту;
    • мягкую регулировку оборотом в широком диапазоне при варьировании напряжением питания.

    Недостатки связаны и использованием щеточно-коллекторного перехода, влекущего:

    • уменьшение срока службы механизма;
    • возникновение между щетками и коллектором искры;
    • высокий уровень шума;
    • большое число коллекторных элементов.

    Основные неисправности

    Искрение, возникающее между щетками и коллектором – самый главный вопрос, требующий внимания. Чтобы избежать неисправностей более серьезных, таких как их отслаивание и деформация или перегрев ламелей, сработавшуюся щетку необходимо заменить.

    Помимо этого, возможно замыкание между обмотками якоря и статора, вызывающее сильное искрение на переходе коллектор-щетка или значительное падение магнитного поля.

    Чтобы продлить срок службы двигателя, необходимо соблюдение двух условий – профессиональный изготовитель и грамотный пользователь, т.е. строгое соблюдение режима работы.

    Видео: Коллекторный электрический двигатель

    Коллекторный электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

    Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

    Что такое коллекторный двигатель и его особенности

    Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

    • постоянного тока;
    • переменного тока;
    • универсальные.

    Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

    Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

    Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

    Общее устройство коллекторных двигателей

    Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

    Коллекторный двигатель: устройство

    Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

    Ротор коллекторного двигателя

    Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

    Подвижная (вращающаяся) часть

    Роторная обмотка

    Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

    Так выглядит ротор коллекторного двигателя

    В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

    Как устроен коллекторный узел и как он работает

    Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

    Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

    Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

    К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

    Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

    Принцип работы

    Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

    Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

    Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

    Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

    Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

    Достоинства и недостатки

    Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

    • Простое устройство.
    • Высокая скорость до 10 000 об/мин.
    • Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
    • Невысокая стоимость.
    • Возможность регулировать скорость в широких пределах.
    • Невысокие пусковые токи и нагрузки.

    Схема коллекторного двигателя

    Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

    • Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
    • Искрение щёток, их износ.
    • Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
    • Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
    • Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

    В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

    Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

    В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

    • постоянные магниты;
    • обмотки возбуждения.

    Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

    Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

    Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

    С обмотками возбуждения

    Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

    Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

    Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

    • Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
    • Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
    • Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
    • Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

    Способы подключения обмоток возбуждения

    Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

    Универсальные коллекторные двигатели

    Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

    Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

    По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

    • Схема возбуждения всегда последовательная.
    • Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
    • Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

    Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

    Достоинства и недостатки

    Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

    • Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
    • Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
    • Создают радиопомехи.
    • Повышенный уровень шума при работе.

    Во многих моделях строительной техники

    Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

    Коллекторный двигатель: Устройство, виды и принцип работы

    Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

    Виды коллекторных двигателей

    В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

    • Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
    • Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

    СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

    В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

    1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
    2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
    3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

    Устройство коллекторного двигателя

    Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

    • Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
    • Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;

    • Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
    • Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

    ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

    • Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
    • Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
    • Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

    Принцип работы коллекторного двигателя

    Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

    Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

    Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

    Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

    При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

    ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

    Варианты обмоток возбуждения

    Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

    • Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
    • Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
    • Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.
    Читайте также:  Газотурбинный двигатель: Устройство и принцип работы

    ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

    • Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

    Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

    Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

    Плюсы

    1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
    2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
    3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
    4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

    Недостатки

    1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
    2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

    Возможные поломки и способы их ремонта

    В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

    Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

    При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

    Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

    Читайте также:  Приора -126 двигатель: Характеристики и тюнинг

    Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

    Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

    Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

    Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

    Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.

    Коллекторный электродвигатель постоянного тока

    Дмитрий Левкин

    Статор (постоянный магнит)

    Рисунок 1 — Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе

    Ротор — вращающаяся часть электрической машины.

    Статор — неподвижная часть двигателя.

    Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

    Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

    Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

    Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

    Принцип работы коллекторного двигателя

    По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

    Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

    Схема коллекторного двигателя с постоянными магнитами

    Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора. КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

    Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения
    Двигатели независимого и параллельного возбуждения

    В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

    В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

    Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

    Двигатель последовательного возбуждения

    В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа

    ,

    • где M – момент электродвигателя, Н∙м,
    • сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
    • Ф – основной магнитный поток, Вб,
    • Ia – ток якоря, А.

    С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

    Важно: Недопустимо включать двигатели последовательного возбуждения в сеть в режиме холостого хода (без нагрузки на валу) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках частота вращения якоря резко возрастает, достигая значений, при которых возможно механическое разрушение двигателя, поэтому в приводах с двигателями последовательного возбуждения недопустимо применять ременную передачу, при обрыве которой двигатель переходит в режим холостого хода. Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения мощностью до 100—200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, так как их мощность механических и магнитных потерь при больших частотах вращения соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

    Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

    Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

    Двигатель смешанного возбуждения

    Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

    Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

    Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

    Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

    Механические характеристики коллекторных двигателей постоянного тока

    Основные параметры электродвигателя постоянного тока

    Постоянная момента

    Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

    ,

    • где Z — суммарное число проводников,
    • Ф – магнитный поток, Вб [1]
    Смотрите также

    Устройство коллекторного электродвигателя

    Чаще статор коллекторного двигателя снабжен двумя полюсами. Безотносительно, пылесос, кухонный комбайн, стиральная машина. Коллекторные двигатели поддаются регулировке, обладают приемлемыми стартовыми характеристиками, контрастируя большинству асинхронных. Для простых граждан недостаток один: шумность. Поэтому в холодильниках, вентиляторах ставится асинхронный двигатель. На вытяжках любые встретим. Рассмотрим устройство коллекторного двигателя.

    Внешний вид коллекторного двигателя

    Крышка отсека щетки

    Новичков волнует вопрос – способ идентификации коллекторного двигателя. Проще простого. Посмотрите фото болгарки, сделано специально для портала ВашТехник: боковины корпуса демонстрируют крышечки из изоляционного материала под шлицевую отвертку. Потрудившись открутить, внутри видим контактные площадки, пружина графитовой щетки. Ключевой признак коллекторного двигателя. Электрический инструмент снабжается приспособлениями быстрой замены графита, который считается расходным материалом.

    Контактная площадка и пружина графитовой щётки

    Щетки коллекторного двигателя

    В коробке прилагается запасной комплект. Фото крупным планом показывает запасные щетки. Каждая включает:

    1. Графитовый электрод. Форма широко варьируется в зависимости от типа двигателя. Графит точат надфилями, напильниками, получая заданные размеры. Не критично. Главное, избежать больших зазоров, форма держателя специально создана снизить люфт. Графитовый электрод стачивается, увеличивается искрение вплоть до появления кругового огня. Коллекторный двигатель сильно разогревается, дымится. Процесс может лицезреть настойчивый зритель Ютуба (см. англоязычный домен).
    2. Контактная латунная площадка служит для подсоединения питания. В бытовых инструментах чаще 230 вольт с одной оговоркой: часть периода синусоиды отсечена. Позволяет регулировать скорость (болгарки забудьте). Больше угол отсечки, ниже скорость движения вала. Регуляторная схема сформирована тиристором, подстраивается переменным резистором.
    3. Пружина протянута меж контактной площадкой и графитовым электродом. Служит целям прижатия. В результате графитовый электрод скользит, обегая коллектор, одновременно смазывая поверхность. Сопротивление щеток, показанных рисунком близко 7 Ом, сопоставимо с обмотками. На переменном токе расклад меняется. Наделенное индуктивностью сопротивление обмоток резко растет, щетки остаются прежними. Графит играет роль ограничительных резисторов, благодаря углероду, ток ротора бессилен подняться выше 15 А.
    4. Ключевой частью щеток назовем тросик высокой гибкости, составленный медными нитями. Хорошо гнется, по мере стачивания графитовой щетки процессом эксплуатации легко растягивается, достигая нужных размеров.

    Запасные щетки

    У коллекторного двигателя всегда имеются щетки. У некоторых асинхронных моторов присутствуют токосъемники, не делящиеся на секции (реже стоит коллекторный стартер, касается синхронных двигателей). Щеточный аппарат отличается конструкцией от демонстрируемого коллекторным двигателем. Асинхронный мотор выдает сравнительно тихая работа.

    Щетки легко раскалываются вибрациями. Одна из причин, почему коллекторные двигатели в промышленности стараются не применять (сложно найти трехфазные модели). Вторая – токосъёмники легко забиваются пылью, требуя регулярной чистки. Впрочем, проблема наблюдается у асинхронных машин с фазным ротором. В последнем случае графитом обычно не пахнет. Итак, рассматриваем сегодня коллекторный однофазный электродвигатель.

    Варисторы коллекторного двигателя

    Коллекторные двигатели наделены одним неприятным свойством: искрят. Вызывает сильные помехи, идущие обратно в сети снабжения, главное не это. Искрение приводит к невыгодным условиям эксплуатации двигателя. Нужно гасить дугу варисторами. Корпус элементов чаще округлый, с двумя ножками. Одна (см. фото) присоединяется к контактной площадке щетки (непосредственно, посредством латунных переходников), вторая припаивается к корпусу.

    Варистор системы защиты двигателя

    Варисторов два, защищают коллекторный двигатель с обеих сторон. Механика работы следующая:

    • Повышенная нагрузка вала вызывает сильное искрение, потенциал щетки может значительно превышать среднее действующее значение 230 вольт.
    • Варисторы парно пробиваются, замыкают излишек на корпус, ток поглощается толщей металла, рассеиваясь тепловыми потерями.

    Схему считаем бесполезной с точки зрения КПД. Мощность теряется даром. Известен фактор, использующий искрение на пользу.

    Схема автоподстройки оборотов коллекторного двигателя

    Тиристорная схема подстройки оборотов коллекторного двигателя

    Уровень искрения определен скоростью вращения. Допустим, нагрузка вала мясорубки увеличилась. Обороты временно понижаются. Уровень искрения меняется, вызывая отклик специальной тиристорной схемы управления оборотами. Ключ изменяет угол отсечки напряжения, компенсируя действие нагрузки. Тиристорная схема, показанная фото, контролировала кухонный комбайн Philips. Видим массу защитных реле, не позволяющих включить прибор при открытых крышках, в разобранном виде.

    Главной частью схемы выступает тиристор. На снимке отыщем по небольшому металлическому пластинчатому радиатору. Схема по цепочке обратной связи получает информацию о силе искрения, при помощи нее же происходит задание оборотов. Для реализации указанных функций плата содержит парочку переменных резисторов:

    1. Полукруглое сопротивление с крестообразной головкой послужит целям подстройки рабочего режима тиристора. Значение задается углом поворота лабораторией завода, в процессе эксплуатации изменению оператором не подлежит.
    2. Второй резистор переменный. Шлицевая головка связана с ручкой, красующейся на панели управления корпуса. Задается скорость вращения вала. Делается чаще ступенчато.

    Сообразно назначению двигателя, питается сложным образом. Коричневый, белый проводки уходят на щетки ротора, прочими тремя задается режим скорости путем подпитки определенного числа витков катушек статора.

    Коллектор двигателя, обмотки, сердечник

    Внешний вид коллектора

    Название тип двигателей получил, благодаря наличию коллектора. Посмотрите фото: видим на валу массивный медный барабан, разделенный секциями: коллектор. Сформирован 24-х ламелями. К каждой подходит конец предыдущей и начало следующей обмотки. Идут, перекрещиваясь. Каждая обмотка ложится сразу на две соседние в круге ламели. Как понятно из сказанного, суммарное количество катушек равняется числу секций коллектора (24). Расположены в два слоя, первый лежит на поверхности в нишах сердечника, второй прячется внутри.

    На одной половине оборота направление поля обмотки, допустим, положительное, на второй – отрицательное. Смена происходит в момент пересечения щеткой двух ламелей, к которым подходят концы катушки. Правильное распределение углов относительного положения щеток, полюсов статора, сдвига намотки якоря обеспечивает рациональную передачу мощности. Наибольшим моментом в данную долю секунды обладает катушка, перпендикуляр плоскости которой максимально приближен полюсу статора.

    Сердечник и обмотки

    Сердечник сформирован 12-ю секциями. Каждая катушка наматывается через четыре провала. Например, занимает первую, шестую ниши. И так далее, по кругу, образуется четыре катушки. Следовательно, при намотке следует соблюдать аналогичный порядок. Важно правильно задать угол меж (двумя) контактными ламелями, куда подходят окончания провода, и плоскостью перпендикуляра катушки. Примерно 45 градусов, щетки расположены к полюсам статора примерно под этим же углом.

    Катушки совершенно одинаковой длины, выполняются проводом единого сечения, протяженности. Коллектор считается симметричной конструкцией. Добавим к этому, мотор может питаться переменным и постоянным током. Устройство коллекторного электродвигателя таково, что в катушках направление поля меняется два раза за оборот. Означает, при питании постоянным током внутри процессы таковыми не являются.

    Сердечник сформирован тонкими пластинами электротехнической стали, спрессованными, разделенными изоляционным лаком. Коллекторные электродвигатели переменного тока генерируют магнитное поле на статоре, разогревающее сталь. Причинами выступают вихревые токи, эффект перемагничивания. Температура быстро идет вверх. На основе явления действуют индукционные плиты. Разделение сердечника пластинами позволит снизить значимость перемагничивания вихревыми токами. Коллекторные электродвигатели постоянного тока намного проще, КПД выше.

    Имеется второе отличие. При питании постоянным током для создания требуемой напряженности магнитного поля статора хватает меньшего количества витков. Поэтому во многих случаях (как и в нашем) обмотка делится двумя частями. Питание идет переменным током (требуется получить максимум оборотов) — в работу включаются все витки. В противном случае – определенная доля. Становится возможным подключение коллекторных электродвигателей к источнику питания. Важно, потому что многие асинхронные машины подобного обращения не терпят.

    Статор коллекторного двигателя

    Статор коллекторного двигателя

    Порядком затронули тему, рассказали, что обмотка статора делится на две части, сердечник собирается пластинами электротехнической стали, избегая вносить потери перемагничивания, вихревых токов. Осталось добавить: полюсов обычно два – северный, южный. Почему? В противном случае понадобилась бы иная конструкция ротора, коллектора.

    Полюсы статора сдвинуты на некоторый угол относительно щеток пространственно. Сложно сказать, зачем в точности делается. Для описанной конструкции коллекторного двигателя изменять нельзя, углом сдвига щеток относительно полюсов статора и способом намотки задается правильное распределение полей. Часто неудовлетворительное, тогда выполняют компенсацию.

    Принцип действия коллекторного электродвигателя достигает наилучшей фазы путем использования дополнительных обмоток статора. В их задачи входит исправление формы поля. Дополнительные обмотки меньше основных, число аналогичное, расположены меж главными полюсами. Компенсация реактивной ЭДС не требует большой напряженности поля. Витков дополнительных полюсов меньше, сердечник часто сплошной (снижает стоимость изготовления конструкции). Сечение провода часто демонстрирует вид полосы.

    Преобладающая часть бытовой техники использует принцип работы коллекторного электродвигателя. В состав реальных приборов часто входят устройства контроля и защиты. В нашем случае термореле серии 3MP корейской фирмы Klixon. В исходном варианте приматывалось к обмотке посредством изоляционной ленты. Часто встретим аналогичного рода термопредохранители, датчики частоты оборотов. Без этого не работает стиральная машина (режим взвешивания белья).

    Термореле

    Обзор заканчиваем, надеемся, повествование вышло интересным, про вращающееся магнитное поле речь велась не раз, не видим смысла повторяться.

    Универсальный коллекторный двигатель: характеристика, конструкция электродвигателя переменного тока, ремонт

    Практически все виды электрооборудования оснащены мощными элементами с механической коммутацией. Их слаженная работа зависит от универсального коллекторного двигателя, который прекрасно справляется с различными нагрузками. Но чтобы такой агрегат исправно служил, нужно тщательно изучить не только его конструктивные особенности, но и принцип действия.

    Специалисты привыкли называть коллекторным двигателем те электрические машины, где переключатель тока и датчик ротора — это один и тот же элемент. Именно он обеспечивает надёжное соединение разных цепей в неподвижном отсеке агрегата с ротором.

    Его конструкция состоит из мощных щёточек (это специфические контакты скользящего типа, которые расположены возле вращающейся части мотора) и коллектора (эта деталь установлена производителем на движимом узле механизма).

    К основным преимуществам такого элемента можно смело отнести то, что высококачественный двигатель прост в уходе и эксплуатации, поддаётся ремонту и имеет большой рабочий ресурс. Среди недостатков сами производители выделяют то, что агрегат имеет небольшой вес и большой процент КПД. Конечно, чаще всего два этих показателя являются положительными, но не в этой ситуации.

    Сочетание быстроходности (может достигать нескольких тысяч оборотов в минуту) и низкой массы чревато тем, что для нормальной эксплуатации потребителю нужно дополнительно приобретать хороший редуктор. Если же машина будет перестроена на меньшую скорость, то уровень КПД может серьёзно упасть, из-за чего возникают проблемы с качественным охлаждением.

    Разновидности модельного ряда

    Коллекторный мотор — это вращающаяся электрическая машина переменного тока, которая легко преобразует постоянный ток в механическую энергию. Минимум одна обмотка, которая участвует в этом процессе соединена с главным коллектором.

    Практически каждая модель состоит из таких элементов:

    1. Качественный статор двухполюсного типа на постоянных магнитах.
    2. Профессиональный трёхполюсной ротор на специфических подшипниках с эффектом скольжения.
    3. Медные пластины, которые используются в качестве щёток для коллекторного мотора.

    Стоит отметить, что этот набор является минимальным, из-за чего часто встречается в бюджетных моделях. Это касается и детских игрушек, где не нужна большая рабочая мощность.

    В комплектацию более качественных изделий обычно добавляют ещё несколько элементов:

    • Многополюсной ротор на специальных подшипниках качения.
    • Четыре щётки из графита, которые представлены в виде коллекторного агрегата.
    • Статор с четырьмя полюсами, который состоит из постоянных магнитов.

    Такие агрегаты принято использовать в современных автомобилях для обустройства высококачественного привода для вентилятора системы охлаждения и вентиляции, дворников и насосов омывателей лобового стекла. Конечно, в продаже можно встретить и более сложные агрегаты, которые отличаются не только эксплуатационными характеристиками и сферой применения, но и ценой.

    Если мощность электродвигателя находится в пределах нескольких сотен ватт, то в его комплектацию обязательно входит четырехполюсной статор, который изготовлен из специальных магнитов. А вот качественное подключение обмотки может быть выполнено по одному из следующих способов:

    • Параллельно. В условиях колеблющейся нагрузки все обороты остаются стабильными, но вот максимальный момент немного снижен.
    • Последовательно с ротором. Этот вариант отличается тем, что максимальный момент приобретает довольно внушительные показатели, но присутствует большой риск поломки мотора, так как агрегат эксплуатируется пользователем на больших оборотах.
    • Независимое возбуждение от отдельного источника питания. Для этой ситуации используются те же самые характеристики, которые свойственны параллельному типу подключения. Стоит отметить, что этот вариант применяется специалистами крайне редко.
    • Смешанный тип возбуждения, когда определённая часть имеющейся обмотки подключается последовательно, а вторая часть — параллельно. В этой конфигурации удачно совмещены все преимущества предыдущих вариантов. Такой тип подключения идеально подходит для автомобильных стартеров.

    Но известные производители предусмотрели наличие универсальных коллекторных двигателей. Ключевая их особенность состоит в том, что они отлично работают как на постоянном, так и на переменном токе. Их активно эксплуатируют в бытовой технике, электроинструментах, а также в составах железнодорожного транспорта.

    Такая популярность обусловлена тем, что они имеют достаточно небольшой вес и размер. Помимо этого, их цена более чем доступна и каждый пользователь может самостоятельно установить необходимое для работы количество оборотов. За счёт этого коллектор электродвигателя относится к категории устройств переменного тока, он показывает отличные результаты и с нестабильными источниками энергии.

    Составляющие элементы конструкции

    Чтобы максимально правильно разобраться с особенностями устройства коллекторного электродвигателя, нужно изучить все комплектующие детали этого агрегата. Ведь само устройство представлено в виде прибора постоянного тока, где присутствуют последовательно включённые обмотки возбуждения. Они предназначены для работы на переменном токе бытовой электросети.

    В независимости от полярности двигатель всегда вращается только в одну сторону. Такая особенность связана с тем, что последовательное соединение обмоток ротора и статора приводит к одновременной смене магнитных полюсов. В результате этого результирующий момент направляется исключительно в одну и ту же сторону.

    Высокая эффективность использования коллекторного электродвигателя обусловлена наличием следующих элементов:

    • Статор — это неподвижная часть установки.
    • Якорь — неотъемлемая деталь коллекторного агрегата, в котором происходит индуктирование электродвижущей силы и протекает ток нагрузки. Стоит отметить, что в качестве якоря может выступать как статор, так и ротор.
    • Индуктор — специализированная система возбуждения. Эта деталь создаёт магнитный поток для своевременного образования крутящегося момента. Индуктор обязательно оснащается обмоткой возбуждения или же постоянными магнитами. Сама деталь может выступать в качестве неотъемлемой части статора или ротора.
    • Ротор — вращающийся элемент машины.
    • Коллектор — базовая часть мотора, которая контактирует со щётками (две эти детали распределяют электрический ток по катушкам обмотки якоря).
    • Щётки — это составляющая часть цепи, по которой передаётся электроэнергия от источника питания к якорю. Эти элементы выпускаются из прочного графита. Двигатель постоянного тока может содержать от одной пары щёток и более.

    Функциональные возможности мотора

    Схема устройства коллекторного двигателя прекрасно демонстрирует, как этот агрегат преобразует электричество в механическую энергию и в обратном порядке. Это говорит о том, что такое устройство может использоваться даже в качестве генератора. Когда ток проходит сквозь проводник, который расположен в магнитном поле, то на него воздействуют определённые силы. При этом активно работает правило правой руки, оказывающее непосредственное влияние на итоговую мощность двигателя. Коллекторный агрегат функционирует именно по такому принципу.

    В стандартной схеме чётко показано, что в магнитное поле помещена одна пара проводников, ток которых направлен в разные стороны так же, как и силы. Образуемая ими сумма даёт необходимый для оборудования крутящийся момент. В коллекторном двигателе производители добавили ещё и целый комплекс дополнительных узлов, которые гарантируют идентичное направление тока над полюсами.

    За счёт того, что на якоре расположено ещё несколько катушек, полностью устранилась неравномерность хода. Помимо этого, у мастеров больше нет необходимости задействовать постоянный ток, так как обычные магниты были заменены на более мощные катушки. На финальном этапе производства крутящийся момент принял единое направление.

    Плюсы и минусы эксплуатации

    Для сравнения квалифицированные специалисты использовали следующие параметры: оба агрегата подключили к домашней электросети с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Мощность мотора устройств полностью идентична. Итоговая разность в механических параметрах может выступать как огромный плюс, так и как минус (всё зависит только от того, какие требования предъявляет пользователь к приводу).

    Коллекторный двигатель обладает следующими преимуществами над агрегатом постоянного тока:

    1. Меньший показатель пускового тока, что особенно важно для той техники, которая используется потребителями в быту.
    2. Агрегат можно включать напрямую в сеть, полностью отсутствует необходимость в установке вспомогательных приспособлений. А вот агрегат с постоянным током нуждается в непрерывном выпрямлении.
    3. Быстроходность и полное отсутствие зависимости от сетевой частоты.
    4. Если есть управляющая схема, то устройство коллектора получается более простым — тиристор и реостат. Когда электронная деталь выходит из строя, то сам агрегат остаётся в рабочем состоянии (но будет эксплуатироваться на полную мощность).

    Не стоит забывать о недостатках, которые должны быть тщательно изучены каждым потребителем ещё до покупки агрегата. Только в этом случае можно быть уверенным в соответствии устройства всем предъявленным требованиям.

    Коллекторный электродвигатель обладает следующими минусами:

    1. Общий процент КПД существенно снижен, так как присутствует индуктивность и потери на перемагничивание статора.
    2. Существенно уменьшен максимальный крутящийся момент.
    3. Относительно небольшая надёжность и непродолжительный эксплуатационный срок.

    Любые изменения в настройках возможны только в том случае, если в агрегате предусмотрено наличие регулятора оборотов. Разное количество подаваемой электроэнергии может менять этот показатель всего на 10%. В то время как качественный регулятор оборотов позволяет уменьшить их количество в несколько раз. Сделать такое приспособление можно самостоятельно или купить в специализированном магазине. Но нужно проверить, сможет ли оно работать в коллекторе с определённой мощностью и количеством оборотов. Если же регулятор будет слабым, то он просто сломается.

    Ремонт двигателя в домашних условиях

    Как и любое другое устройство, коллектор может выйти из строя в самый неподходящий момент. Если электродвигатель не набирает заданное количество оборотов или же после старта не начинает крутиться вал, тогда нужно проверить работоспособность предохранителей. Проблема также может быть вызвана обрывом в цепи якоря и перегрузкой устройства. Довольно часто нерациональное использование агрегата приводит к потреблению силы тока повышенного значения. Устранить эту неисправность можно только после осмотра тормоза и механической части.

    Если во время работы агрегат не выдаёт номинальное количество оборотов, то это может быть вызвано недостаточным сетевым напряжением, перегрузкой, а также большим возбуждающим током. Если пользователь заметил неработоспособность обратного типа, тогда необходимо проверить электрическую цепь, а также устранить все образовавшиеся дефекты. В некоторых случаях агрегат начинает функционировать только после перемотки двигателя.

    Когда устройство не работает из-за ошибочного сопряжения параллелей и последовательной обмотки возбуждения, тогда пользователю необходимо восстановить правильный порядок соединений.

    Не стоит забывать о регулярной проверке величины напряжения в электросети, так как обороты двигателя могут существенно возрастать.

    Основы двигателя переменного тока

    1. Обзор двигателей переменного тока

    Электродвигатели переменного тока

    — это электродвигатели, которые вращаются за счет энергии от коммерческого источника переменного тока. Они просты в обращении и имеют функции, которые можно настроить по низкой цене. Они широко используются для питания различных устройств.

    1.1 Простота использования, низкая стоимость

    Легко управляйте двигателями переменного тока, подключив двигатель к источнику питания переменного тока. Возможен старт с низкими затратами. Для однофазного двигателя подключите конденсатор между источником питания и двигателем.

    1.2 Структура двигателя переменного тока

    На следующем рисунке показана конструкция стандартного двигателя переменного тока.


    1. Фланцевый кронштейн Литой под давлением алюминиевый кронштейн с механической обработкой, запрессованный в корпус двигателя

    2. Статор состоит из сердечника статора, изготовленного из пластин электромагнитной стали, медной катушки с полиэфирным покрытием и изоляционной пленки

    .

    3. Корпус двигателя из литого под давлением алюминия с механической обработкой внутри

    4. Ротор Пластины из электромагнитной стали с литым под давлением алюминием

    5. Выходной вал доступен с круглым валом и валом-шестерней. Металл, используемый в валу, — S45C. Тип круглого вала имеет плоский вал (выходная мощность 25 Вт 1/30 л.с. или более), а тип вала-шестерни подвергается прецизионной чистовой обработке.

    6. Шарикоподшипник

    7. Токоподводы с термостойким полиэтиленовым покрытием

    8. Краска запекаемая отделка из акриловой смолы или меламиновой смолы

    1.3 Принцип работы двигателей переменного тока 1 (Диск Араго)

    Двигатели переменного тока

    генерируют «магнитный поток» и «индуктивный ток» внутри двигателя за счет действия статора и ротора и получают вращательную силу.
    Принцип работы двигателей переменного тока можно объяснить с помощью диска Араго.

    Диск Араго — явление, когда магнит перемещается по поверхности металлического диска, диск вращается вслед за магнитом. Сначала подготовьте круглую медную пластину, которая может свободно вращаться, и магнит.Поместите их так, чтобы медная пластина находилась между магнитными полюсами, но магнит не касался медной пластины.
    Затем переместите U-образный магнит вдоль края медной пластины. Медная пластина начнет вращаться и преследовать магнит.

    Принцип работы диска Араго

    Принцип работы диска Араго можно объяснить с помощью «Правила правой руки Флеминга» и «Правила левой руки Флеминга».

     

    Правило правой руки Флеминга указывает направление индукционного тока (для генераторов), когда проводник проходит через линии магнитного потока.

    Правило левой руки Флеминга указывает направление электродвижущей силы (для двигателей), когда проводник проходит через линии магнитного потока.

     

     

     

     

    Мы применяем эти два закона к взаимосвязи между медной пластиной и магнитом в порядке правила правой руки, затем правила левой руки.


    Скорость вращения медного диска будет немного меньше скорости вращения магнита.Это позволяет генерировать силу вращения проводником, проходящим через магнитное поле.

    1.4 Принцип работы двигателей переменного тока 2 (вращающееся магнитное поле)

    Замена дисков Arago на статоры и роторы

    Принцип работы двигателя переменного тока можно объяснить, заменив диск Араго внутренней структурой двигателя переменного тока. Электромагниты с полюсом N и полюсом S представляют собой упрощенную модель статора. Замкнутая катушка в центре представляет собой упрощенную модель проводящего ротора.

    Поместите замкнутую катушку в магнитное поле и поверните внешний магнит по часовой стрелке. Затем в катушке протекает индукционный ток. Когда течет ток, он взаимодействует с магнитным полем и создает электродвижущую силу в катушке. Катушка начинает вращаться в том же направлении, что и магнит.
    В реальном двигателе ротор подобен ряду перекрывающихся катушек, соединенных вместе, чтобы вращательная сила могла создаваться эффективно.

    Ротор с короткозамкнутым ротором представляет собой ротор с несколькими перекошенными алюминиевыми и железными стержнями.В короткозамкнутом роторе ток течет по алюминиевой части.

    Вращающееся магнитное поле (однофазный источник питания, трехфазный источник питания)

    Поскольку статор создает вращающееся магнитное поле вокруг ротора, ротор вращается.
    В следующем разделе объясняется, как двигатель переменного тока создает вращающееся магнитное поле.

    Однофазный источник питания — фазовый сдвиг с использованием конденсатора

    Внутри однофазного двигателя имеются две обмотки: основная обмотка и вспомогательная обмотка.


    Подсоедините основную обмотку к источнику питания, а вспомогательную обмотку к источнику питания через конденсатор.
    Ток от источника питания поступает непосредственно на основную обмотку. С другой стороны, ток через конденсатор протекает через вспомогательную обмотку.
    При работе с однофазным источником питания мы используем фазокомпенсирующий конденсатор, чтобы генерировать форму волны, близкую к двухфазному источнику питания, и генерировать вращающееся магнитное поле.

    При подключении однофазного источника питания повторите действия с ① по ④.

    ①На основную обмотку подается напряжение, на вспомогательную обмотку напряжение не подается. Полюс N и полюс S генерируются в магнитном полюсе основной обмотки.

    ②На вспомогательную обмотку подается напряжение, а на основную обмотку напряжение не подается. Полюс N и полюс S генерируются в магнитном полюсе вспомогательной обмотки.

    ③На основную обмотку подается напряжение, на вспомогательную обмотку напряжение не подается. Магнитный полюс, противоположный тому, что в ①, создается в магнитном полюсе основной обмотки.

    ④На вспомогательную обмотку подается напряжение, а на основную обмотку напряжение не подается. Магнитный полюс, противоположный тому, что в ②, создается в магнитных полюсах вспомогательной обмотки.

    Таким образом, магнитное поле, создаваемое в статоре, изменяется, вызывая вращение по часовой стрелке.

    Для трехфазного источника питания — фазовый сдвиг источника питания

    В однофазных двигателях две обмотки, основная обмотка и вспомогательная обмотка, а трехфазные двигатели состоят из трех обмоток.
    Предполагая наличие фаз U, V, W на стороне источника питания, существует три пути, по которым может протекать ток: UV, VW, WU. Подключите эти обмотки непосредственно к источнику питания.


    В линии U, V, W трехфазного питания каждая фаза смещена на 120°. Поскольку этот фазовый сдвиг создает вращающееся магнитное поле в статоре, нет необходимости подключать конденсатор, например, в однофазном двигателе.

    1.5 Типы двигателей переменного тока

    Асинхронный двигатель

    Асинхронные двигатели

    идеально подходят для приложений, которые работают непрерывно в одном направлении.

    Реверсивный двигатель

    Реверсивные двигатели идеально подходят для приложений, где часто повторяются двунаправленные операции.
    Включив простой тормоз и увеличив пусковой момент, можно мгновенно изменить направление вращения двигателя.

    Конструкция простого тормоза

    Реверсивные двигатели имеют простой тормозной механизм (фрикционный тормоз) в задней части двигателя.

    Тормозной механизм постоянно давит на тормозную колодку, которая трется о тормозной диск. После остановки двигателя перебег может быть значительно уменьшен по сравнению с асинхронным двигателем.

    Двигатель с электромагнитным тормозом

    Электродвигатели с электромагнитным тормозом

    идеально подходят для приложений, требующих удержания груза, таких как вертикальный привод.
    Благодаря использованию электромагнитного тормоза без возбуждения можно удерживать нагрузку при отключении питания.

    Электромагнитные тормоза доступны с асинхронными и реверсивными двигателями.

     

    Теория двигателей переменного тока | Наука

    Обновлено 08 декабря 2018 г.

    Автор J. Dianne Dotson

    Никола Тесла изобрел двигатели переменного тока в конце 19 века. Двигатели переменного тока отличаются от двигателей постоянного или постоянного тока тем, что в них используется переменный ток, который меняет направление. Двигатели переменного тока преобразуют электрическую энергию в механическую.Двигатели переменного тока по-прежнему широко используются в современной жизни, и вы можете найти их в бытовой технике и гаджетах в своем собственном доме.

    TL;DR (слишком длинно, не читал)

    Двигатели переменного тока или двигатели переменного тока были изобретены Николой Теслой в 19 веке. Теория двигателей переменного тока предполагает использование электромагнитов с током для создания силы и, следовательно, движения.

    Каков принцип работы двигателя?

    Простейший принцип работы двигателя заключается в использовании электромагнитов с током для создания силы для перемещения чего-либо, другими словами, для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения.Двигатели установлены с электромагнитами во вложенных кольцах с полярностью магнитов, чередующейся с севера на юг в кольцах. Магниты ротора движутся, а магниты статора — нет. Северо-южная полярность этих электромагнитов должна постоянно меняться.

    Как работает двигатель переменного тока?

    До изобретения Теслы двигатели постоянного тока были преобладающим типом двигателей. Двигатель переменного тока работает, подавая переменный ток на обмотки статора, которые создают вращающееся магнитное поле.Поскольку магнитное поле вращается таким образом, двигателю переменного тока не требуется мощность или механическая помощь для приложения к ротору. Ротор будет вращаться за счет магнитного поля и создавать крутящий момент на приводном валу двигателя. Скорость вращения зависит от количества магнитных полюсов в статоре. Эта скорость называется синхронной скоростью. Однако асинхронные двигатели переменного тока работают с запаздыванием или скольжением, чтобы обеспечить протекание тока ротора.

    Различные двигатели переменного тока будут иметь разное количество полюсов и, следовательно, разные скорости по сравнению друг с другом.Однако скорость двигателя переменного тока сама по себе не переменная, а скорее постоянная. Это в отличие от многих двигателей постоянного тока. Двигатели переменного тока не требуют щеток (силовых контактов) или коммутаторов, которые нужны двигателям постоянного тока.

    Изобретения Теслы сильно изменили ландшафт двигателей, сделав их более эффективными и надежными. Эти двигатели переменного тока произвели революцию в промышленности и проложили путь к использованию во многих устройствах, используемых в 21 веке, таких как кофемолки, душевые вентиляторы, кондиционеры и холодильники.

    Сколько существует типов двигателей?

    Существует несколько типов двигателей переменного тока, работающих по одному основному принципу. Многие из этих двигателей представляют собой разновидность асинхронных двигателей переменного тока, хотя более поздний двигатель переменного тока с постоянными магнитами, или PMAC, работает немного по-другому.

    Наиболее распространенным двигателем переменного тока является универсальный трехфазный асинхронный двигатель. Этот многофазный двигатель работает с запаздыванием, а не с синхронной скоростью. Эта разница в скорости называется скольжением двигателя.Наведенные токи, протекающие в роторе, вызывают это скольжение, которое при его запуске потребляет большой ток. Из-за скольжения эти двигатели считаются асинхронными. Трехфазные асинхронные двигатели отличаются высокой мощностью и КПД, а также высоким пусковым моментом. Таким двигателям часто требуется механическое пусковое усилие для приведения ротора в движение. Трехфазные асинхронные двигатели представляют собой мощные двигатели, обычно используемые в промышленных устройствах.

    Электродвигатели с короткозамкнутым ротором представляют собой двигатель переменного тока, в котором алюминиевые или медные токопроводящие стержни на роторе расположены параллельно валу.Размер и форма токопроводящих стержней влияют на крутящий момент и скорость. Название происходит от сходства устройства с клеткой.

    Асинхронный двигатель с фазным ротором представляет собой тип двигателя переменного тока, который состоит из ротора с обмотками, а не стержней. Асинхронные двигатели с фазным ротором требуют высокого пускового момента. Сопротивление вне ротора влияет на крутящий момент скорости.

    Однофазный асинхронный двигатель представляет собой тип двигателя переменного тока, в котором пусковая обмотка добавлена ​​под прямым углом к ​​основной обмотке статора.Универсальные двигатели представляют собой однофазные двигатели и могут работать как от сети переменного, так и постоянного тока. Домашний пылесос, скорее всего, оснащен универсальным мотором.

    Конденсаторные двигатели представляют собой тип двигателя переменного тока, который влечет за собой добавление емкости для создания фазового сдвига между обмотками. Они удобны для машин, требующих высокого пускового момента, таких как компрессоры.

    Двигатели с конденсаторным двигателем представляют собой тип однофазного двигателя переменного тока, который сочетает в себе хороший пусковой момент и работу. В этих двигателях используются конденсаторы, соединенные с вспомогательной пусковой обмоткой.Вы найдете двигатели с конденсаторным двигателем в некоторых вентиляторах печей. В двигателях с конденсаторным пуском используется конденсатор с пусковой обмоткой, которая может создать наибольший пусковой момент. Оба этих типа двигателей требуют двух конденсаторов в дополнение к переключателю, поэтому их детали повышают цену таких двигателей. Если переключатель убрать, получающийся в результате двигатель с постоянными конденсаторами с раздельными конденсаторами будет работать с меньшими затратами, но также будет потреблять меньший пусковой момент. Эти типы двигателей переменного тока, хотя и более дороги в эксплуатации, хорошо работают для нужд с высоким крутящим моментом, таких как воздушные компрессоры и вакуумные насосы.

    Двигатели с расщепленной фазой представляют собой двигатель переменного тока, в котором используется пусковая обмотка малого сечения и различные отношения сопротивления к реактивному сопротивлению. Это дает разность фаз через узкие проводники. Двигатели с расщепленной фазой обеспечивают меньший пусковой момент, чем другие конденсаторные двигатели, и высокий пусковой ток. Поэтому двигатели с расщепленной фазой обычно используются в небольших вентиляторах, небольших шлифовальных машинах или электроинструментах. Мощность двигателей с расщепленной фазой может достигать 1/3 л.с.

    Двигатели с экранированными полюсами представляют собой тип недорогих однофазных асинхронных двигателей переменного тока с одной обмоткой.Двигатели с экранированными полюсами основаны на магнитном потоке между незатененными и экранированными частями экранирующей катушки из меди. Их лучше всего использовать в качестве небольших одноразовых двигателей, которые не требуют длительного времени работы или большого крутящего момента.

    Синхронные двигатели названы так потому, что генерируемые ими магнитные полюса вращают ротор с синхронной скоростью. Количество пар полюсов определяет скорость синхронного двигателя. Подтипы синхронных двигателей включают трехфазные и одиночные синхронные двигатели.

    Гистерезисные двигатели представляют собой стальные цилиндры, не имеющие обмоток или зубьев.Эти двигатели имеют постоянный крутящий момент и работают плавно, поэтому их часто используют в часах.

    В большинстве двигателей переменного тока используются электромагниты, потому что они не ослабевают, в отличие от постоянных магнитов. Однако новые технологии сделали двигатели переменного тока с постоянными магнитами жизнеспособными и даже предпочтительными в определенных обстоятельствах. Двигатели переменного тока с постоянными магнитами или PMAC используются в приложениях, требующих точного крутящего момента и скорости. Это надежные, популярные сегодня моторы. Магниты установлены на роторе либо на его поверхности, либо в пластинах.Магниты, используемые в PMAC, сделаны из редкоземельных элементов. Они производят больший поток, чем индукционные магниты. PMAC — это синхронные машины, которые работают с высокой эффективностью и функционируют независимо от того, является ли потребность в крутящем моменте переменной или постоянной. PMAC работают при более низких температурах, чем другие двигатели переменного тока. Это способствует уменьшению износа деталей двигателя. Из-за их высокой эффективности PMAC потребляют меньше энергии. Более высокие первоначальные затраты в конечном итоге компенсируются длительной работой этого эффективного двигателя.

    Может ли любой двигатель переменного тока иметь переменную скорость?

    Одним из преимуществ двигателей постоянного тока является то, что их скорость можно изменять. Однако двигатели переменного тока не склонны работать с переменной скоростью. Они работают с постоянной скоростью независимо от нагрузки. Это полезно для поддержания точной скорости. Однако для некоторых приложений требуется переменная скорость. Попытки изменить скорость двигателей переменного тока могут привести к их повреждению или перегреву. Однако есть способы обойти эти проблемы и создать двигатель переменного тока с переменной скоростью.Существуют механические решения для изменения скорости двигателей переменного тока. Это можно сделать с помощью шкивов в некоторых устройствах, например, на токарном станке. Другим механическим решением является использование промежуточного вала.

    Многие из современных машин до сих пор работают на основе оригинальных принципов асинхронного двигателя переменного тока Николы Теслы. Эти двигатели выдержали испытание временем благодаря своей адаптивности и долговечности. Инженеры стремятся сделать двигатели более эффективными, с меньшим износом и выделением тепла, что приводит к снижению затрат и меньшему воздействию на окружающую среду.

    Что такое двигатель переменного тока – конструкция, работа, типы и применение

    Устройство, которое преобразует входную электрическую энергию в выходную механическую энергию. По сути, существует два типа электродвигателей: постоянного и переменного тока. Машины постоянного тока обычно используются в небольших приложениях, тогда как тип переменного тока имеет большое значение в широком диапазоне приложений. Потому что машины переменного тока имеют больше преимуществ по сравнению с машинами постоянного тока. В этой статье мы обсудим, что такое двигатель переменного тока, конструкцию, принцип работы, типы, регулирование скорости и области применения.

    Двигатель переменного тока

    Машина, которая превращает входную электрическую форму в выходную механическую форму. Здесь, в этом типе машины, вход, подаваемый на обмотку возбуждения, является переменным. Отсюда и название двигатель переменного тока. Питание, подаваемое на обмотку возбуждения, классифицирует ее тип, будь то машина переменного или постоянного тока.

    Конструкция двигателя переменного тока

    Он состоит из рамы или ярма, статора, ротора, подшипников, вентилятора, вала и контактных колец. Части машины переменного тока описаны ниже.

    Детали двигателя

    Рама используется в качестве внешнего защитного кожуха для защиты от условий окружающей среды. Рама также действует как внешняя периферия, так что внутренние части могут быть легко размещены. Стационарным участком оборудования является статор, на который намотана статорная обмотка. Вид поперечного сечения машины переменного тока изображен ниже.

    Вид в поперечном разрезе

    Ротор представляет собой подвижную часть, которая движется либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки в зависимости от приложенной к ней тяги.Подшипники обеспечивают надлежащее трение для плавного вращения ротора. Вентилятор используется для отвода нежелательного тепла, выделяемого во время работы ротора. Он выбрасывается через вентиляцию, расположенную позади машины. Предусмотрен вал для подачи механической мощности при вращении ротора. Токосъемные кольца используются для обычной машины переменного тока, в которой используется стационарная обмотка возбуждения вращающегося якоря. В этой ситуации токосъемные кольца позволяют непрерывно изменять входной переменный ток в катушках.

    Принцип работы двигателя переменного тока

    Он работает по принципу уравнения силы Лоренца I,e всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, в нем действует некоторая сила. Работа обычной машины переменного тока с вращающимся якорем и стационарной обмоткой возбуждения показана на рисунке ниже.

     

    Рабочая схема машины переменного тока

    Когда переменный ток подается на катушку ротора, она испытывает некоторую силу в соответствии с законом уравнения силы Лоренца.За счет этой силы будет развиваться крутящий момент в направлении по часовой стрелке, что позволяет ротору вращаться.

    Обычная машина переменного тока имеет обмотку возбуждения на статоре и обмотку якоря ротора. Но за счет этого увеличиваются размеры двигателя, а также за счет коллектора и щеток снижается КПД машины. Таким образом, чтобы избежать этих проблем, производится правильное расположение обмоток статора и ротора на якоре. Такое размещение имеет большие преимущества по сравнению с типом вращающегося якоря.Почти все применяемые промышленные машины относятся к стационарным якорным типам. Давайте подробно обсудим эти машины, изучая различные типы двигателей.

    Типы

    Существует несколько разновидностей машин переменного тока в зависимости от скорости, они классифицируются как синхронные и асинхронные двигатели. Асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель. Это машина, которая работает с постоянной скоростью, т. е. с синхронной скоростью. Но асинхронный двигатель работает со скоростью меньше, чем у синхронной скорости.Асинхронные двигатели далее подразделяются на однофазные и трехфазные асинхронные двигатели.

    Ниже представлена ​​классификация двигателей переменного тока.

    Классификация двигателей

    Работа синхронного двигателя

    Обмотка статора получает трехфазное питание, так что создается вращающееся магнитное поле (RMF). Этот РМ вращается в воздушном зазоре и пытается взаимодействовать с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения получает питание постоянного тока в синхронной машине.Обмотка возбуждения создает стационарное магнитное поле. Вращающееся магнитное поле и стационарное магнитное поле взаимодействуют друг с другом. Из-за инерции ротора ротор не может достичь однонаправленного крутящего момента. Итак, синхронный двигатель не является самозапускающейся машиной. Чтобы этого избежать, предусмотрена начальная ротация. Когда дается начальное вращение, полюса статора и ротора блокируются друг с другом. Далее машина развивает однонаправленный крутящий момент, что позволяет ротору непрерывно вращаться.

    Синхронная машина

    Работа однофазной асинхронной машины

    При подаче трехфазного питания на обмотку статора машины будет развиваться RMF. РМП взаимодействует с короткозамкнутыми проводниками ротора. За счет этого в стержнях ротора индуцируется ЭДС по принципу взаимной индукции, как в трансформаторе. Но ротор не может развивать однонаправленный крутящий момент, потому что основная обмотка создает двунаправленный крутящий момент.Поток, создаваемый основной обмоткой, создает два противоположных потока. Для создания однонаправленного момента вспомогательную обмотку с конденсатором располагают со смещением фаз на 90 градусов с основной обмоткой. Благодаря такому расположению сила противодействия нейтрализуется, и создается дополнительная сила, превышающая существующую силу. Это позволяет ротору развивать однонаправленный крутящий момент, и ротор работает плавно. Работа однофазной индукционной машины показана ниже.

    Однофазный асинхронный двигатель

    Работа трехфазной асинхронной машины

    Характеристики этого двигателя аналогичны характеристикам однофазной машины. Но конструкция совсем другая, обмотка статора смещена под углом 120 градусов и по обмоткам может протекать уравновешенный ток. Это позволяет обмоткам создавать вращающееся магнитное поле. Этот Rmf за счет трехфазности развивает однонаправленный крутящий момент. Следовательно, он может действовать как самозапускающаяся машина.

    Работа трехфазной индукционной машины
    Форма волны

    Применение

    • Используется в миксерах, насосах и бытовой технике.
    • Используется в промышленности.

    Следовательно, у нас есть краткое изложение того, что такое двигатель переменного тока. Это машина, которая изменяет форму переменного входа электрической энергии на выход механической энергии. Мы также проанализировали его конструкцию, работу, типы, контроль скорости и использование. Вот вопрос к читателям, как можно управлять скоростью двигателя переменного тока?

    Принцип работы и типы асинхронного двигателя

    Асинхронные двигатели являются наиболее часто используемыми двигателями во многих приложениях.Их также называют асинхронными двигателями , потому что асинхронный двигатель всегда работает со скоростью ниже синхронной. Синхронная скорость означает скорость вращения магнитного поля в статоре.
    В основном существует 2 типа асинхронных двигателей в зависимости от типа входного питания — (i) однофазный асинхронный двигатель и (ii) трехфазный асинхронный двигатель.

    Или их можно разделить по типу ротора — (i) двигатель с короткозамкнутым ротором и (ii) двигатель с контактным кольцом или ротор типа

    .

    Основной принцип работы асинхронного двигателя

    В двигателе постоянного тока питание необходимо для обмотки статора, а также для обмотки ротора.Но в асинхронном двигателе переменным током питается только обмотка статора.
    • Из-за питания переменным током вокруг обмотки статора создается переменный поток. Этот переменный поток вращается с синхронной скоростью. Вращающийся поток называется «вращающимся магнитным полем» (RMF).
    • Относительная скорость между RMF статора и проводниками ротора вызывает ЭДС индукции в проводниках ротора в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Проводники ротора замыкаются накоротко, и, следовательно, ток ротора возникает из-за ЭДС индукции.Поэтому такие двигатели называются асинхронными двигателями . (Это действие такое же, как и в трансформаторах, поэтому асинхронные двигатели можно назвать вращающимися трансформаторами .)
    • Теперь индуцированный ток в роторе также создаст переменный поток вокруг него. Этот поток ротора отстает от потока статора. Направление индуцированного тока ротора, согласно закону Ленца, таково, что он будет стремиться противодействовать причине его возникновения.
    • Поскольку причиной возникновения тока ротора является относительная скорость между вращающимся потоком статора и ротором, ротор будет пытаться догнать RMF статора.Таким образом, ротор вращается в том же направлении, что и поток статора, чтобы минимизировать относительную скорость. Однако ротору никогда не удается догнать синхронную скорость. Это основной принцип работы асинхронного двигателя любого типа, однофазного или трехфазного.
    Синхронная скорость:

    где, f = частота подачи

    P = количество полюсов

    Слип:

    Ротор пытается догнать синхронную скорость поля статора и, следовательно, вращается.Но на практике ротор никогда не догоняет. Если ротор догоняет скорость статора, не будет никакой относительной скорости между потоком статора и ротором, следовательно, не будет индуцированного тока ротора и не будет создаваться крутящий момент для поддержания вращения. Однако это не остановит двигатель, ротор замедлится из-за потери крутящего момента, крутящий момент снова будет возникать из-за относительной скорости. Поэтому ротор вращается со скоростью, которая всегда меньше синхронной скорости.

    Разница между синхронной скоростью (N s ) и фактической скоростью (N) ротора называется скольжением.

    Установка электродвигателей переменного/постоянного тока, принцип работы, устранение неисправностей и ремонт

    Цепи ответвления двигателя

    Цепь ответвления двигателя представляет собой систему проводки, выходящую за пределы конечного автоматического устройства защиты от перегрузки. Термовыключатели или устройства защиты двигателя от перегрузки не являются защитой параллельных цепей. Это дополнительная защита от перегрузки по току.

    Установка двигателей переменного/постоянного тока, принцип работы, поиск и устранение неисправностей и ремонт

    Ответвленная цепь представляет собой последний шаг в передаче мощности от службы или источника энергии к утилизирующим устройствам.


    Защита от короткого замыкания и замыкания на землю

    NEC® 430, ЧАСТЬ IV. Кодекс требует, чтобы защита параллельных цепей для цепей двигателя защищала проводники цепи, аппаратуру управления и сам двигатель от перегрузки по току, вызванной короткими замыканиями или замыканиями на землю. (разделы с 430.51 по 430.58).

    Плавкие предохранители или автоматические выключатели являются наиболее распространенными устройствами защиты, используемыми в качестве устройств защиты ответвленных цепей. Эти защитные устройства должны выдерживать пусковой ток двигателя.Чтобы выдерживать этот ток, они могут быть рассчитаны на 300 или 400 процентов рабочего тока двигателя, в зависимости от размера и типа двигателя.

    Контроллеры двигателя обеспечивают защиту двигателя от всех обычных перегрузок, , но не предназначены для размыкания при коротком замыкании .

    Схемы отводных цепей

    Отводные цепи двигателя обычно компонуются несколькими способами. На приведенных выше рисунках показаны несколько цепей ответвления двигателя и то, как защита цепи используется в различных типах схем.

    Как упоминалось ранее, устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю в ответвлении двигателя должно выдерживать пусковой ток двигателя. Для цепей двигателя на 600 вольт и менее допускается использование защитного устройства, номинал или настройка которого не превышают значений, указанных в таблице 430.52 норм.

    После изучения этого руководства вы сможете делать следующее:

    1. Описывать назначение и использование портативных тестеров электрических инструментов.
    2. Описать процедуры технического обслуживания электроинструментов.
    3. Описать назначение и использование испытательного оборудования.
    4. Описать различные типы двигателей и контроллеров.
    5. Идентификация компонентов двигателей.
    6. Определите различные компоненты двигателя постоянного тока и элементы управления.
    7. Определите различные компоненты двигателей переменного тока и контроллеров.
    8. Описать конструкцию трехфазных двигателей.
    9. Описать функции контроллеров двигателей переменного тока.
    10. Описать различные типы и защиту ответвленных цепей двигателя.
    11. Опишите процедуры, связанные с заземлением оборудования.
    12. Описать различные типы цепей управления.
    13. Опишите процедуры, связанные с поиском и устранением неисправностей и тестированием контроллеров.
    14. Описать базовое обслуживание двигателя.
    15. Опишите процедуры запуска двигателя.
    Установка двигателей переменного/постоянного тока, принцип работы, поиск и устранение неисправностей и ремонт

    Типы двигателей переменного тока | Принцип работы

    Это подробное руководство охватывает однофазный двигатель (расщепленный полюс, двухфазный, конденсаторный пуск, конденсаторный запуск, конденсаторный пуск и работа) и трехфазный двигатель (трехфазный двигатель с одним напряжением и трехфазный двигатель с двойным напряжением). ) типы, принципы их работы и соответствующие схемы управления и цепи в деталях.

    Двигатели переменного тока (AC) являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых для производства работ. Мощность двигателей переменного тока варьируется от долей лошадиных сил (л.с.) до тысяч л.с.

    Двигатели переменного тока дробной мощности используются в жилых домах для привода холодильников, стиральных машин и сушилок; циркулировать воздух и включать приборы.

    Двигатели переменного тока большего размера используются в коммерческих зданиях для привода больших устройств, таких как системы отопления, вентиляции и кондиционирования, коммерческие стиральные и сушильные машины, лифты/эскалаторы и багажные карусели в аэропортах.

    Двигатели переменного тока всех типоразмеров используются в промышленности для производства пищевых продуктов и других расходных материалов; управлять майнинговым оборудованием; перекачивать воду, сточные воды и нефть; и обеспечить мгновенную работу для любого приложения, требующего безопасного и эффективного источника питания.

    Поскольку все двигатели переменного тока работают по одним и тем же основным принципам, понимание их работы, возможностей и ограничений важно при проектировании, установке, обслуживании и поиске и устранении неисправностей любой системы, включающей двигатель.

    Типы двигателей переменного тока

    Двигатель переменного тока — это двигатель, использующий переменный ток для вращения. Двигатели переменного тока имеют ряд преимуществ перед двигателями постоянного тока.

    Одним из преимуществ является то, что двигатели переменного тока имеют только два подшипника, которые могут изнашиваться. Во-вторых, нет необходимости изнашивать щетки, потому что у двигателя нет коллектора. По этим причинам техническое обслуживание минимально. Кроме того, не образуются искры, создающие опасность в присутствии легковоспламеняющихся материалов.

    Основными частями двигателя переменного тока являются ротор и статор. Ротор – это вращающаяся часть двигателя переменного тока. Статор – это неподвижная часть двигателя переменного тока. См. рис. 1. Двигатели переменного тока бывают однофазными (1φ) или трехфазными (3φ).

    Рис. 1. Основными частями двигателя переменного тока являются ротор и статор.

    Однофазные двигатели

    Однофазные двигатели используются в жилых помещениях для электроприводов переменного тока, таких как печи, кондиционеры, стиральные машины и т. д.К однофазным двигателям относятся двигатели с расщепленными полюсами, двухфазные и конденсаторные двигатели .

    Двигатели с экранированными полюсами

    Двигатель с экранированными полюсами — это однофазный двигатель переменного тока, в котором для пуска используется экранированный полюс статора. Затенение полюса статора — простейший способ запуска однофазного двигателя. Двигатели с экранированными полюсами обычно имеют мощность 1/20 л.с. или меньше и имеют низкий пусковой момент.

    Двигатели с расщепленными полюсами обычно применяются в небольших охлаждающих вентиляторах, установленных в компьютерах и домашних развлекательных центрах.

    Двигатель с экранированными полюсами в рабочем состоянии

    Экранированный полюс обычно представляет собой сплошной одиночный виток медного провода, размещенный вокруг части пластин основного полюса. См. рис. 2.

    Заштрихованный полюс задерживает магнитное поле в области заштрихованного полюса. Затенение приводит к тому, что магнитное поле в области полюса располагается приблизительно под углом 90° от магнитного поля главного полюса статора.

    Смещенное магнитное поле заставляет ротор перемещаться от главного полюса к заштрихованному полюсу.Это движение определяет начальное направление двигателя с расщепленными полюсами.

    Рис. 2. В двигателе с экранированными полюсами используется экранированный полюс статора, который обычно представляет собой цельный одиночный виток медного провода.

    Двигатели с расщепленной фазой

     Двигатель с расщепленной фазой — это однофазный двигатель переменного тока, который включает в себя рабочую обмотку (основную обмотку) и пусковую обмотку (вспомогательную обмотку). Двигатели с расщепленной фазой — это двигатели переменного тока дробной мощности, обычно от 1/20 до 1/3 л.с.

    Двигатели с расщепленной фазой обычно используются для приведения в действие стиральных машин, масляных горелок, небольших насосов и воздуходувок.

    Детали двигателя с расщепленной фазой

    Двигатель с расщепленной фазой имеет вращающуюся часть (ротор), неподвижную часть, состоящую из рабочей обмотки и пусковой обмотки (статор), и центробежный выключатель, расположенный внутри двигателя для отключения пусковая обмотка примерно на 60–80 % скорости полной нагрузки. См. Рисунок 3 .

    Рисунок 3. Двигатель с расщепленной фазой включает рабочую обмотку, пусковую обмотку и центробежный переключатель.

    Двигатель с расщепленной фазой в рабочем состоянии

    При запуске рабочие обмотки и пусковые обмотки соединяются параллельно. Рабочая обмотка обычно состоит из медного провода с толстой изоляцией, а пусковая обмотка — из медного провода с тонкой изоляцией.

    Когда двигатель достигает примерно 75% полной скорости, центробежный выключатель размыкается, отключая пусковую обмотку от цепи.Это позволяет двигателю работать только на рабочей обмотке.

    Когда двигатель выключается (питание отключено), центробежный выключатель повторно замыкается примерно на 40% скорости полной нагрузки.

    Рабочая обмотка

    Рабочая обмотка выполнена из более крупного провода и имеет большее число витков, чем пусковая обмотка. Когда двигатель впервые подключается к сети, реактивное сопротивление рабочей обмотки выше, а сопротивление ниже, чем у пусковой обмотки.

    Реактивное сопротивление — это сопротивление протеканию переменного тока в цепи из-за индуктивности.

    Пусковая обмотка

    Пусковая обмотка выполнена из относительно тонкого провода и имеет меньше витков, чем рабочая обмотка. Когда двигатель впервые подключается к сети, реактивное сопротивление пусковой обмотки ниже, а сопротивление выше, чем у рабочей обмотки.

    При первой подаче питания и рабочая обмотка, и пусковая обмотка находятся под напряжением. Ток рабочей обмотки отстает от тока пусковой обмотки из-за ее различного реактивного сопротивления.Это создает разность фаз между пусковой и рабочей обмотками.

    Для создания максимального пускового момента требуется разность фаз 90°, но обычно разность фаз намного меньше. Вращающееся магнитное поле создается из-за того, что две обмотки не совпадают по фазе.

    Вращающееся магнитное поле запускает вращение ротора. При противофазе рабочей и пусковой обмоток ток изменяется по величине и направлению, а магнитное поле перемещается вокруг статора.Это движение заставляет ротор вращаться вместе с вращающимся магнитным полем.

    Конденсаторные двигатели

    Конденсаторный двигатель представляет собой однофазный двигатель переменного тока, в котором помимо рабочей и пусковой обмоток имеется конденсатор. Размеры конденсаторных двигателей варьируются от 1/8 л.с. до 10 л.с. Конденсаторные двигатели используются для работы холодильников, компрессоров, стиральных машин и кондиционеров.

    Конструкция конденсаторного двигателя

    Конструкция конденсаторного двигателя аналогична конструкции двигателя с расщепленной фазой, за исключением того, что в конденсаторном двигателе конденсатор соединен последовательно с пусковой обмоткой.

    Добавление конденсатора в пусковую обмотку дает конденсаторному двигателю больший крутящий момент, чем двигателю с расщепленной фазой.

    Три типа конденсаторных двигателей: конденсаторный пуск, конденсаторный двигатель и конденсаторный двигатель с пуском и работой.

    Двигатель с конденсаторным пуском

    Двигатель с конденсаторным пуском работает во многом так же, как двигатель с расщепленной фазой, в том смысле, что в нем используется центробежный переключатель, который размыкается примерно на скорости от 60% до 80% от полной нагрузки.

    В двигателе с конденсаторным пуском пусковая обмотка и конденсатор удаляются при размыкании центробежного выключателя.Конденсатор, используемый в пусковой обмотке, придает двигателю с конденсаторным пуском высокий пусковой момент. См. рис. 4.

    Рис. 4. Двигатель с конденсаторным пуском имеет конденсатор в пусковой обмотке, который придает двигателю высокий пусковой момент.

    Двигатель с конденсатором

    В двигателе с конденсатором пусковая обмотка и конденсатор постоянно соединены последовательно.

    В двигателе с конденсаторным пуском используется конденсатор меньшей емкости, чем в двигателе с конденсаторным пуском, потому что конденсатор остается в цепи при скорости полной нагрузки.Это дает двигателю с конденсаторным пуском средний пусковой момент и несколько более высокий рабочий крутящий момент, чем у двигателя с конденсаторным пуском. См. Рисунок 5 .

    Рис. 5. В двигателе с конденсатором пусковая обмотка и конденсатор постоянно соединены последовательно.

    Конденсаторный двигатель с функцией пуска и работы

    В конденсаторном двигателе с функцией пуска и работы используются два конденсатора. Конденсаторный двигатель с пуском и вращением запускается с конденсатором одной емкости последовательно с пусковой обмоткой и работает с конденсатором другой емкости последовательно с пусковой обмоткой.

    Конденсаторные двигатели с пуском и пуском также известны как двигатели с двумя конденсаторами . См. рис. 6.

    Двигатель с конденсаторным пуском и работой имеет такой же пусковой момент, что и двигатель с конденсаторным пуском. Двигатель с конденсаторным пуском и работой имеет больший рабочий крутящий момент, чем двигатель с конденсаторным пуском или двигатель с конденсаторным управлением, потому что емкость лучше согласована для запуска и работы.

    Рис. 6. В конденсаторном двигателе с пуском и вращением пусковой конденсатор удаляется, когда двигатель достигает скорости полной нагрузки, но рабочий конденсатор остается в цепи.

    В обычном конденсаторном двигателе с пуском и вращением один конденсатор используется для запуска двигателя, а другой конденсатор остается в цепи во время работы двигателя.

    Для запуска используется конденсатор большой емкости , а для запуска используется конденсатор малой емкости . Конденсаторные двигатели с пусковым механизмом используются для работы холодильников и воздушных компрессоров.

    Трехфазные двигатели

    Трехфазные двигатели наиболее часто используются в промышленности.Трехфазные двигатели используются в приложениях мощностью от долей лошадиных сил до более 500 л.с.

    Трехфазные двигатели используются в большинстве приложений, поскольку они просты по конструкции, требуют минимального обслуживания и дешевле в эксплуатации, чем однофазные двигатели или двигатели постоянного тока. Наиболее распространенным трехфазным двигателем, используемым в большинстве приложений, является асинхронный двигатель.

    Асинхронный двигатель — это двигатель, который не имеет физического электрического соединения с ротором. Асинхронные двигатели не имеют щеток, которые изнашиваются или требуют обслуживания.Ток в роторе индуцируется вращающимся магнитным полем статора.

    В трехфазном двигателе вращающееся магнитное поле создается автоматически в статоре, когда двигатель подключен к трехфазной сети.

     Обмотки статора соединены в три отдельные обмотки (фазы). Каждая фаза содержит одну треть от общего количества отдельных катушек в двигателе. Эти составные обмотки или фазы представляют собой фазу A, фазу B и фазу C. См. рис. 7.

    Рис. 7. Катушки статора трехфазного двигателя соединены в три отдельные обмотки (фазы).

    Каждая фаза расположена в двигателе под углом 120° к другим фазам. Вращающееся магнитное поле создается в статоре, потому что каждая фаза достигает своего пика магнитной силы на расстоянии 120° от других фаз.

    Трехфазные двигатели запускаются автоматически и не требуют дополнительного метода запуска из-за вращающегося магнитного поля в двигателе.

    Для создания вращающегося магнитного поля в двигателе обмотки статора должны быть подключены к соответствующему уровню напряжения. Этот уровень напряжения определяется производителем и указывается на заводской табличке двигателя. Трехфазные двигатели проектируются либо как двигатели с одним напряжением , либо как двигатели с двумя напряжениями .

    ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

    Трехфазные двигатели могут использоваться там, где имеется только однофазное питание, поскольку приводы двигателей обеспечивают трехфазную (обычно 230 В переменного тока) мощность до 2 л.с. Однофазный источник питания 230 В переменного тока.

    Трехфазные двигатели с одним напряжением

    Двигатель с одним напряжением — это двигатель, который работает только при одном уровне напряжения.

    Двигатели с одним напряжением менее дороги в производстве, чем двигатели с двумя напряжениями, но они ограничены местами с тем же напряжением, что и двигатель.

    Стандартные номинальные значения трехфазных двигателей с одним напряжением: 230 В, 460 В и 575 В. Другие номинальные значения трехфазных двигателей с одним напряжением: 200 В, 208 В и 220 В.

    Все трехфазные двигатели подключены таким образом, что фазы соединены вместе по схеме «звезда» (Y) или «треугольник» (∆).

    В трехфазном двигателе с одним напряжением, соединенным звездой, один конец каждой из трех фаз внутренне соединен с другими фазами. См. рис. 8.

    Оставшийся конец каждой фазы выводится наружу и подключается к линии питания. Выводы, выведенные наружу, помечены как первая клемма (T1), вторая клемма (T2) и третья клемма (T3).

    При подключении клеммы T1, T2 и T3 согласуются с трехфазными линиями питания, помеченными как первая линия (L1), вторая линия (L2) и третья линия (L3).

    Для правильной работы двигателя трехфазные линии, питающие двигатель звездой, должны иметь то же напряжение и частоту, что и двигатель.

    В трехфазном двигателе с одним напряжением, соединенным треугольником, каждая обмотка соединена встык, образуя полностью замкнутую цепь. См. рис. 9.

    В каждой точке соединения фаз выводы выведены наружу и помечены как клемма один (T1), клемма два (T2) и клемма три (T3).Эти клеммы, как и у двигателя, соединенного звездой, присоединяются к линиям питания один (L1), два (L2) и три (L3).

    Трехфазные линии, подающие питание на двигатель треугольника, должны иметь такое же номинальное напряжение и частоту, что и двигатель.

    Рис. 8. В трехфазном двигателе с одним напряжением, соединенным звездой, один конец каждой фазы внутренне соединен с другими фазами.

    Рис. 9. В однофазном трехфазном двигателе с соединением треугольником каждая фаза соединена встык, образуя полностью замкнутый контур.

    Двухфазные трехфазные двигатели

    Большинство трехфазных двигателей сконструированы таким образом, что их можно подключать к любому из двух напряжений.

    Изготовление двигателей для двух напряжений позволяет использовать один и тот же двигатель с двумя разными напряжениями сети питания.

    Нормальное номинальное двойное напряжение промышленных двигателей составляет 230/460 В. Необходимо проверить паспортную табличку двигателя на предмет надлежащего номинального напряжения.

    Более высокое напряжение предпочтительно, когда доступен выбор между напряжениями.Двигатель потребляет одинаковое количество энергии и выдает одинаковую выходную мощность как при высоком, так и при низком напряжении, но при удвоении напряжения (с 230 В до 460 В) ток уменьшается вдвое.

    Использование пониженного тока позволяет использовать провода меньшего размера, что снижает стоимость установки.

    Трехфазные двигатели с двойным напряжением подключаются так, что фазы соединяются звездой или треугольником.

    На электрической схеме показана система нумерации клемм для трехфазного двигателя с двойным напряжением, соединенным звездой.См. рис. 10.

    Девять выводов выведены из двигателя. Эти выводы помечены от T1 до T9 и могут быть подключены снаружи для любого из двух напряжений. Клеммные соединения для высокого и низкого напряжения обычно указаны на заводской табличке двигателя.

    Девять выводов соединены либо последовательно (высокое напряжение), либо параллельно (низкое напряжение). Для подключения двигателя высокого напряжения, соединенного звездой, L1 подключается к T1, L2 к T2 и L3 к T3; T4 привязан к T7, T5 к T8 и T6 к T9.Это последовательно соединяет отдельные катушки в фазах A, B и C, при этом каждая катушка получает 50% напряжения между фазой и нейтралью. Нейтральная точка соответствует внутренней точке соединения всех трех фаз.

    Для подключения двигателя низкого напряжения, соединенного звездой, L1 подключается к T1 и T7, L2 к T2 и T8 и L3 к T3 и T9; Т4 привязан к Т5 и Т6. Это соединяет отдельные катушки в фазах A, B и C параллельно, так что каждая катушка получает 100% напряжения между фазой и нейтралью.

    На электрической схеме показана система нумерации клемм для двигателя с двойным напряжением, соединением треугольником и трехфазным двигателем. См. Рисунок 11 .

    Выводы имеют маркировку от T1 до T9, а схема подключения клемм предназначена для проводки высоковольтных и низковольтных операций.

    Девять выводов соединены последовательно или параллельно для высокого или низкого напряжения. В высоковольтной конфигурации катушки соединены последовательно. В низковольтной конфигурации катушки соединены параллельно, чтобы распределить напряжение по номиналам отдельных катушек.

    Рисунок 10. В трехфазном двигателе с двойным напряжением, соединенным звездой, каждая фазная катушка разделена на две равные части, и схема подключения используется для отображения системы нумерации клемм.

    Рисунок 11. В трехфазном двигателе с двойным напряжением, соединенным треугольником, каждая фазная катушка разделена на две равные части, и схема подключения используется для отображения системы нумерации клемм.

    ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

    Провода двигателя NEMA — это Т1, Т2 и Т3, к которым подключаются линии питания.Выводы двигателя IEC помечены буквами U, V и W там, где подключаются линии питания. Аналогично, линии электропередач NEMA имеют маркировку L1, L2 и L3, а линии электропередач IEC имеют маркировку R, S и T.

    %PDF-1.4 % 835 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 835 135 0000000016 00000 н 0000003070 00000 н 0000003302 00000 н 0000003456 00000 н 0000003495 00000 н 0000003552 00000 н 0000003617 00000 н 0000004489 00000 н 0000004760 00000 н 0000004827 00000 н 0000004925 00000 н 0000005031 00000 н 0000005149 00000 н 0000005209 00000 н 0000005371 00000 н 0000005544 00000 н 0000005644 00000 н 0000005799 00000 н 0000005914 00000 н 0000006013 00000 н 0000006146 00000 н 0000006256 00000 н 0000006403 00000 н 0000006525 00000 н 0000006664 00000 н 0000006830 00000 н 0000006942 00000 н 0000007128 00000 н 0000007286 00000 н 0000007404 00000 н 0000007536 00000 н 0000007699 00000 н 0000007789 00000 н 0000007920 00000 н 0000008073 00000 н 0000008213 00000 н 0000008337 00000 н 0000008494 00000 н 0000008683 00000 н 0000008863 00000 н 0000009009 00000 н 0000009172 00000 н 0000009293 00000 н 0000009474 00000 н 0000009577 00000 н 0000009758 00000 н 0000009878 00000 н 0000009997 00000 н 0000010123 00000 н 0000010307 00000 н 0000010480 00000 н 0000010577 00000 н 0000010731 00000 н 0000010843 00000 н 0000011016 00000 н 0000011121 00000 н 0000011266 00000 н 0000011384 00000 н 0000011571 00000 н 0000011728 00000 н 0000011887 00000 н 0000012079 00000 н 0000012211 00000 н 0000012384 00000 н 0000012588 00000 н 0000012712 00000 н 0000012890 00000 н 0000012990 00000 н 0000013164 00000 н 0000013287 00000 н 0000013407 00000 н 0000013558 00000 н 0000013692 00000 н 0000013848 00000 н 0000013956 00000 н 0000014053 00000 н 0000014179 00000 н 0000014291 00000 н 0000014389 00000 н 0000014509 00000 н 0000014604 00000 н 0000014698 00000 н 0000014791 00000 н 0000014884 00000 н 0000014977 00000 н 0000015071 00000 н 0000015165 00000 н 0000015259 00000 н 0000015353 00000 н 0000015447 00000 н 0000015541 00000 н 0000015635 00000 н 0000015729 00000 н 0000015823 00000 н 0000015917 00000 н 0000016011 00000 н 0000016105 00000 н 0000016199 00000 н 0000016294 00000 н 0000016388 00000 н 0000016483 00000 н 0000016577 00000 н 0000016769 00000 н 0000016923 00000 н 0000017255 00000 н 0000017466 00000 н 0000018223 00000 н 0000018245 00000 н 0000019250 00000 н 0000019272 00000 н 0000020068 00000 н 0000020829 00000 н 0000021051 00000 н 0000021073 00000 н 0000021935 00000 н 0000021958 00000 н 0000023083 00000 н 0000023106 00000 н 0000024230 00000 н 0000024253 00000 н 0000025385 00000 н 0000025910 00000 н 0000026675 00000 н 0000026896 00000 н 0000027114 00000 н 0000027137 00000 н 0000028276 00000 н 0000028298 00000 н 0000029311 00000 н 0000029451 00000 н 0000033535 00000 н 0000033775 00000 н 0000033980 00000 н 0000003658 00000 н 0000004467 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 836 0 объект > эндообъект 837 0 объект а_

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.