В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Электромеханическое устройство, которое за счет преобразования электрической энергии приводит в движение механизмы, подключенные к нему, называется электродвигателем. В зависимости от вида потребляемой энергии они подразделяются на машины постоянного и переменного тока.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Их преимущества все более вытесняют двигатели на других источниках энергии из большинства конструкций производственных и бытовых механизмов. В автомобилях массовая замена ДВС на электропривод начинается на наших глазах.

Постоянный ток

Электрический ток (направленное движение заряженных частиц), не изменяющийся по направлению и амплитуде, называется постоянным. Источники его изначально были химические процессы, а сейчас возобновляемые (солнце, ветер). Преобразование его технически сложно, поэтому на большие расстояния передавать такой ток довольно дорого.

На малых расстояниях у него есть преимущества: отсутствие реактивной мощности и малые потери в проводах за счет прохождения по всему сечению проводника. Двигатели постоянного тока устанавливаются рядом с источниками и преобразователями, чтобы иметь возможность менять величину и направления тока в соответствии с потребностями в моменте и скорости исполнительного механизма.

Принцип действия

Школьный опыт с демонстрацией вращения рамки в магнитном поле отрытый в 1821 Фарадеем поясняет работу двигателя постоянного тока.

Металлическая рамка с проходящим через нее током от батареи повернется под действием магнитного поля так, чтобы его воздействие стало нулевым.

Для получения непрерывного вращения необходимо в этот момент поменять направление тока, либо объединить несколько рамок в процессе.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Виды двигателей постоянного тока

К концу 19 века уже началась эксплуатация электрических машин постоянного тока: генераторов и моторов. Причем оба вида не отличаются конструктивно и могли применяться как для выработки электроэнергии, так и для производства работ.

Коллекторный мотор

Принцип вращения рамки с током в поле постоянного магнита наиболее ярко реализован в коллекторных электродвигателях. Такие электродвигатели работают как от постоянного, так и от переменного тока. Впервые судно с двигателем постоянного тока запустил Б.С. Якоби по реке Неве в 1838г.

Такой двигатель состоит из неподвижной части (статор), на которой устанавливаются магниты для маломощных двигателей или катушки из ферримагнитных сталей, и обмотки с медным проводом для мощных электрических машин.

Якорь МПТ собран из пластин электротехнической стали, изолированных от вала и друг от друга для уменьшения вихревых токов. В пазы цилиндра укладывается витки провода из меди разного сечения в зависимости от токов и выбранной схемы (петлевая, волновая). Концы проводов выводятся и ввариваются (впаиваются) в ламели коллектора.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Коллектор состоит из медных изолированных пластин (ламелей) закрепленных по окружности, изолированных друг от друга и корпуса якоря. По ним перемещаются притертые подпружиненные щетки, закрепленные в щеткодержателе, для последовательной подачи тока в обмотки якоря. При подаче напряжения на щетки, якорь начинает вращаться и двигатель постоянного тока выходит в заданный режим.

Универсальный коллекторный мотор

Дальнейшее развитие коллекторных ДПТ позволило использовать их при работе от источников переменного тока.

Для этого шихтуется не только якорь, но и цилиндр статора набирается из пластин электротехнической стали, а обмотки возбуждения соединяются последовательно с якорными.

Одновременная смена полярности на них при прохождении переменного тока не меняет направление вращения вала двигателей.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Основное отличие — шихтованные статор и якорь делают магнитный поток стабильным и не создают вихревых токов (меньше греются). В остальном универсальный двигатель мало чем отличается от обычного коллекторного.

Вентильно-индукторные двигатели

Такие электромоторы иногда называются бесщёточными или безколлекторными. Суть такой конструкции в том, что ротор имеет зубчатое строение, собранное из постоянных магнитов, а обмотки возбуждения размещаются на зубчатых полюсах статора.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Переключением полюсов (катушек) занимается встроенный контроллер, за обратную связь, контролирующую положение якоря (ротора), отвечает датчик Холла. При включении пары катушек магнит на роторе движется к ней, затем следующая пара получает питание. Скорость вращения определяется частотой переключения катушек — чем выше частота, тем выше скорость.

Недостатком такой конструкции является пульсирующий крутящий момент. Плюсы: нет коллектора и щеток, простая конструкция, хорошее управление скоростью и малые габариты.

Безколлекторный с независимым возбуждением

Конструкция ротора этого двигателя собрана из двух зубчатых пакетов из магнитной стали на общей оси. Вершины зубцов пакета смещены друг относительно друга на 120°. Пакеты отстоят друг от друга на расстоянии, а зубцы одного совпадают с впадинами другого, таким образом, что суммарный магнитный поток ротора равен нулю.

Размещенная на статоре обмотка возбуждения тоже распределена со смещением в 120°.  Собранный из электротехнической стали статор имеет размер такой, чтобы его магнитное поле перекрывало оба пакета магнитов ротора.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Поочередное включение катушек ротора создает магнитное поле в обоих магнитных блоках и ротор начинает плавно вращаться. Изменяя частоту и направление переключения секций обмотки возбуждения, а также силу тока в них, можно получить бесконтактный реверс, линейный крутящий момент и плавное изменение скорости.

Кроме этих достоинств есть еще отсутствие магнитов и графитовых щеток с коллектором. К недостаткам можно отнести сложность конструкции двигателей и питание обмоток от электронного преобразователя.

Несомненными достоинствами двигателей постоянного тока можно отнести:

  • уровень плавного регулирования скорости достигает 10000 об/мин;
  • легкость управления скоростью за счет напряжения, а крутящего момента — током якоря;
  • за счет обратной связи можно поддерживать хороший момент на малых оборотах.

Их недостатков можно отметить обязательное наличие преобразователя переменного тока в постоянный и сложность конструкции некоторых видов двигателей (коллектор со щетками, сложный якорь).

Переменный ток

Основных недостатков переменного тока два: наличие потерь мощности за счет обменных процессов между индуктивностями и емкостями в сетях (реактивной мощности); вытеснение переменного тока в проводнике от центра к поверхности. Чем выше частота, тем меньше используется сечение провода.

Изменение напряжения решается легко при помощи трансформаторов, потери в котором составляют не более 1% передаваемой мощности. Трансформаторы решают легко две задачи: гальванической развязки цепей высокого и низкого напряжения; за счет высокого напряжения при передаче электроэнергии на большие расстояния снижаются потери в проводах.

Создание трехфазных сетей переменного тока, кроме повышения эффективности электроснабжения, привело к появлению двигателей переменного тока, так как они получили вращающееся магнитное поле напрямую из сети без преобразователей.

Виды двигателей переменного тока

Применение трехфазных электросетей привело к доминированию асинхронных двигателей переменного тока во всех отраслях промышленности.

Принцип действия

В статоре асинхронного двигателя укладывается трехфазная обмотка, которая при прохождении синусоидального тока создает вращающееся магнитное поле. При пересечении замкнутых проводников ротора магнитное поле создает электрический ток (возникает ЭДС).

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Переменный ток в проводнике создает свое магнитное поле, которое стремится догнать поле статора. Взаимодействие полей заставляет вращаться ротор, скорость вращения которого отстает от скорости вращения поля статора на величину скольжения. Наличие этой разности главное условия вращения ротора асинхронного мотора.

Асинхронный трехфазный двигатель

Двигатели, использующие трехфазную электрическую сеть для создания статором вращающегося магнитного поля. По конструктивному исполнению ротора они делятся на короткозамкнутые и фазные.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Для короткозамкнутого ротора — в пазы собранного из листов электротехнической стали цилиндра заливается алюминий (реже медь) и по торцам соединяются токопроводящими кольцами. В этой «беличьей» клетке образуется ЭДС, затем ток и магнитное поле для вращения вала. Последние конструкции таких двигателей используют цельно металлический полый алюминиевый ротор.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

В фазных моторах трехфазная обмотка, соединенная «звездой», укладывается в пазы ротора и свободные концы выводятся на контактные кольца для подключения сети или резисторов для снижения пускового тока

Однофазный асинхронный мотор не может создать вращающееся магнитное поле, способное заставить ротор вращаться. Для того чтобы сдвинуть ротор, на статоре укладывается две обмотки: пусковая и рабочая.

Во время пуска напряжение подается на рабочую и, на короткое время через конденсатор, на пусковую катушку.

Читайте также:  Объем масел и жидкостей фольксваген транспортер

Созданный таким образом перекос фаз заставляет вращаться ротор, пусковая обмотка отключается, а двигатель входит в номинальный режим.

Синхронные двигатели переменного тока

У синхронных машин в номинальном режиме скорость вращения ротора равна скорости вращающегося поля статора. Отличающийся от асинхронного наличием коллектора.

На статоре такого электромотора размещается трехфазная обмотка (на больших машинах чаще всего высоковольтная), создающая вращающееся магнитное поле. На роторе укладывается две обмотки: «беличья клетка» и электромагнитные катушки с питанием от источника постоянного тока.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Пуск синхронного двигателя происходит, как и у асинхронного короткозамкнутого. По достижении номинальной скорости асинхронного режима подается питание на электромагниты, а скорости вращения магнитного поля статора и ротора уравниваются.

К положительным качествам синхронных машин можно отнести:

  • небольшую реактивную мощность и. как следствие, высокий КПД и соs φ;
  • в большом диапазоне постоянная скорость при переменной нагрузке;
  • устойчивость к перегрузкам.

Из недостатков: наличие источника постоянного тока, сложность пуска, трудности в регулировании момента и скорости вращения.

Выбор электродвигателей

На описании принципов работы, устройства и краткого изложения характеристик однозначный выбор в пользу того или иного решения можно сделать только в самых простейших случаях.

Современные электрические машины становятся все более универсальными.

Какая разница есть между двигателем и генератором, в чем различие машин постоянного и переменного тока на первый взгляд не всегда возможно понять.

Развитие электронной промышленности размывает границы ниш. Теперь и двигатели постоянного тока, и двигатели переменного тока теряют свои позиции. Появление частотного регулирования скорости и момента асинхронных короткозамкнутых и синхронных двигателей все сильнее смещает принятие решения из инженерной сферы в технико-экономическую.

Электрические машины выбирают на основе следующих критериев:

  • стоимость двигателя, силового преобразователя и программного обеспечения к нему;
  • издержки на обслуживание и эксплуатационные расходы;
  • надежное решение технологических задач в производстве;
  • габаритные размеры и необходимую площадь.

Это только начало. В крупных проектах придется учитывать воздействие на окружающую среду, штрафы на искажение сетевой частоты и так далее. Чтобы принять оптимальное решение в конкретном случае — какой электродвигатель и с каким приводом применять — придется оценить совокупность множества условий.

Видео по теме

В чем разница между двигателями с электронным управлением и машинами переменного и постоянного тока?

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Инженеры в своих системах могут применять различные типы электродвигателей на выбор. Как правило, выбор происходит между машиной переменного или постоянного тока. Но последнее время на рынке начали появляться электрические машины способные контролировать выходную скорость и мощность, позволяя тем самым повысить энергоэффективность.

Это электродвигатели с электронным управлением (англ. electronically communicated (EC)), которые последнее время начали очень активно вытеснять с рынка традиционные машины переменного и постоянного напряжения, и особенно в области энергоэффективности.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного токаОсновные отличия между электрическими машинами постоянного и переменного тока

Электродвигатели постоянного тока используют графитовые щетки и коллекторный узел для смены направления тока и, соответственно, полярности магнитного поля во вращающемся роторе. Именно это взаимодействие между вращающимся ротором и неподвижным постоянным магнитным полем статора и приводит машину в движение.

По данным от maxon motors, электрические машины постоянного тока имеют ограничения по времени эксплуатации коллекторно-щеточного, срок службы которого составляет в среднем 1000 – 1500 часов.

При перегрузке срок службы составляет менее 100 часов, а при нормальных (номинальных) условиях эксплуатации может достигать и 15 000 часов.

Скорость вращения таких машин ограничена процессами коммутации в коллекторно-щеточном узле и не превышает 10 000 об/мин.

Электрические машины постоянного напряжения имеют хорошую надежность и легкую управляемость, но страдают довольно приличными потерями. КПД снижается из-за сопротивления в обмотках, вихревых токов, потерь в щеточно-коллекторном узле.

Асинхронные электродвигатели используют другой принцип – на катушки статора подается переменное напряжение, которое создает вращающееся магнитное поле, а магнитное поле ротора индуцируется магнитным полем статора. Таким образом получается, что ротор как – бы пытается «догнать статор» .

Еще одним видом машин переменного напряжения являются синхронные электродвигатели. Они используют немного другой принцип работы – катушки статора все так же запитываются переменным напряжением, а в ротор через контактные кольца подается постоянный ток (или используют постоянные магниты).

Таким образом, магнитные поля статора и ротора сцепляются и машина вращается.

Синхронный электродвигатель имеет жесткую механическую характеристику и скорость вращения ротора соответствующую скорости вращения магнитного поля статора в отличии от асинхронных машин, в которых присутствует скольжение (разница между скоростью вращения магнитного поля статора и реальной скоростью ротора).

Электродвигатели переменного тока предназначены для работы с определенной точкой на механической характеристике. Эта точка соответствует максимальной производительности двигателя. При работе в другой точке механической характеристики КПД машины резко снизится.

Асинхронные электродвигатели переменного тока потребляют дополнительную энергию для создания магнитного поля путем индукции тока в роторе. Следовательно, двигатели переменного тока менее эффективны, чем двигатели постоянного тока.

Фактически, машина постоянного тока на 30% эффективнее машины переменного тока из-за того.

Эффективность электронных коммутируемых электродвигателей

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного токаЭлектродвигатели с электронным управлением ЕС — бесщеточные двигатели постоянного тока, управляемые внешней электроникой — либо электронная плата, либо преобразователь частоты. Ротор содержит постоянные магниты, а статор имеет набор неподвижных обмоток. Коммутация выполняется с помощью электронных схем. «Плата» переключает фазы в неподвижных обмотках, чтобы поддерживать вращение двигателя. Это позволяет поддерживать тока якоря. Когда подключается напряжение правильной полярности и в нужное время возрастает  точность электрической машины. Поскольку скорость двигателя контролируется внешней электроникой, двигатели EC не имеют ограниченной синхронной скорости.

Двигатели EC имеют несколько преимуществ. Поскольку они не имеют щеток, они не искрят и срок их службы больше из-за отсутствия щеток, имеют меньше потери из-за «смарт управления» статором.

Они обеспечивают лучшую производительность и управляемость,  чем асинхронные двигатели.

С точки зрения размеров — небольшие электродвигатели могут достигать таких же габаритов, что и традиционные электрические машины постоянного или переменного тока.

Распределение мощности намного лучше у машин с электронным управлением. Бесщеточные электродвигатели постоянного тока (BLDC) зависят от источника питания постоянного напряжения. При использовании машин переменного тока появляются дополнительные затраты и сложность системы в случае необходимости регулирования.

ЕС электродвигатели могут напрямую подключаться к источникам переменного тока благодаря наличию электронной системы управления.

Более того, они слабо подвержены влиянию изменений частоты и напряжения сети, из чего можно сделать вывод что небольшие просадки напряжения сети не окажут существенного влияния на мощность машины, в отличии от асинхронных электродвигателей.

Если сравнить эффективность ЕС машины с машиной переменного тока с расщепленным полюсом или с конденсаторным электродвигателем, то можно увидеть, что машина с расщепленным полюсом имеет КПД порядка 15% — 25%, конденсаторные электродвигатели 30% — 50%, а ЕС машины имеют КПД в пределах 60% — 75% и являются наиболее эффективными и энергосберегающими.

Диапазон изменения КПД для конденсаторных асинхронных машин довольно велик и лежит в пределах 30% — 50%, что особенно сильно ощутимо при неполной их загрузке, например при работе в системах вентиляции и кондиционирования.

ЕС электродвигатели имеют меньший диапазон изменения КПД при работе на различных скоростях и с различной нагрузкой.

Как правило, у таких машин КПД не ниже 70%, а в машинах, работающих с номинальными параметрами, он может превышать 80%.

В чем отличие двигателей переменного тока от двигателей постоянного тока

Машины с электронным управлением имеют регулятор скорости в качестве встроенной опции. Электродвигатели переменного тока могут иметь данную опцию только с внешним контролером (преобразователь частоты).

Преобразователь частоты изменяют амплитуду и частоту напряжения, поступающего на электродвигатель, генерируя тем самым высшие гармоники, которые отрицательно сказываются на электрической машине, способствуя ее перегреву, и, как следствие, снижению срока службы.

Читайте также:  Генератор газ 3110 406 двигатель неисправности

Коммутационные схемы принимают входы с широтно-импульсной модуляцией от 4 до 20 мА и от 0 до 10 В. Это позволяет управлять скоростью в диапазоне от 10% до 100%.

Мониторинг двигателей EC с помощью интегральной схемы прост, и может быть легко доступен разработчику для обеспечения обратной связи.

Наконец, двигатели EC обеспечивают плавный пуск, снижение шума и более низкую температуру двигателя.

Электрические машины с электронным управлением обычно используются для приложений малой мощности, таких как небольшие вентиляторы, сервомоторы и системы управления движением. Однако, благодаря последним достижениям в области электроники и химии, двигатели EC находят свой путь в более крупные производственных приложениях, до 12 кВт и выше.

Двигатели переменного тока и постоянного тока: в чем разница? | Музей энергетики

Электродвигатели — это машины, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическую. Хотя они доступны во многих вариантах, их можно разделить на две основные категории: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока.

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока имеют одинаковую функцию; то есть преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Однако при выборе двигателя важно знать разницу между двигателями переменного и постоянного тока, поскольку каждый из них имеет разные требования к конструкции, питанию и управлению.

В следующей статье обсуждаются различия между двумя типами двигателей, включая основные конструктивные и рабочие характеристики, преимущества и области применения. Купить электрический двигатель можно на сайте https://psnab.ru

Обзор двигателей переменного тока

Как следует из названия, двигатели переменного тока используют переменный ток (AC) для выработки механической энергии. Стандартная конструкция состоит из статора с обмоткой, встроенной по окружности, и свободно вращающейся металлической части (т. е. ротора) в центре.

Когда ток подается на обмотки статора в двигателе переменного тока, создается вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует электрический ток внутри электропроводного ротора и, следовательно, образует второе вращающееся магнитное поле. Взаимодействие между первым магнитным полем и вторым магнитным полем заставляет вращаться ротор.

При выборе электродвигателя переменного тока для применения необходимо учитывать два критических фактора:

  • Рабочая скорость (в оборотах в минуту): максимальная скорость, которую может достичь двигатель, рассчитывается по следующей формуле: (60 x частота сети переменного тока в Гц) ÷ количество полюсов двигателя
  • Пусковой крутящий момент, создаваемый двигателем при запуске с нулевой скоростью.

Обзор двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока используют постоянный ток (DC) с постоянным напряжением для выработки механической энергии. Двигатели постоянного тока состоят из вращающейся обмотки якоря (т. е. Ротора) и статора возбуждения с обмотками, которые образуют набор неподвижных электромагнитов. Другой ключевой компонент двигателя постоянного тока — это коммутатор, прикрепленный к якорю.

Когда ток течет через двигатель постоянного тока, внутри статора возбуждения и вокруг обмотки якоря создается магнитное поле. Взаимодействие между этими двумя магнитными полями создает электромагнитную силу, которая заставляет якорь вращаться. Коммутатор изменяет направление тока в якорь и тем самым позволяет ему продолжать вращение, пока ток течет через систему.

Двигатели постоянного тока могут использоваться для создания различных уровней скорости и крутящего момента. Регулировка уровней напряжения, подаваемого на якорь, или статического тока возбуждения изменяет выходную скорость.

Преимущества двигателей переменного тока перед двигателями постоянного тока

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока демонстрируют уникальные преимущества, которые делают их пригодными для различных применений. Ниже мы описываем преимущества, предлагаемые обоими типами двигателей.

К преимуществам двигателей переменного тока можно отнести:

  • Более низкие требования к пусковой мощности
  • Лучший контроль над начальным уровнем тока и ускорением
  • Более широкие возможности настройки для различных требований к конфигурации и изменения требований к скорости и крутящему моменту
  • Повышенная прочность и долговечность

К преимуществам двигателей постоянного тока можно отнести:

  • Более простые требования к установке и обслуживанию
  • Более высокая пусковая мощность и крутящий момент
  • Более быстрое время отклика на пуск / остановку и ускорение
  • Более широкий выбор для различных требований к напряжению

Применение двигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока

Как указано выше, двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока подходят для различных применений.

В промышленном секторе долговечность, гибкость и эффективность двигателей переменного тока делают их идеальными для использования в приложениях для широкого спектра устройств, включая бытовые приборы, компрессоры, конвейеры, вентиляторы и другое оборудование HVAC, насосы и транспортное оборудование.

Более быстрое время отклика и более стабильные уровни крутящего момента и скорости, предлагаемые двигателями постоянного тока, делают их хорошо подходящими для использования в производственном и производственном оборудовании, лифтах, пылесосах и подъемно-транспортном оборудовании.

И двигатели переменного тока, и двигатели постоянного тока играют критически важную роль в производстве электроэнергии в широком спектре промышленных, коммерческих и жилых помещений. Поскольку оба типа двигателей обладают преимуществами и недостатками, важно понимать разницу между ними, чтобы выбрать подходящий для своего предприятия.

Какие отличия между двигателями переменного и постоянного тока

Противостояние двух видов тока, развернувшееся в мире в конце XIX — начале ХХ веков, привело к безоговорочной победе переменного тока и постепенной капитуляции постоянного.

Однако электродвигатели и переменного, и постоянного тока до сих пор используются на производстве и в быту, они совершенствуются, разрабатываются новые модели. Отсюда следует вывод, что от постоянного тока отказались не полностью.

Изобретение двигателей переменного тока не следует списывать на одного человека, как это делается сейчас, многие уверенны, что все, что касается переменного тока, а заодно и сам ток, изобрел один лишь Никола Тесла. Но это не так: несколько крупных ученых разработали и изготовили свою модель двигателя.

Например, одним из первых изобретателей был Чарльз Уитстон в 40-х годах XIX века, а в 1889 году русский ученый М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный двигатель, который по своим характеристикам превосходит изобретение Теслы. Фактически, двигатели по этому принципу изготавливаются до наших дней.

  • Основное отличие конструкции двигателей:
  • Переменного тока — обмотка на статоре, между ним и ротором воздушный зазор (его величина тоже несет в себе дополнительные свойства).
  • Постоянного тока — обмотка на ротора (он называется якорь, он вращается).
  • По способу возбуждения они подразделяются на двигатели независимого параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Сейчас моторы переменного тока нашли широчайшее применение в быту, промышленности, сельском хозяйстве, также они активно эксплуатируются на электростанциях. Они получили распространение, благодаря простой технологичной конструкции, высоким энергетическим показателям, надежности и стабильности работы. 

Двигатели переменного тока бывают однофазные и трехфазные.

Первый — однофазный — не имеет начального пускового момента и поэтому часто используется бытовых приборах, он вращается в ту сторону, в которую направляет внешняя сила. Кроме того, его мощность несколько меньше чем у трехфазных.

Обмотка его статора расположена в пазах и занимает примерно 2/3. Если этому типу все-таки требуется пусковой момент, то двигатель снабжают дополнительной обмоткой (из провода меньшего сечения), сдвинутой на 90 градусов относительно рабочей. 

Трехфазные асинхронные двигатели подразделяются на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором (их еще называют «с контактными кольцами»). Статор у них одинаковый. 

Асинхронные с короткозамкнутым ротором являются наиболее распространенными.

На статоре — трехфазная обмотка, обмотка ротора — короткозамкнутая в виде «беличьей клетки», они размещаются в пазах, расположенных на внешней поверхности — у статора, и на внутренней — у ротора, простейший элемент обмотки — виток, состоящий из двух или нескольких параллельных проводников, которые размещены в пазах и расположены друг от друга на некотором расстоянии. Это расстояние называют шагом обмотки, который приблизительно равен одному полюсному делению.

Читайте также:  В чем отличия газ 405 от 406 двигателя

Вращающееся поле статора и пересекает проводящие обмотки ротора, создает напряжение, чем и вызывает появление тока в обмотках и вращение ротора.

На силу тока влияет подключенное сопротивление, причем зависимость обратно  пропорциональная, то есть, чем выше сопротивление, тем, соответственно, сила тока ниже и наоборот.

В свою очередь, вращающий момент наоборот прямо пропорционален и увеличивается с ростом сопротивления. 

В случае с фазным ротором его разомкнутая обмотка выводится на контактные кольца для соединения с внешней схемой. Его используют для регулярно работающих электроприводов, не изменяющих скорость (или — в небольших пределах).

Двигатели постоянного тока сейчас используются только в промышленности и в сложных приборах, где важно точное регулирование скорости работы (прокатные станы, мощные металлорежущие станки, тяга на транспорте). Их отличает высокая стоимость, а также некоторые преимущества, которые оказываются важными на сложном оборудовании: более высокий КПД, возможность плавной  и точной регулировки оборотов, частота вращения может быть очень высокой, чем в случае с переменным.

Также в наукоемких точных отраслях используются шаговые двигатели и серводвигатели, в которых можно регулировать многие параметры.

Статью предоставила компания НПП «Сервомеханизмы» www.servomh.ru — производитель и поставщик устройств линейного перемещения, электродвигателей, муфт для валов и комплектующих.

Электродвигатель — как устроен и принцип действия

Большая часть современных электрических приводов работает использует переменный ток и работает в асинхронном режиме. Хотя, нельзя сказать, что моторы постоянного тока востребованы меньше. Чтобы понять, чем отличается один от другого электродвигатель, как устроен каждый из них, нужно вспомнить, что входит в понятие «ток».

{ ArticleToC: enabled=yes }

Отличие тока переменного от постоянного

Прежде всего, вспомним, что включает понятие «электрический ток» и какие его виды существуют. Это сделать легко, потому что все учились в школе и еще помнят о том, что преподавали на уроке физика. Понимают под ним направленное движение ионов или электронов, то есть, заряженных частиц.

Направление и величина тока за определенный промежуток времени определяют, будет ли ток считаться переменным или постоянным, что наглядно отражает график, приведенный ниже:

Постоянным будет ток, который со временем не изменяет своего значения. Напряжение всегда стабильно. Это красная линия.

Зеленая линия, имеющая форму синусоиды, это ток переменный, который меняет как свое направление, так и величину. Периодичность прохождения одинаковых точек на горизонтальной оси ординат называют его частотой. Она для переменного тока считается стандартной и равняется 50 Гц.

В действительности, все инструменты и бытовые приборы (или, почти все) работают от постоянного тока, преобразованного из переменного (имеющегося в сети). Зачем же тогда нужен ток синусоидальный?

Вопрос вполне закономерный и объяснение ему следующее: подобная форма разрешает очень просто преобразовать поступающее от генератора электрической станции напряжение. Иными словами, от станции, напряжение которой 200000-300000 Вольт, до значения 220, привычного нам.

Принцип функционирования электрического двигателя

Работа электрического двигателя постоянного тока базируется на взаимодействии двух магнитных полей, создаваемых ротором и статором. Вновь вспоминаем школьные уроки физики и рамку, которая вращается в магнитном однородном поле, Подавая на нее ток, индуцируем собственное поле магнитное круговое, которое взаимодействует с первым, создавая силу Ампера, которая направлена перпендикулярно и выталкивает из этого однородного поля нашу рамку.

В двигателе наблюдается тоже: статор играет роль неподвижного однородного магнитного поля, а в качестве рамки выступает вращающийся ротор двигателя, называемый также якорем.

Это поле создается полюсами статора. На полюсах ротора имеются обмотки, состоящие из 2 частей и соединенные последовательно между собой. Их концы прикреплены к коллекторным пластинам, находящимся на валу двигателя электрического. Они, в свою очередь, контактируют с графитовыми щетками.

При условии, что расположены полюса, аналогично представленным на рисунке приведенном выше, полюс якоря будет северным. Также северным будет полюс статора, находящийся с ним в непосредственной близости.

Поскольку, равнозарядные полюса отталкиваются под воздействием магнитных сил (с электродвигателем возможно это за счет вращения), северный якорный полюс развернется на 180 градусов и займет положение напротив статорного южного. По логике, оба они должны притягиваться, вызывая торможение.

Чтобы избежать этого и добиться вновь «отталкивания» полюсов, якорные обмотки в момент перехода через нейтральную линию переключают при помощи коллектора. Устройство двигателя постоянного тока, на основании этой информации, изображается следующим образом:

Характеристики для двигателя электрического, работающего на постоянном токе

Электрический двигатель является оборудованием, управляют которым в зависимости от конкретных условий.

Для регулировки существует три метода:

  • изменение напряжения, подаваемого на обмотки;
  • введение в имеющуюся цепь сопротивления (дополнительного);
  • варьирование величиной потока, т.е. возбуждением.

Оценить работу электродвигателя помогают графики характеристик, подразделяемые на:

  • механические, демонстрирующие зависимость частоты или скорости вращения от имеющегося на валу мотора момента (с учетом поправочного коэффициента);
  • регулировочные, показывающие как частота вращения зависит от напряжения, подаваемого на якорные обмотки, потока и сопротивления.
  • В первом случае по оси ординат откладывают частоту вращения, а по оси абсцисс –момент.
  • Выглядит график как прямая, имеющая отрицательный уклон.
  • График строят для конкретного напряжения по базовому уравнению:

Скорость, с которой вращается якорь, обозначается буквой ω . Напряжение в якорной цепи – U, коэффициент – K, поток – Ф, сопротивление обмотки якоря активное – RЯ, момент электромагнитный двигателя – M.

При построении графика регулировочной характеристики исходят из величины момента на валу (откладывают по оси х – абсцисс). Частота также откладывается по ординате.

Уравнения для каждой регулировки будет различным:

1. Регулировка напряжения:

2. Регулирование реостатном, т.е. изменяя сопротивление:

3. Потоковое изменение:

С графиками, отображающими сказанное, ознакомиться можно ниже:

О механических характеристиках помнить нужно следующее – они бывают снятыми в реальном режиме, т.е. являющимися естественными, и искусственными, вычисляемые по изменению потока, сопротивления или напряжения.

Режимы работы двигателей

Оценить режимы, в которых работает оборудование, возможно при помощи графиков характеристик, которые необходимо расширить до 4 квадрантов, пронумеровав их. Нумерация начинается с верхнего квадранта правого и продолжается против стрелки часов.

Видео: Двигатель постоянного тока принцип работы (часть 1)

В квадранте первом координаты на обеих осях положительны (+). В нем и третьем можно заметить двигательный режим, определить мощность которого легко по формуле Р = М> 0. В оставшихся втором и третьем квадранте заметен тормозной или генераторный режим, при котором мощность отрицательна.

На графике различить легко точки, а также зоны, соответствующие определенным режимам:

  • В точке ωо образуется холостой ход. Момент в ней и ток равняются нулю, т.е. двигателем энергия не получается;
  • Подключение генератора параллельное. Реализуется, когда справедливы неравенства ω > ωо и E > U. При этом от рабочего оборудования передается на мотор энергия, в сеть же передается электрическая (генератор тока);
  • При коротком замыкании нулю равны E и, но механическая энергия не отдается вращающимся валом. В то же время, электрическая трансформируется в тепловую;
  • При соединении последовательном генератора (также режим называют торможением с противовключением) как ЭДС, так и ток направлены одинаково, ω < 0. Электричество вырабатывается благодаря совмещенному с ротором валу вращающегося оборудования;
  • Генератор автономный. Электричество вырабатывается без помощи сети, а только при помощи энергии вращающегося вала привода.

Параметры работы (технические и энергетические) двигателя постоянного тока дают возможность эффективного использования последних в различных сферах: от игрушек и легкой промышленности, до машиностроительной. Функционировать могут они в тормозном, т.е. режиме генератора, и двигательном, с учетом коэффициентов.

Видео: Двигатель постоянного тока принцип работы (часть 2)

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector