Как работает простейший электродвигатель

Принцип работы коллекторного двигателя постоянного тока

Простые и надежные, коллекторные двигатели постоянного тока обеспечивают высокий момент на небольших скоростях и являются хорошей базой для создания приводов и готовых сервосистем с обратной связью.

Коллекторные двигатели постоянного тока — рабочие лошадки промышленности. Они простые, надежные, экономичные. Эти двигатели обеспечивают хорошую регулировку на малых оборотах и, что более важно, высокий крутящий момент на низких скоростях. В связи с этим, при добавлении закрытого контура обратной связи, они могут успешно использоваться при решении задач управления движением.

Давайте взглянем ближе на базовую теорию коллекторных двигателей постоянного тока. Для более удобного и легкого восприятия статья разбита на две части. В этой первой части рассмотрены базовые законы электродинамики, которые лежат в основе работы коллекторных двигателей постоянного тока.

Простая модель — принцип двигателя постоянного тока

Закон Ампера говорит нам о том, что проводник с током генерирует магнитное поле (B-поле), ориентацию которого можно определить по правилу правой руки: если расположить правую руку так, чтобы большой палец указывал вдоль проводника по направлению тока, и согнуть остальные пальцы, то они будут огибать проводник в направлении линий магнитной поля (см. рис.1).

Рис.1а. Магнитное поле проводника с током.

Если вместо одиночного витка проводника мы используем многовитковую катушку (соленоид), поля, генерируемые витками, складываются в более сильное, равномерно распределённое однородное магнитное поле. Линии этого поля ориентированы практически параллельно центральной оси соленоида. Таким образом работают электромагниты.

Рис. 1б. Магнитное поле соленоида.

В простейшем варианте, поворотные двигатели постоянного тока состоят из неподвижного элемента (статора) и вращающегося элемента (ротора — якоря двигателя постоянного тока).

И хотя на практике существует множество вариаций, включая вращающийся статор и неподвижный якорь, для упрощения понимания в данной статье мы будем подразумевать цилиндрический внутренний ротор и внешний статор, генерирующий магнитное поле за счет постоянных магнитов.

Мы рассмотрим электродвигатель, приводимый в движение за счет взаимного воздействия полей, генерируемых ротором и статором.

От теории к практике — как создать электродвигатель

Каким образом применить имеющиеся знания к созданию реального двигателя? Давайте начнем с простого примера — двухполюсного коллекторного двигателя постоянного тока. Такой мотор включает в себя ротор (якорь) и статор, сформированным двумя разнополюсными постоянными магнитами.

Якорь состоит из свободно вращающейся перекладины (рамки), установленной на центральный стержень, который в свою очередь установлен на подшипниках, прикрепленных к корпусу двигателя. Вместо рассмотренного ранее одиночного витка возьмем проводник и обернем его вокруг якоря несколько раз, чтобы сформировать обмотку с обеих сторон, но в разных направлениях.

В результате при подключении проводника к источнику питания две обмотки создадут электромагнитные поля с противоположными полярностями.

Магнит можно рассматривать как собрание дипольных моментов, направленных в одну сторону. Подобная модель применима как к постоянным магнитам, так и электромагнитам. Магнитное поле вызывает усилие, направленное по вектору дипольных моментов соленоида. Другими словами, когда мы помещаем якорь в магнитное поле, индуцированное магнитами статора, это поле создает усилие и генерирует момент, вызывающий вращение якоря относительно своей центральной оси.

Рис.2. Схематичное изображение двухполюсного двигателя постоянного тока.

Приведенная простая модель имеет некоторые проблемы. Хотя сила остается постоянной при условии неизменности силы тока и магнитного поля, момент меняется как функция угла поворота θ. Так как якорь двигателя стремится повернуться таким образом, чтобы выровнять полюса обмотки в соответствии с полюсами статора, значение угла θ и sin(θ) падает, в конечном счете приводя момент к нулю.

С практической стороны это означает, что якорь останавливается, когда его полюса выравниваются с полюсами магнитов статора. Имея существеннную массу, якорь может проскользнуть положение идеального выравнивания полюсов, но в этом случае образуется отрицательный момент, который вызовет движение в обратную сторону.

Возникнет колебание вокруг положения равновесия, и в конечном итоге остановка.

В любом случае, запомним, что направление силы, возникающей по действием магнитного поля, будет определяться направлением тока. Это означает, что реверсирование направления тока в проводнике вызовет реверс действия силы и позволит магнитному полю опять создать момент.

Если мы сможем переключить направление тока в момент, когда виток достигнет перпендикулярного положения, то сразу после того, как он отклонится далее под действием силы инерции мимо перпендикулярного положения, поле статора заставит виток поворачиваться далее, генерируя крутящий момент (рис.2).

Таков принцип работы двигателя постоянного тока.

Чтобы заставить работать подобную модель, мы должны найти способ изменять направление тока в проводнике. В случае двигателя постоянного тока мы можем осуществить такое преключение добавив в электрический контур коммутатор (преключатель, или коллекторный узел), который будет переключать направление тока.

Такой коммутатор состоит из разомкнутого кольца, закрепленного на оси якоря таким образом, чтобы оно двигалось вместе с осью якоря и соединялось с обмотками двигателя (рис.3). Чтобы подключить коммутатор к источнику питания используются щетки. Фактически эти элементы не являются щетками, это пластины из проводящего материала (в большинстве случаев графитовые, но иногда используются также и золотые или серебряные).

Эти пластины закрепляются напротив коммутатора с помощью плоских пружин. При повороте якоря двигателя направление тока изменяется на противоположное через каждые 180°, позволяя двигателю продолжать вращение.

Рис.3. Коллектор двигателя постоянного тока

Во второй части статьи «Коллекторные двигатели постоянного тока — реализация моделей» рассмотрены варианты моделей двигателей — их преимущества и недостатки в зависимости от конструктивных исполнений. В частности, рассмотрены отличия двухполюсного и трехполюсного коллекторных двигателей.

Источник: http://brushmotor.ru/article-brush-dc-motor-basics.html

Электродвигатель переменного тока

Электрика »Электрооборудование »Электродвигатели »Переменного тока

АСИНХРОННЫЙ
КОЛЛЕКТОРНЫЙ

Легкость преобразования напряжения переменного тока сделала его наиболее широко используемым в электроснабжении. В сфере конструирования электродвигателей открылось другое достоинство переменного тока: возможность создания вращающегося магнитного поля без дополнительных преобразований или с их минимальным количеством.

Поэтому, даже несмотря на определенные потери из-за реактивного (индуктивного) сопротивления обмоток, простота создания электродвигателей переменного тока внесла свой вклад в победу над электроснабжением постоянным током в начале XX века.

Принципиально электродвигатели переменного тока можно разделить на две группы:

Асинхронные

B них вращение ротора отличается по скорости от вращения магнитного поля, благодаря чему они могут работать на самых разных оборотах. Этот тип электродвигателей переменного тока наиболее распространен в наше время.Синхронные

Эти двигатели имеют жесткую связь оборотов ротора и скорости вращения магнитного поля. Они сложнее в производстве и менее гибки в применении (изменение оборотов при фиксированной частоте питающей сети возможно только изменением числа полюсов статора).

Они находят применение только на высоких мощностях в несколько сотен киловатт, где их больший по сравнению с асинхронными электродвигателями КПД значительно снижает тепловые потери.

Электродвигатель переменного тока АСИНХРОННЫЙ

Наиболее распространенный тип асинхронного двигателя – это электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка», где в наклонные пазы ротора уложен набор токопроводящих стержней, с торцов соединенных кольцами.

История этого типа электродвигателей насчитывает более сотни лет, когда было замечено, что токопроводящий предмет, помещенный в зазор сердечника электромагнита переменного тока, стремится вырваться из него за счет возникновения в нем ЭДС индукции с противонаправленным вектором.

Таким образом, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет каких-либо механических контактирующих узлов, кроме опорных подшипников ротора, что обеспечивает моторам такого типа не только низкую цену, но и высочайшую долговечность.

Благодаря этому электродвигатели такого типа стали наиболее распространенными в современной промышленности.

Однако им присущи и определенные недостатки, которые приходится учитывать при проектировании асинхронных электродвигателей подобного типа:

Высокий пусковой ток – так как в момент включения асинхронного бесколлекторного электродвигателя в сеть на реактивное сопротивление обмотки статора еще не влияет магнитное поле, создаваемое ротором, возникает сильный бросок тока, в несколько раз превосходящий номинальный ток потребления.

Эту особенность работы двигателей подобного типа необходимо закладывать во все проектируемое электроснабжение во избежание перегрузок, особенно при подключении асинхронных электродвигателей к мобильным генераторам с ограниченной мощностью.

Низкий пусковой момент – электродвигатели с короткозамкнутой обмоткой имеют ярко выраженную зависимость крутящего момента от оборотов, поэтому их включение под нагрузкой крайне нежелательно: значительно увеличиваются время выхода на номинальный режим и пусковые токи, обмотка статора перегружается.

Так, например, происходит при включении глубинных насосов – в электроцепях их питания приходится учитывать пяти-семикратный запас по току.

Невозможность непосредственного запуска в цепях однофазного тока — для того, чтобы ротор начал вращаться, необходим стартовый толчок либо введение дополнительных фазных обмоток, сдвинутых по фазе друг относительно друга.

Для запуска асинхронного электродвигателя переменного тока в однофазной сети используется либо вручную коммутируемая пусковая обмотка, отключаемая после раскрутки ротора, либо вторая обмотка, включенная через фазовращательный элемент (чаще всего – конденсатор необходимой емкости).

Особенности подключения электрических двигателей рассматриваются на этой странице.

Отсутствие возможности получения высокой частоты вращения — хотя вращение ротора и не синхронизировано с частотой вращения магнитного поля статора, но и не может его опережать, поэтому в сети 50 Гц максимальные обороты для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором – не более 3000 об/мин.

Увеличение частоты вращения асинхронного двигателя требует применения частотного преобразователя (инвертора), что делает такую систему дороже, чем коллекторный двигатель. Кроме того, при увеличении частоты возрастают реактивные потери.

Трудность организации реверса — для этого необходима полная остановка двигателя и перекоммутация фаз, в однофазном варианте – смещение фазы в пусковой или второй фазной обмотке.

Наиболее удобно использование асинхронного электродвигателя в промышленной трехфазной сети, так как создание вращающегося магнитного поля при этом осуществляется самими фазными обмотками без дополнительных приспособлений.

Фактически цепь, состоящую из трехфазных генератора и электромотора, можно рассматривать как пример электро трансмиссии: привод генератора создает в нем вращающееся магнитное поле, преобразуемое в колебания электрического тока, в свою очередь возбуждающего вращение магнитного поля в электродвигателе.

Кроме того, именно при трехфазном питании асинхронные электродвигатели имеют наибольший КПД, так как в однофазной сети создаваемое статором магнитное поле по сути может быть разложено на два противофазных, что увеличивает бесполезные потери на перенасыщение сердечника. Поэтому мощные однофазные электродвигатели как правило выполняются по коллекторной схеме.

Электродвигатель переменного тока КОЛЛЕКТОРНЫЙ

В электромоторах данного типа магнитное поле ротора создается фазными обмотками, подключенными к коллектору. Фактически коллекторный двигатель переменного тока отличается от двигателя постоянного тока только тем, что в его расчет заложено реактивное сопротивление обмоток.

В ряде случаев даже создаются универсальные коллекторные двигатели, где статорная обмотка имеет отвод от неполной части для включения в сеть переменного тока, а к полной длине обмотки может подключаться источник тока постоянного.

Преимущества данного типа двигателей очевидны:

Возможность работы на высоких оборотах позволяет создавать коллекторные электромоторы с частотой вращения до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту, знакомые всем по электрическим бормашинам.

Отсутствие необходимости в дополнительных пусковых устройствах в отличие от двигателей с короткозамкнутым ротором.

Высокий пусковой момент, что ускоряет выход на рабочий режим, в том числе и под нагрузкой. Более того, крутящий момент коллекторного электродвигателя обратно пропорционален оборотам и при росте нагрузки позволяет избежать просадки частоты вращения.

Легкость управления оборотами — так как они зависят от напряжения питания, для регулировки частоты вращения в широчайших пределах достаточно иметь простейший симисторный регулятор напряжения. При отказе регулятора коллекторный двигатель может быть включен в сеть напрямую.

Меньшая инерция ротора — он может быть выполнен гораздо более компактным, чем при короткозамкнутой схеме, благодаря чему и сам коллекторный двигатель становится заметно меньше.

Также коллекторный двигатель элементарно может быть реверсирован, что особенно актуально при создании различного рода электроинструмента и ряда станков.

По этим причинам коллекторные двигатели широко распространены во всех однофазных потребителях, где необходимо гибкое регулирование оборотов:

• в ручном электроинструменте;
• пылесосах;
• кухонной технике и так далее.

Однако ряд конструктивных особенностей определяет специфику эксплуатации коллекторного электродвигателя:

Коллекторные двигатели требуют регулярной замены щеток, изнашивающихся со временем. Изнашивается и сам коллектор, в то время как двигатель с короткозамкнутым ротором, как уже писалось выше, при условии нечастой замены подшипников практически вечен.

Неизбежное искрение между коллектором и щетками (причина появления всем знакомого запаха озона при работе коллекторного электродвигателя) не только дополнительно снижает ресурс, но и требует повышенных мер безопасности при работе из-за вероятности воспламенения горючих газов или пыли.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Источник: https://eltechbook.ru/jelektrodvigateli_peremennogo_toka.html

IT News

Дата Категория: Физика

Открыв, что электрические токи создают магнитные поля, ученые разработали магниты, работающие на электричестве, которые, в отличие от постоянных, можно легко включать и выключать. Как показано на рисунке справа, такой электромагнит может состоять из электрической батареи, подсоединенной к проволочной катушке (соленоиду), внутри которой размещен ферромагнитный сердечник (обычно железный).

Магнитное поле, образованное текущим по проволоке электрическим током, намагничивает металлический сердечник точно так же, как постоянный магнит намагничивает кусок железа.

До тех пор, пока электрический ток течет по проволоке, электромагнит ведет себя аналогично постоянному магниту: силовые линии магнитного поля идут по дуге из северного полюса электромагнита в южный (как правило, под прямым угломна-правлению электрического тока, в соответствии с законами электромагнетизма).

Если направление электрического тока изменяется на противоположное, магнитные полюсы меняются местами и силовые линии также разворачиваются в противоположном направлении. Однако общая форма магнитного поля не изменяется. Конфигурация силовых линий магнитного поля остается постоянной, пока не изменится форма самой проволоки.

Электродвигатели, генераторы и многие другие виды электрооборудования используют в своей работе законы электромагнетизма.

Формы магнитных полей

Электрический ток, текущий вверх по прямолинейному проводнику, создает магнитное поле, силовые линии которого образуют концентрические окружности, направленные против часовой стрелки. Изменение направления тока приведет к развороту силовых линий магнитного поля, и они станут направлены по часовой стрелке.

Одинарный виток проволоки с током, текущим против часовой стрелки, создает магнитное поле, силовые линии которого проходят непосредственно через свободный центр витка, затем идут вверх или в стороны и назад, образуя концентрические окружности.

Магнитное поле многовитковой катушки

Каждый виток проволочной катушки с током (соленоида) ведет себя аналогично одинарному витку. Общая конфигурация магнитного поля, окружающего соленоид, складывается из индивидуальных магнитных полей, создаваемых витками.

Определение направления поля

Для определения направления силовых линий магнитного поля вокруг проволочной катушки с током физики представляют, что обхватывают ее правой рукой так, чтобы ток входил в катушку со стороны ребра ладони. Отогнутый большой палец указывает направление магнитного поля.

Источник: http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/232-kak-rabotaet-elektromagnit

Исследовательская работа «Электрический двигатель своими руками» • Наука и образование ONLINE

Николаев Маским Сергеевич
Место работы/учебы (аффилиация): Основная общеобразовательная школа № 269 г. Снежногорска Мурманской области, 4 класс
Научный руководитель: Самойлова Татьяна Алексеевна

Аннотация:

Однажды я разобрал одну из таких игрушек и увидел внутри простейший электродвигатель. Мне сразу же стало интересно узнать, как он работает? Где еще используют электрический двигатель? А самое главное, я задался вопросом: смогу ли я сам собрать электродвигатель в домашних условиях?

Цель исследования: определить принцип действия электрического двигателя.

Предмет исследования: макет электрического двигателя.

Объект исследования: электрический двигатель.

Актуальность моей работы заключается в том, что электродвигатель является простейшим устройством, которое помогает нам в решении бытовых и производственных задач и без которого нельзя обойтись в нашей жизни.

При проведении исследования мною была выдвинута гипотеза: предположим, что с помощью собранного мною электрического двигателя можно увидеть принципы действия электрического двигателя.

Перед началом исследования я определил следующие задачи:

1. Что такое электродвигатель?
2. Какие принципы действия лежат в основе электрического двигателя?
3. Где мы используем электродвигатель?
4. Можно ли самим собрать электрический двигатель в домашних условиях?

Результаты и выводы. По окончании изучения данной темы я узнал:

• что такое электродвигатель и как он устроен,
• что главный принцип действия, который лежит в основе электрического двигателя — это электромагнетизм,
• что в настоящее время трудно представить себе жизнь человечества без электродвигателя, так как даже в простых бытовых приборах в основе лежит электрический двигатель.

Я собрал модель электродвигателя и доказал, что это возможно сделать в домашних условиях. Гипотеза, выдвинутая мной о том, что с помощью собранного мною электрического двигателя можно увидеть принципы действия электрического двигателя, подтверждена.

работы:

Автор предпочел не показывать работу на сайте.

Исследовательская работа «Газ – голубая мечта Талдыкоргана»

Цель работы: определить перспективы использования газа жителями Жетысуского края. Актуальность темы: Население нашего региона частично использует природный газ в повседневной жизни. Но хотелось бы расширить возможности использования газа. К примеру, ум

Источник: https://eee-science.ru/item-work/2019-2519/

Устройства плавного пуска электродвигателя: возможности, виды и стоимость решений

Главные недостатки электродвигателя проявляются в момент его запуска — высокий пусковой ток и значительная нагрузка на механические узлы приводимого в действие оборудования. Решение этих проблем — устройство плавного пуска. О том, как его выбрать и какие задачи оно решает, мы расскажем в данной статье.

Современный мир — это мир высоких скоростей, а значит — двигателей внутреннего сгорания, ядерных, пневматических и наконец, электродвигателей — постоянного и переменного тока, синхронных и асинхронных. В промышленности наибольшее распространение получил асинхронный двигатель переменного тока.

Он появился в конце XIX столетия и стал активно использоваться уже в начале ХХ века благодаря простоте устройства, неприхотливости в эксплуатации, работе от сети трехфазного переменного тока, относительно высокому КПД и экологической безопасности.

Однако сегодня в своем традиционном исполнении он перестал отвечать требованиям рынка: из-за крайне высокого пускового тока асинхронного двигателя в момент его запуска создается очень высокая нагрузка на питающую сеть, что приводит к падению напряжения в последней, а значит — к ухудшению качества электрической энергии.

В итоге повышается вероятность возникновения проблем в работе всех устройств и приборов, подключенных к этой сети. Кроме того, из-за резкого рывка при запуске сокращается срок службы механических узлов приводимого в действие оборудования. Для устранения этих недостатков и были созданы устройства плавного пуска (УПП).

УПП: функции и возможности

Итак, что же такое УПП, какую пользу оно может принести? Для решения проблемы необходимо сначала выявить ее причину. В нашем случае она одна: обычно напряжение питания на двигатель подается скачкообразно с 0 В до номинального напряжения питания.

В силу того, что обмотка статора двигателя имеет малое омическое сопротивление, а рабочее индуктивное сопротивление двигателя устанавливается только в момент, когда устройство выходит в «режим», в промежуток времени с момента включения в сеть до выхода двигателя в «режим» сопротивление очень мало и сила тока сильно возрастает.

Отсюда и получаем высокий пусковой ток, который достигает 6–8-кратного (а порой и 10–12-кратного) увеличения номинального тока потребления.

С учетом этого запуск электродвигателя возможен только в том случае, если мощность источника тока достаточна. На практике такое бывает не всегда, и зачастую мощности источника питания недостаточно для того, чтобы обеспечить столь высокий ток. В результате напряжение в питающей сети падает, как еще говорят, «подсаживается». Чрезмерное увеличение тока и «подсаживание» напряжения не проходит бесследно, и с этим приходится бороться, что выливается в дополнительные финансовые затраты.

Другой недостаток пуска напрямую от сети — высокие нагрузки на механические узлы — возникает по той же причине: скачкообразная подача напряжения питания.

Поскольку ток пуска высокий, крутящий момент может достичь 150–200% от номинального, при этом приводимые механизмы двигателя в момент запуска покоятся, а механические узлы испытывают многократные нагрузки.

Для предотвращения поломок производитель или потребитель вынужден закладывать дополнительный запас прочности, что опять же сказывается на стоимости оборудования.

Ключ к решению проблемы — плавные подача напряжения и разгон двигателя до номинальных режимов. Эти задачи и призвано решить устройство плавного пуска (УПП).

Использование УПП позволяет:

• уменьшить пусковые токи;
• снизить вероятность перегрева электродвигателей;
• повысить срок их службы;
• устранить рывки в механической части электропривода в момент запуска электродвигателей, а также гидравлические удары в трубопроводах и задвижках в момент пуска и остановки насосов.

Принцип действия устройства плавного пуска асинхронного электродвигателя

Простейшее УПП основано на свойстве полупроводниковых приборов — тиристоров (а они и являются основным конструктивным элементом УПП) — проводить ток после подачи на соответствующий вход управляющего напряжения и «закрываться» при прохождении значения тока через ноль. Тиристоры соединяются по встречной (симисторной) схеме для каждой из фаз трехфазной системы.

В нужные моменты времени на управляющие электроды всех тиристоров подается управляющее напряжение, «открывающее» их, благодаря чему напряжение на силовых клеммах электродвигателя оказывается возможным регулировать. Так как крутящий момент электродвигателя является функцией квадрата приложенного напряжения, появляется возможность регулировать и механические нагрузки в электроприводе.

Возможность регулирования напряжения позволяет также плавно останавливать электродвигатели, приводящие в действие низкоинерционные нагрузки.

Однако описанные устройства имеют и ощутимые недостатки:

• справляются только с невысокими нагрузками или запуском двигателя вхолостую;
• при увеличении времени запуска появляется опасность перегрева двигателя, полупроводниковые элементы УПП также могут перегреться и выйти из строя;
• снижение напряжения влечет за собой снижение крутящего момента на валу.

Более совершенные устройства характеризуются отсутствием указанных недостатков и делятся по принципу действия на амплитудные и частотные. Последние дороже и сложнее в установке/наладке, но их использование оправдывает себя при эксплуатации в условиях, когда для решения поставленных задач необходимо изменять скорость вращения электродвигателя.

Виды УПП

Можно выделить два основных типа УПП:

• Регуляторы напряжения без функции обратной связи.
• Регуляторы напряжения с функцией обратной связи.

Рассмотрим каждый из них подробнее.

Регуляторы напряжения без обратной связи. Наиболее распространенный вид устройств плавного пуска. Регулировка здесь может производиться по двум или трем фазам, но только по заранее заданной пользователем программе, в которой указывается время и начальное напряжение запуска. Пусковой ток и момент уменьшаются, есть возможность плавного останова, но не регулируется момент в зависимости от нагрузки на двигатель.

Регуляторы напряжения с обратной связью. Усовершенствованный вариант предыдущей группы. Контролируют фазовый сдвиг между напряжением и током в обмотках статора и используют полученные данные для регулировки напряжения на клеммах двигателя таким образом, чтобы запуск гарантированно произошел с наименьшим значением пускового тока и достаточным значением механического крутящего момента. Также полученные данные используются для работы защит от перегрузки, дисбаланса фаз и пр.

Прогресс не стоит на месте
Существуют УПП, имеющие следящие цепи, которые позволяют контролировать нагрузку в каждый конкретный момент времени (то есть подходят для приводов, характеризующихся тяжелыми и очень тяжелыми пусковыми режимами, для которых обычно рекомендуется использовать преобразователи частоты). Дополнительно такие УПП позволяют эффективно решить задачи снижения энергопотребления.

Применение устройств плавного пуска

УПП могут применяться везде, где используется электродвигатель, однако выбор нужно производить исходя из нагрузки двигателя и частоты запусков.

Если нагрузка на двигатель невелика, а его запуск производится редко (например, в шлифовальных станках, некоторых вентиляторах, роторных дробилках, вакуумных насосах), подойдут регуляторы без обратной связи либо вообще регуляторы пускового момента.

Если высокая нагрузка сочетается с частым и инерционным запуском (как в ленточной пиле, центрифуге, сепараторе, распылителе, лебедке, вертикальном конвейере), целесообразным будет выбор регуляторов напряжения с обратной связью, возможно, с запасом по номиналу.

Интересный факт
В Европе законодательно запрещено запускать электродвигатели мощностью 15 кВт и выше, если они не оснащены устройствами плавного пуска.

Цены на софтстартеры

В последние годы цены на софтстартеры весьма нестабильны. В связи с падением курса рубля стоимость на импортные и многие отечественные изделия, выпускающиеся под российскими брендами в Юго-Восточной Азии либо изготавливающиеся в России из импортных комплектующих, только за последние год–полтора увеличилась минимум в 2,5 раза.

В зависимости от характеристик стоимость УПП может начинаться от 16 тысяч рублей и достигать почти 600 тысяч рублей, но в последнем случае максимально допустимый номинальный ток может доходить до 710 А.

Источник: https://www.kp.ru/guide/ustroistva-plavnogo-puska-ielektrodvigatelja.html

Простейшие генератор и электродвигатель

Простейший генератор. Конструкция простейшего генератора постоянного тока представляет собой рамку, вращаемую посторонней силой между полюсами электромагнита. При вращении рамки по часовой стрелке в верхнем проводе рамки возникает ток, направленный от нас, а в нижнем — ток, направленный к нам. Появившийся ток через пластины (полукольца) коллектора и щетки отводится во внешнюю цепь.

После того как рамка пройдет горизонтальное положение, полукольца коллектора поменяются местами, и ток во внешней цепи сохранит свое значение, несмотря на изменение направления тока в рамке. Однако ток во внешней цепи будет пульсировать, т. е. периодически изменяться от максимального значения до нуля.

Это объясняется тем, что рамка, находясь в вертикальном положении, пересекает наибольшее количество магнитных силовых линий, а будучи в горизонтальном положении, вовсе не пересекает их.

Чтобы пульсация тока была незаметной, в генераторах вращают не рамку из одного витка проводов, а якорь с обмоткой из многих десятков витков. Магнитное поле, в котором вращается якорь, усиливается применением электромагнитов с большим числом витков обмотки. При этом в обмотки катушек возбуждения электромагнитов направляется ток от самого генератора. Такие генераторы называются генераторами с самовозбуждением.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 9.3. Схема простейшего генератора однофазного переменного тока

Простейший генератор (рис. 9.3) однофазного переменного тока в отличие от генератора постоянного тока вместо коллектора имеет контактные кольца, ток с которых снимается щетками. Каждое из этих колец при любом положении рамки постоянно соединено с одним и тем же проводом внешней цепи. Поэтому при вращении рамки ток в цепи меняется не только по величине (от максимума до 0), но и по направлению.

В обмотки возбуждения полюсов подается постоянный ток от постороннего источника.

На практике получили распространение трехфазные генераторы переменного тока, которые гораздо проще по конструкции и надежнее в эксплуатации, чем однофазные.

Простейший электродвигатель. Если проводник с током поместить в магнитное поле, то в результате взаимодействия поля проводника и поля магнита проводник будет перемещаться в направлении, перпендикулярном к магнитным силовым линиям магнита.

С одной стороны проводника силовые линии его магнитного поля направлены в ту же сторону, что и силовые линии поля магнита, т. е. силовые линии сгущаются. С другой стороны проводника его силовые линии направлены навстречу силовым линиям поля магнита, т. е. силовые линии разрежаются. При этом проводник с током выталкивается в ту сторону, где магнитные силовые линии расположены реже.

Направление движения проводника зависит от расположения полюсов, а также направления тока в проводнике.

Механическая сила, действующая на проводник с током, пропорциональна магнитному полю полюсов магнита, току в проводнике и его длине.

Взаимодействие проводника с током в магнитном поле положено в основу действия элетродвигателей, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую.

Рис. 9.4. Схема простейшего электродвигателя постоянного тока: а—взаимодействие магнитного поля рамки с полем магнита; б — схема электродвигателя

Конструкция простейшего электродвигателя (рис. 9.4) постоянного тока представляет собой виток провода в виде рамки, помещенной между полюсами постоянного магнита (рис. 9.4, а) или полюсами электромагнита (рис. 9.4, б) с катушками обмотки возбуждения.

При пропускании через рамку постоянного тока ее верхний провод в силу взаимодействия магнитных полей тока и магнита будет выталкиваться вправо, а нижний — влево (см. рис. 9.4, а). В результате рамка повернется по часовой стрелке.

Когда рамка достигнет горизонтального положения, направление тока в ней при помощи коллектора, состоящего из двух полуколец (см. рис. 9.4, б) и скользящих по ним щеток, изменится на обратное, и рамка продолжит свое вращение по часовой стрелке.

В реальных конструкциях электродвигателей, в том числе и в автомобильных стартерах, для повышения равномерности вращения и получения необходимого крутящего момента вместо рамки из одного витка между полосами помещают обмотку из нескольких десятков витков. Такая обмотка помещается на сердечнике якоря. Наличие сердечника позволяет уменьшить воздушный промежуток между полюсами и избежать нежелательного ослабления магнитного поля.

Если две обмотки расположить на сердечнике недалеко друг от друга и по обмотке (рис. 9.5, а) пропустить постоянный электрический ток, прерывая его прерывателем Пр, то вокруг сердечника будет то возникать, то исчезать магнитное поле. Магнитные силовые линии этого поля, персекая витки вторичной обмотки будут индуктировать в них э.д.с. взаимоиндукции, так как э.д.с. индуктируется не только при перемещении проводника в магнитном поле, но и при всяком изменении этого поля.

Э.д.с. взаимоиндукции возрастает при увеличении числа витков вторичной обмотки, при более сильном магнитном поле первичной обмотки и более быстром исчезновении магнитного поля. На принципе взаимоиндукции работают катушки зажигания автомобилей.

При замыкании и размыкании контактов прерывателя Пр витки обмотки также пересекаются магнитными силовыми линиями и в обмотке индуктируется э.д.с. самоиндукции.

Э.д.с. самоиндукции действует против тока при замыкании контактов прерывателя Пр (рис. 9.5, б), замедляя нарастание силы тока в обмотке. При размыкании контактов прерывателя Пр э.д.с. самоиндукции действует в направлении движения тока (рис. 9.5, в) и создает искру между контактами.

Таким образом, возникновение э.д.с. самоиндукции в первичной обмотке влечет за собой снижение э.д.с. во вторичной обмотке. Для ликвидации вредного действия э.д.с. самоиндукции параллельно контактам прерывателя включают конденсатор, который способствует увеличению э.д.с. во вторичной обмотке и уменьшению окисления контактов прерывателя.

Рекламные предложения:

Читать далее: Общие сведения о полупроводниковых приборах

Категория: — Техническое обслуживание автомобилей

→ Справочник → Статьи → Форум

Источник: http://stroy-technics.ru/article/prosteishie-generator-i-elektrodvigatel

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:

Источник: https://ukrlot.com/princip_deystviya_elektrodvigatelya.html

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Электродвигатель это электрическая машина преобразующая электрическую энергию в механическую. Различают два типа электродвигателей постоянного и переменного тока. На автомобилях применяется электродвигатели постоянного тока. Эти электродвигатели состоят из статора с магнитными полюсами и якоря. Полюса статора представляют из себя электромагнит или постоянные магниты.

Как работает электродвигатель

Принцип работы всех электродвигателей основан на поведении проводника с током в магнитном потоке. Если по проводнику находящемся в магнитном потоке пропустить ток, то он будет стремиться сместиться в сторону. То есть проводник будет выталкивать из промежутка между магнитами как пробку из бутылки шампанского. Направление силы, которая выталкивает проводник строго определена. Её можно определить по, так называемому, правилу левой руки.

Правило левой руки

Это правило заключается в следующем. Ладонь левой руки размещаем в магнитном потоке так, что бы линии магнитного потока были направлены в ладонь. Пальцы по направлению прохождения тока в проводнике. В результате большой палец, отогнутый на 90 гр. укажет на направление смещения проводника. Величина силы с которой проводник стремиться переместиться, зависит от нескольких величин. Величины магнитного потока и величины тока проходящему по проводнику.

Простейший электродвигатель

Простейший электродвигатель состоит из проводника и постоянного магнита. Проводник сделан в виде рамки имеющей ось вращения. Магнит имеет вид подковы. Проводник располагается между полюсами магнита.

Если по рамке пропустить ток, то она будет стремиться повернуться вокруг своей оси. Если не учитывать инерцию, то рамка повернётся на 90гр. При этом, сила движущая рамку будет расположена в одной плоскости с рамкой.

При этом она будет стремиться раздвинуть рамку в плоскости, а не повернуть её вокруг оси.

Но фактически рамка проскакивает по инерции это положение. Если изменить направление тока в рамке, то она повернётся ещё как минимум на 180гр. Аналогично при очередной смене направления тока, она ещё повернётся на 180 гр. В результате при каждой смене направления тока рамка будет поворачиваться.

Устройство электродвигателя

Выше описан принцип работы электродвигателя постоянного тока простейшей конструкции. От обычного электродвигателя его отличает, прежде всего наличие не одной рамки, а их множество. Они собранны в якоре. Каждый конец рамки при этом припаивается к пластине коллектора. Кроме этого место двух магнитных полюсов могут применяться четыре, реже шесть полюсов.

Вместо постоянных магнитов, также могут применяться электромагниты. При этом соединение катушек электромагнитов может быть последовательное, параллельное и смешанное. На автомобилях почти всегда применяется последовательное соединение. Различные соединения обмоток применяются только на стартерах и зависят от расчётной мощности и других факторов.

admin 12/05/2013«Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CTRL+ENTER» «Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях»

Источник: https://avtolektron.ru/upravlyaemye-ustrojstva/starter/printsip-rabotyi-elektrodvigatelya-postoyannogo-toka

Устройство электродвигателя и принцип работы

Июнь 29, 2014

52835 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.

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.

Источник: http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/ustrojstvo-rabota-jelektrodvigatelja.html

Принцип действия электродвигателя

Электродвигателем называется устройство, принцип действия которого преобразование электрической энергии в механическую. Такое преобразование используется для запуска в работу всевозможных видов техники, начиная от самого простого рабочего оборудования и заканчивая автомобилями.

Однако при всей полезности и продуктивности такого преобразования энергий, в данном свойстве есть небольшой побочный эффект, который проявляется в повышенном выделении тепла.

Именно поэтому электрические двигатели оснащаются дополнительным оборудованием, которое способно охладить его и позволить работать в бесперебойном режиме.

Принцип работы электродвигателя — основные функциональные элементы

Любой электрический двигатель состоит из двух основных элементов, один из которых является неподвижным, такой элемент называется статором. Второй элемент является подвижным, эта часть двигателя называется ротором.

Ротор электрического двигателя может быть выполнен в двух вариантах, а именно может быть короткозамкнутым и с обмоткой.

Хотя последний тип на сегодняшний день является достаточно большой редкостью, поскольку сейчас повсеместно используются такие устройства, как частотные преобразователи.

Принцип действия электродвигателя основана на выполнении следующих этапов работы. Во время включения в сеть, в статоре начинает осуществлять вращение возникшее поле магнитного типа. Оно действует на обмотку статора, в которой при этом возникает ток индукционного типа.

Согласно закону Ампера, ток начинает действовать на ротор, который под этим действием начинает свое вращение. Непосредственно частота вращения ротора напрямую зависит от того, какой силы действия возникает ток, а так же от того, какое количество полюсов при этом возникает.

Принцип работы электродвигателя — разновидности и типы

На сегодняшний день наиболее распространенными считаются двигатели, которые имеют магнитоэлектрический тип. Есть еще тип электродвигателей, которые называют гистерезисные, однако они не являются распространенными. Первый тип электродвигателей, магнитоэлектрического вида, могут подразделяться еще на два подтипа, а именно электродвигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.

Первый вид двигателей осуществляет свою работу от постоянного тока, эти типы электродвигателей используются тогда, когда возникает необходимость регулировки скоростей. Данные регулировки осуществляются посредством изменений напряжения в якоре. Однако сейчас существует большой выбор всевозможных преобразователей частот, поэтому такие двигатели стали применяться все реже и реже.

Двигатели переменного тока соответственно работают посредством действия тока переменного типа. Здесь так же имеется своя классификация, и двигатели делятся на синхронные и асинхронные. Их основным различием становится разница во вращении необходимых элементов, в синхронном движущая гармоника магнитов движется с той же скоростью, что и ротор. В асинхронных двигателях наоборот, ток возникает за счет разницы в скоростях движения магнитных элементов и ротора.

Благодаря своим уникальным характеристикам и принципам действия электродвигатели на сегодняшний день распространенны гораздо больше, чем скажем двигатели внутреннего сгорания, поскольку они обладают рядом преимуществ перед ними. Так коэффициент полезного действия электродвигателей является очень высоким, и может достигать почти 98%.

Так же электродвигатели отличаются высоким качеством и очень долгим рабочим ресурсом,  они не издают много шума, и во время работы практически не вибрируют. Большим преимуществом такого типа двигателей является то, что они не нуждаются в топливе, и как результат не выделяют в атмосферу никаких загрязняющих веществ.

К тому их использование является намного более экономичным, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.

Источник: https://promplace.ru/printcip-dejstviya-elektrodvigatelya-506.htm

Бесколлекторный двигатель постоянного тока: особенности и принцип работы

Бесколлекторный двигатель постоянного тока имеет на статоре трёхфазную обмотку, и постоянный магнит на роторе. Вращающееся магнитное поле создаётся обмоткой статора, при взаимодействии с которым магнитный ротор приходит в движение.

Для создания вращающегося магнитного поля на обмотку статора подаётся система трёхфазных напряжений, которая может иметь различную форму и формируется различными способами.

Формирование питающих напряжений (коммутация обмоток) для бесколлекторного двигателя постоянного тока производиться специализированными блоками электроники – контроллером двигателя. 

Заказать бесколлекторный двигатель в нашем каталоге

В простейшем случае обмотки попарно подключаются к источнику постоянного напряжения и по мере того как ротор поворачивается в направлении вектора магнитного поля обмотки статора производится подключение напряжения к другой паре обмоток. Вектор магнитного поля статора при этом занимает другое положение и вращение ротора продолжается. Для определения нужного момента подключения следующих обмоток используется датчик положения ротора, чаще других используются датчики Холла. 

Возможные варианты и специальные случаи

Выпускаемые сейчас бесколлекторные двигатели могут иметь самую разную конструкцию. 

По исполнению статорной обмотки можно выделить двигатели с классической обмоткой, намотанной на стальной сердечник, и двигатели с полой цилиндрической обмоткой без стального сердечника. Классическая обмотка обладает значительно большей индуктивностью, чем полая цилиндрическая обмотка, и соответственно большей постоянной времени.

Из-за этого с одной стороны, полая цилиндрическая обмотка допускает более динамичное изменение тока (а, следовательно, и момента), с другой стороны при работе от контроллера двигателя, использующего ШИМ-модуляцию невысокой частоты для сглаживания пульсаций тока, требуются фильтрующие дроссели большего  номинала (а соответственно и большего размера).

Кроме того, классическая обмотка, как правило, имеет заметно больший момент магнитной фиксации, а также меньший КПД, чем полая цилиндрическая обмотка.

Ещё одно отличие, по которому разделяются различные модели двигателей – это взаимное расположение ротора и статора – существуют  двигатели с внутренним ротором и двигатели с внешним ротором.

Двигатели с внутренним ротором, как правило, имеют более высокие скорости и меньший момент инерции ротора, чем модели с внешним ротором. Благодаря этому двигатели с внутренним ротором имеют более высокую динамику.

Двигатели с внешним ротором часто имеют несколько больший номинальный момент при том же наружном диаметре двигателя. 

Отличия от других типов двигателей

Отличия от коллекторных ДПТ. Размещение обмотки на роторе позволило отказаться от щёток и коллектора и избавиться тем самым от подвижного электрического контакта, который значительно снижает надёжность ДПТ с постоянными магнитами.

По этой же причине  скорость у бесколлекторных двигателей, как правило, значительно выше, чем у ДПТ с постоянными магнитами.

С одной стороны это позволяет увеличить удельную мощность бесколлекторного двигателя, с другой стороны не для всех применений такая высокая скорость является действительно необходимой

Отличия от синхронных двигателей с постоянными магнитами. Синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе очень похожи на бесколлекторные ДПТ по конструкции, однако есть и ряд различий.

Во-первых термин синхронный двигатель объединяет в себе много различных видов двигателей, часть из которых предназначены для непосредственной работы от стандартной сети переменного тока, другая часть (например синхронные серводвигатели) может работать только от преобразователей частоты (контроллеров двигателей).

Бесколлекторные двигатели, хотя и имеют на статоре трёхфазную обмотку, не допускают непосредственную работу от сетевого напряжения, и обязательно требуют наличия соответствующего контроллера. Кроме того синхронные двигатели предполагают питание напряжением синусоидальной формы в то время как бесколлекторные двигатели допускают питание переменным напряжением ступенчатой формы (блочная коммутация) и даже предполагают его использование в номинальных режимах работы.

Когда нужен бесколлекторный двигатель?

Ответ на этот вопрос достаточно прост – в тех случаях, когда он имеет преимущество перед остальными типами двигателей. Так, например, практически невозможно обойтись без бесколлекторного двигателя в применениях, где требуются большие скорости вращения: свыше 10000 об/мин. Оправдано применение бесколлекторных двигателей также и в тех случаях, когда требуется высокий срок службы двигателя.

В тех случаях, когда требуется применять сборку из двигателя с редуктором, однозначно оправдано применение низкоскоростных бесколлекторных двигателей (с большим числом полюсов). Высокоскоростные бесколлекторные двигатели в этом случае будут иметь скорость выше, чем предельно допустимая скорость редуктора, и по этой причине не будет возможности использовать их мощность полностью.

Для  применений, где требуется максимально простое управление двигателем (без использования контроллера двигателя) естественным выбором будет коллекторный ДПТ. 

С другой стороны, в условиях повышенной температуры или повышенной радиации проявляется слабое место бесколлекторных двигателей – датчики Холла. Стандартные модели датчиков Холла имеют ограниченную стойкость к радиации и диапазон рабочих температур.

Если в подобном применении всё же имеется необходимость использовать бесколлекторный двигатель, то неизбежными становятся заказные исполнения с заменой датчиков Холла на более стойкие к указанным факторам, что увеличивает цену двигателя и сроки поставки.

Источник: https://avi-solutions.com/library/technologies/beskollektornyi_dvigatel_postoyannogo_toka/

Принцип действия и устройство электродвигателя постоянного тока

Сейчас невозможно представить нашу жизнь без электродвигателей.

Они приводят в действие станки, бытовую технику и инструменты, поезда, трамваи и троллейбусы, компьютеры, игрушки и разные подвижные механизмы, устанавливаются на производственных станках, если частоту вращения рабочего вала требуется регулировать в широком диапазоне.

Агрегаты для преобразования электрической энергии в механическую представлены множеством видов и моделей (синхронные, асинхронные, коллекторные и т.д.). Из этой статьи вы узнаете, что такое электродвигатель постоянного тока, его устройство и принцип действия.

Краткая история создания

Разные ученые пытались создать экономичный и мощный двигатель еще с первой половины 19 века. Основой послужило открытие М.Фарадея, сделанное в 1821 г. Он обнаружил, что помещенный в магнитное поле проводник вращается.

Отталкиваясь от этого, в 1833 г изобретатель Томас Дэвенпорт смог сконструировать двигатель постоянного тока, а позже, в 1834 г, ученый Б.С.Якоби придумал прообраз современной модели двигателя с вращающимся валом.

Устройство, более похожее на современные агрегаты, появилось в 1886 г, и до сегодняшнего дня электродвигатель продолжает совершенствоваться.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

На мысль о создании двигателя ученых натолкнуто следующее открытие. Помещенная в магнитное поле проволочная рамка с пропущенным по ней током начинает вращаться, создавая механическую энергию.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока основывается на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Но одна рамка после определенного количества вращений замирает в положении, параллельном внешнему магнитному полю.

Для продолжения движения необходимо добавить вторую рамку и в определенный момент переключить направление тока.

Вместо рамок в двигателе используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг него возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и далее процесс продолжается.

Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах).

Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников.

Изолированные друг от друга выводы представляют собой кольцо из нескольких ламелей, которое находится на оси вала якоря и называется коллекторным узлом. Благодаря поочередному замыканию ламелей щетками двигатель вращается равномерно.

Степень равномерности работы двигателя зависит от количества проводников (чем больше, тем равномернее).

Устройство электродвигателя постоянного тока

Теперь, когда вы знаете, как работает электродвигатель постоянного тока, пора ознакомиться с его конструкцией.

Как и у других моделей, основу двигателя составляют статор (индуктор) – неподвижная часть, и якорь вкупе с щеточноколлекторным узлом – подвижная часть. Обе части разделены воздушным зазором.

В состав статора входят станина, являющаяся элементом магнитной цепи, а также главные и добавочные полюса. Обмотки возбуждения, необходимые для создания магнитного поля, находятся на главных полюсах. Специальная обмотка, улучшающая условия коммутации, расположена на добавочных полюсах.

Якорь представляет собой узел, состоящий из магнитной системы (она собрана из нескольких листов), набора обмоток (проводников), уложенных в пазы, и коллектора, который подводит постоянный ток к рабочей обмотке.

Коллектор имеет вид цилиндра, собранного из изолированных медных пластин. Он насажен на вал двигателя и имеет выступы, к которым подходят концы секций обмотки якоря. Щетки снимают ток с коллектора, входя с ним в скользящий контакт. Удержание щеток в нужном положении и обеспечение их нажатия на коллектор с определенной силой осуществляется щеткодержателями.

Многие модели двигателей оснащены вентилятором, задача которого – охлаждение агрегата и увеличение продолжительности рабочего периода.

Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока позволяют широко использовать это устройство в самых разных сферах – от бытовых приборов до транспорта. К его преимуществам можно отнести:

• Экологичность. При работе не выделяются вредные вещества и отходы.
• Надежность. Благодаря довольно простой конструкции он редко ломается и служит долго.
• Универсальность. Он может использоваться в качестве как двигателя, так и генератора.
• Простота управления.
• Возможность регулирования частоты и скорости вращения вала – достаточно подключить агрегат в цепь переменного сопротивления.
• Легкость запуска.
• Небольшие размеры.
• Возможность менять направление вращения вала. В двигателе с последовательным возбуждением нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, во всех остальных типах – в якоре.

Как и любое устройство, электродвигатели постоянного тока имеют и «слабые стороны»:

• Их себестоимость, следовательно, и цена достаточно высока.
• Для подключения к сети необходим выпрямитель тока.
• Самая уязвимая и быстроизнашивающаяся деталь – щетки – требует периодической замены.
• При сильной перегрузке может случиться возгорание. Если соблюдать правила эксплуатации, такая возможность исключена.

Но, как видите, достоинства явно перевешивают, поэтому на данный момент электродвигатель является одним из наиболее экономичных и эффективных устройств. Зная устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока, вы сможете самостоятельно собрать и разобрать его для техосмотра, чистки или устранения неисправностей.

Источник: https://www.szemo.ru/press-tsentr/article/printsip-deystviya-i-ustroystvo-elektrodvigatelya-postoyannogo-toka/

Простейшие модели электродвигателей

Простейшие электродвигатели приводят в действие различные тяжелые краны. При помощи своего тягового привода, такие электродвигатели обеспечивают полноценную работу тепловозам, электровозам, теплоходам и карьерным самосвалам. Этому способствует их оптимальная регулировка скорости и  высокий пусковой момент.

Конструктивные особенности и параметры простейших электродвигателей

Обычный электродвигатель — устройство, получающее механическую энергию из электрической. В его самом упрощенном варианте электрический ток воздействует на ряд электромагнитов, которые расположены в постоянном магните. Благодаря такому действию и происходит вращение ротора. Работа электродвигателей происходит путем питания от переменного либо постоянного тока. Размеры электродвигателей бывают самыми различными, как миниатюрными, так и большими.

В простейших электродвигателях наблюдается повышенная точность обработки, которой способствует высокая точность изготовления и жесткости станка, существенно превышающей жесткость стандартного станка. Это разрешает качественно устранять зазоры, создаваемые передаточными механизмами приводов подач, понижать потери на трение в механизмах и тепловые деформации, повышать виброустойчивость и применять в станках, оборудованных датчиками обратной связи.

По заказу клиента возможна различная комплектация таких установок. Однако в их базовые детали обязательно включаются литые либо сварные основания, станины и колонны, которым придается усиленная жесткость за счет вспомогательных ребер жесткости. Повышенной жесткостью также наделены подвижные несущие части, такие как  суппорты, салазки и столы.

Где можно приобрести простейшие электродвигатели?

Если Вы хотите купить простейшие электродвигатели с разумным сочетанием доступной цены и высокого качества, то доверяйте только проверенным компаниям. Наша компания работает на рынке электродвигателей с 1991 г.

Во многом успешность нашей деятельности зависит от постоянного сотрудничества с хорошо проверенными производителями электродвигателей. Это позволяет нашей компании предлагать потребителям самые разные виды электродвигателей и осуществлять их поставку по заказу клиента в предельно сжатые сроки.

Источник: https://www.rosdiler-electro.ru/prostejshij-jelektrodvigatel.html