— ЭМС: Электромагнитные излучения в оборудовании с переменной частотой, особенно в сочетании с длинными кабелями, могут потребовать дополнительных мер и оборудования.
Типы электродвигателей, их разновидности, свойства, характеристики
Электродвигатель — это машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Механическая работа обычно выражается в виде вращения вала. Они работают от разных источников энергии и, несмотря на одинаковые функции, имеют определенные различия, которые влияют на диапазон их использования. Ведь не зря в холодильниках ставят мотор, в вентиляторах — другие, в стиральных машинах, вообще, третьего типа. Для лучшего понимания давайте рассмотрим различные типы электродвигателей и то, чем они отличаются друг от друга. Это поможет понять логику выбора того или иного двигателя для каждого из приборов.
Строгой классификации электродвигателей не существует, но их можно различать по различным параметрам. Наиболее важными являются тип источника питания и наличие скользящих контактов. Их можно считать базовыми элементами, в них легче ориентироваться. В целом, существует не так много типов электродвигателей — синхронные, асинхронные, постоянного тока и вентильные. Возможно, это все. Кроме того, в большинстве «категорий» существует несколько вариантов, которые существенно меняют свойства и характеристики. Однако это необходимо уточнять в каждом конкретном случае.
Электродвигатели различаются по типу источника питания, устройству и назначению.
Итак, давайте рассмотрим типы электродвигателей в зависимости от типа источника питания. Они приходят:
- DC,
- переменного тока:
- однофазное питание,
- трехфазное питание,
Только универсальный тип нуждается в объяснении. Такой электродвигатель может работать как на постоянном, так и на переменном токе. Один тип — это, по сути, двигатель с общим коммутатором и обмоткой возбуждения. Двигатели переменного тока включают синхронные и асинхронные двигатели. Двигатели постоянного тока — это двигатели с коммутатором и вентильные двигатели.
Наиболее распространенными типами электродвигателей являются
Все электродвигатели можно разделить на две группы в зависимости от типа источника питания:
- Коллектор (бесщеточный),
- Бесщеточный (без щеток).
Бесщеточные двигатели требуют меньшего обслуживания, работают тише и надежнее. К ним относятся асинхронные двигатели с короткозамкнутым короткозамкнутым ротором (работа с переменным напряжением), вентильные двигатели (работа с постоянным напряжением). Другие имеют коллектор и щетки, через которые напряжение подается на обмотки катушки.
Постоянного тока
Двигатели постоянного тока появились еще в конце 19 века. С некоторыми изменениями они используются и сегодня и пользуются большой популярностью. Например, вибрация в современном смартфоне создается двигателем постоянного тока, который очень мал и имеет мощность всего милливатт, но все же. Большинство игрушек также имеют такие моторы. Это не значит, что они не используются в серьезных технологиях, но они есть. Более мощные используются в качестве тяговых двигателей в электродвигателях. Их мощность измеряется сотнями киловатт (более 800), а работают они при напряжении 1,5 кВ.
Типы двигателей постоянного тока
Коллекторные
Тяговый двигатель постоянного тока, как и все другие двигатели, состоит из неподвижного двигателя (статора) и подвижного двигателя (якоря). Магнитные полюса прикреплены к статору. В маломощных моделях используются постоянные магниты; в мощных моделях добавляются обмотки (называемые обмотками возбуждения) для усиления магнитного поля.
Ротор представляет собой магнитный сердечник из металлических пластин, в пазы которых вмонтированы обмотки из медного провода — обмотки ротора. Концы обмоток ротора подведены к коллектору, который состоит из медных пластин в виде цилиндрических секторов. Пластины изолированы друг от друга и от вала, на котором они установлены. Концы обмоток вбиваются в пластины коллектора. Вторая часть коллекторного узла — графитовые щетки с щеткодержателем. Щетки прижимаются к пластинам коллектора, но не мешают вращению якоря.
Конструкция коллекторного двигателя постоянного тока
На щетки подается напряжение. В какой-то момент они вступают в контакт с парой пластин на коллекторе (редко — четыре щетки). Эта пара пластин соединена с обмоткой ротора, т.е. обмотка питается током через щетки. Вокруг якоря создается магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем статора. Результирующий вектор этого взаимодействия «толкает» якорь так, что он вращается.
Вал вращается, очистители вступают в контакт с другой парой пластин и передают потенциал на другие обмотки, которые затем толкают якорь. Именно так работает коллекторный двигатель постоянного тока, который был более подробно описан в предыдущей статье.
Универсальный
Большинство бытовых приборов, работающих от сети, имеют коллекторный двигатель общего назначения. Она лишь незначительно отличается от описанной выше. Как одна и та же конструкция может работать как с постоянным, так и с переменным напряжением? Это происходит потому, что в этой машине магнитные поля полюсов и обмоток ротора взаимодействуют. Направление вращения якоря легко изменить, поменяв полярность полюсов или ротора. Но что произойдет, если вы одновременно обратитесь к обоим? Ничего. Арматура продолжает двигаться в том же направлении. На этом основан коллекторный двигатель переменного тока.
Универсальный коллекторный двигатель в секции
Обмотки возбуждения и якоря соединены последовательно так, что полярность их питания меняется почти одновременно. Единственное, что пришлось изменить в универсальном двигателе, это выбить сердечник якоря. Это делается для стабилизации взаимодействия между магнитными полями якоря и полюса (с обмотками возбуждения).
Переменного тока
Электродвигатели переменного тока могут быть как синхронными, так и асинхронными. В чем разница между этими типами электродвигателей? Разница в том, что в синхронных двигателях ротор вращается с той же скоростью, с которой изменяется поле статора, в то время как в асинхронных моделях скорость вращения ротора разная.
Существует два типа двигателей переменного тока — с синхронным и асинхронным вращением ротора.
Асинхронный двигатель переменного тока
Для машин, приводимых в действие трехфазной системой, наиболее распространены асинхронные двигатели. Поэтому они используются в производстве. Эти машины имеют отдельную электромагнитную систему в статоре. Внутри корпуса вставлены пластины, в пазах которых закреплены фазные обмотки. Статор обычно состоит из трех фаз, но может также состоять из двух или более.
Существует два типа бегунков: сепараторы короткого замыкания и фазовые сепараторы. Клетка может быть полностью металлической (новые модели) или состоять из «червячной клетки» с заполненными алюминием промежутками между прутьями клетки. Ротор вставляется в статор, оставляя между ними минимальный зазор, не превышающий нескольких миллиметров даже в самых мощных моделях. На статор подается напряжение, которое генерирует вращающееся магнитное поле. Ротор попадает в зону магнитного поля, и в нем индуцируются токи. Результирующее поле имеет фиксированное направление, поэтому ротор начинает вращаться. Поскольку поле создается индукцией, между ротором и статором нет электрического контакта, ни коллектора, ни щеток. Вал крепится к крышкам статора только на подшипниках. Этот двигатель относится к группе бесщеточных двигателей (без коммутатора).
Асинхронный двигатель с разными роторами
Асинхронный двигатель с фазорегуляторным ротором имеет коммутаторный узел. На валу двигателя установлен магнитный корпус, состоящий из прямоугольных пластин с поверхностями для трехфазных обмоток. Обмотки проходят через коллекторный блок и поочередно создают магнитное поле, которое соединяется с магнитным полем статора. Это приводит к вращению.
Особенности однофазных моделей
Однофазный асинхронный двигатель имеет две обмотки на статоре: фазную обмотку и вспомогательную или пусковую обмотку. Это необходимо для поддержания ротора в «рабочем состоянии», чтобы он изначально вращался. Пусковая обмотка подключается через конденсатор для обеспечения «гистерезиса». Вот почему этот тип асинхронного двигателя часто называют конденсаторным двигателем. По сути, это все тот же асинхронный двигатель, но двухфазный.
Эти двигатели не могут развивать достаточный крутящий момент и поэтому используются в тех областях, где это не требуется, например, в вытяжных вентиляторах. Двигатели других типов не используются в этой области, поскольку высокий крутящий момент не требуется.
Достоинства, недостатки, область применения
Как упоминалось выше, широко используются асинхронные двигатели, которые в основном являются двигателями с короткозамкнутым ротором. Есть несколько преимуществ. Во-первых, отсутствует коммутатор, что упрощает конструкцию, и двигатель требует более простого и менее частого обслуживания. Второе преимущество заключается в том, что их можно подключать непосредственно к электросети. При включении потребляемый ток значительно возрастает (в 3-7 раз выше номинального), но такие перегрузки допустимы. В-третьих, конструкция проста и поэтому дешева.
Рост электронной промышленности размыл границы нишевых отраслей. В настоящее время двигатели постоянного и переменного тока сдают свои позиции. Появление частотно-регулируемых скорости и момента для короткозамкнутых асинхронных и синхронных двигателей все больше смещает процесс принятия решений с инженерного на технико-экономический уровень.
Коллекторные тяговые двигатели
В России существует единая линейка тяговых двигателей постоянного тока, в которую входят электродвигатели метрополитена. Все они имеют общий принцип конструкции и множество унифицированных узлов и деталей. Унифицированные тяговые двигатели могут быть изготовлены на одном типе обрабатывающего оборудования, что снижает их стоимость. Тяговые двигатели постоянного тока широко используются в вагонах метро. Эти двигатели имеют хорошие тяговые характеристики, относительно просты в конструкции и надежны в эксплуатации. Тяговые электродвигатели для рельсового транспорта значительно отличаются по своей конструкции от стационарных тяговых электродвигателей постоянного тока из-за специфики их расположения и условий эксплуатации. Размеры тягового двигателя, подвешенного под кузовом автомобиля, ограничены размерами кузова автомобиля. Его диаметр определяется диаметром колеса, так как необходимо соблюдать определенное расстояние от нижней части двигателя до высоты головки рельса. Длина тягового электродвигателя ограничена габаритными размерами кузова. Вагоны имеют четыре тяговых двигателя, по одному на каждую колесную пару. Они пронумерованы по осям и считаются из кабины водителя. Тяговый двигатель работает в сложных условиях, поскольку подвергается воздействию грязи путевого полотна, пыли тормозных колодок, а также дождя и снега на открытых участках пути. Поэтому все детали внутри корпуса должны быть защищены. Для лучшего отвода тепла, выделяемого при работе тягового двигателя, на валу якоря установлен вентилятор, который всасывает воздух со стороны коллектора и направляет его через двигатель. В паспорте стационарных электродвигателей обычно указывается продолжительная мощность, т.е. мощность, которую двигатель должен обеспечивать неограниченно долго, при этом температура его частей и компонентов не должна превышать значений, допускаемых стандартами на изоляционные материалы. Работа тяговых двигателей сильно варьируется в зависимости от профиля линии и веса поезда. Это не позволяет характеризовать работу тягового двигателя только его постоянной рабочей мощностью. Поэтому характеристики тягового электродвигателя приведены для часового и максимального режима работы.
Асинхронные тяговые двигатели
Тяговые двигатели ДАТЭ-170 входят в комплект тягового привода КАТП-1, который устанавливается в вагонах 81-720.1/721.1 и 81-740/741. Их основные параметры:
- Номинальная мощность — 170 кВт
- минимальное напряжение — 530 В
- Номинальная частота тока статора — 43 Гц
- Номинальная скорость — 1290 об/мин
- Максимальная скорость — 3600 об/мин
- Вес — 805 кг
Кроме того, автомобили с асинхронным приводом отечественного производства Škoda используются в метрополитенах Казани, Киева и Праги.
Конструкция тяговых двигателей
Все тяговые двигатели постоянного тока вагонов метро в основном имеют одинаковую конструкцию. Двигатель состоит из рамы, четырех главных и четырех вспомогательных полюсов, якоря, подшипниковых щитов, щеток и вентилятора.
Остов двигателя
Он изготовлен из электромагнитной стали, имеет цилиндрическую форму и служит магнитопроводом. В раме предусмотрены три фланца рычага и два защитных ребра для жесткого крепления к поперечине рамы кузова. Рама должна иметь отверстия для установки основных и вспомогательных штанг, вентиляционных и распределительных люков. Из рамы двигателя выходят шесть кабелей. Торцы рамы должны быть снабжены опорными пластинами. На раме имеется табличка с указанием производителя, серийного номера, веса, силы тока, скорости, мощности и напряжения.
Главные полюсы
Они используются для генерации основного магнитного потока. Главный полюс состоит из сердечника и катушки. Катушки всех главных полюсов соединены последовательно и образуют обмотку возбуждения. Сердечник изготовлен из электротехнических листов толщиной 1,5 мм для уменьшения биполярных токов. Перед сборкой листы покрываются изоляционным лаком, спрессовываются и склепываются. Часть сердечника, обращенная к арматуре, становится шире и называется полюсным концом. Эта деталь служит для поддержки катушки и лучшего распределения магнитного потока в воздушном зазоре. В тяговых двигателях ДК-108А, установленных на вагонах Е (по сравнению с ДК-104 на вагонах Д), было увеличено расстояние между якорем и главными полюсами, что с одной стороны позволило увеличить скорость в рабочем режиме на 26%, но с другой стороны снизило эффективность электрического торможения (медленное возбуждение двигателей в генераторном режиме из-за недостаточного магнитного потока). Для повышения эффективности электрического торможения в катушках главных полюсов помимо двух основных обмоток, создающих основной магнитный поток в режиме тяги и торможения, имеется третья — субмагнитная, создающая дополнительный магнитный поток во время работы двигателя только в режиме генератора. Намагничивающая обмотка включена параллельно двум основным обмоткам и питается от высоковольтной цепи через выключатель, предохранитель и контактор. Катушки главного полюса изолированы кремнийорганической изоляцией. Главный полюс крепится к раме двумя винтами, которые прикручены к квадратному стержню в корпусе сердечника.
Добавочные полюсы
Они служат для создания дополнительного магнитного потока, который улучшает коммутацию и уменьшает реакцию якоря в зоне между главными полюсами. Они меньше основных столбов и расположены между основными столбами. Вспомогательный полюс состоит из сердечника и катушки. Сердечник является монолитным, так как на краю сердечника нет раздвоений из-за малой индуктивности под вспомогательным полюсом. Сердечник крепится к раме двумя винтами. Между сердечником и керном имеется диамагнитное латунное уплотнение для уменьшения потерь магнитного потока. Катушки вспомогательных полюсов соединены последовательно друг с другом и с обмоткой якоря.
Якорь
Двигатель постоянного тока имеет якорь, состоящий из сердечника, обмотки, коллектора и вала. Сердечник якоря представляет собой цилиндр, изготовленный из листовой стали толщиной 0,5 мм. Для снижения потерь из-за блуждающих токов, возникающих при пересечении якорем магнитного поля, листы изолируются друг от друга лаком. Каждая пластина имеет паз для крепления вала, вентиляционные отверстия и пазы для намотки арматуры. Пазы имеют ласточкины хвосты в верхней части. Пластины скользят по валу и фиксируются шпонкой. Собранные пластины прессуются между двумя очистителями высокого давления. Армирующая оболочка состоит из профилей, помещенных в пазы сердечника и пропитанных битумом и бакелитовым лаком. Чтобы обмотка не выпадала из пазов, в пазы забиваются текстолитовые клинья, а передняя и задняя части обмотки укрепляются полосками проволоки, которые после намотки свариваются оловом. Назначение коллектора постоянного тока не одинаково в различных режимах работы. Например, в режиме генератора коллектор служит для преобразования переменной электродвижущей силы (ЭДС), наведенной в обмотке якоря, в постоянную ЭДС в щетках генератора, а в режиме двигателя он служит для изменения направления тока в проводниках обмотки якоря, чтобы якорь двигателя вращался в определенном направлении. Коллектор состоит из гильзы, медных коллекторных пластин и напорного конуса. Пластины коллектора изолированы друг от друга миканитовыми пластинами, а от гильзы и напорного конуса — изолирующими гильзами. Рабочая часть коллектора, соприкасающаяся со щетками, обрабатывается и шлифуется. Для предотвращения контакта щеток с миканитовыми пластинами во время работы коллектор «блокируется». Это делает миканитовые пластины примерно на 1 мм ниже, чем коллекторные пластины. Со стороны сердечника коллекторные пластины имеют пазы для приварки к проводникам обмотки якоря. Коллекторные пластины имеют клиновидное сечение и форму «ласточкин хвост» для удобства крепления. Коллектор напрессовывается на вал якоря и фиксируется гаечным ключом. Вал якоря поставляется с различными диаметрами седла. Помимо якоря и коллектора, на вал напрессована стальная втулка вентилятора. Внутренние кольца и втулки подшипника устанавливаются на вал в горячем состоянии.
Обмотка возбуждения, установленная на статоре, также смещена на 120°. Статор, изготовленный из электротехнической стали, имеет такие размеры, что его магнитное поле перекрывает два пакета магнитов ротора.
Двигатели переменного тока
Эти двигатели делятся на синхронные и асинхронные. Основное различие заключается в том, что в синхронных двигателях 1-я гармоника магнитомеханической силы статора движется со скоростью ротора (поэтому сам ротор вращается со скоростью магнитного поля в статоре), тогда как в асинхронных двигателях есть и остается разница между скоростью ротора и скоростью магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее, чем ротор).
Синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти двигатели традиционно используются для больших мощностей (сотни киловатт и более). Существуют современные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. Это положение ротора определяется током, подаваемым на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путем снятия напряжения питания с одной обмотки и передачи его на другие обмотки двигателя. Другим типом синхронного двигателя является вентильный электродвигатель, обмотки которого управляются полупроводниковыми элементами.
Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором скорость вращения ротора изменяется в зависимости от частоты крутящего магнитного поля, создаваемого напряжением питания; второе название асинхронных двигателей — индукционные — основано на том, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины составляют сегодня большую часть электрических машин. В основном они используются в виде электродвигателей и считаются основным преобразователем электрической энергии в механическую, причем наиболее распространены короткозамкнутые асинхронные двигатели.
В зависимости от количества фаз двигатели могут быть:
Самые популярные и широко используемые двигатели для строительных и бытовых применений:
Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Однофазный асинхронный двигатель имеет только одну рабочую обмотку в статоре, на которую во время работы двигателя подается переменный ток. Однако для запуска двигателя в статоре имеется вспомогательная обмотка, которая замыкается на сеть через конденсатор или дроссельную катушку или замыкается через контакты автоматического выключателя. Это необходимо для создания начального сдвига фаз, чтобы ротор начал вращаться, иначе пульсирующее магнитное поле статора не сможет сдвинуть ротор с места.
Ротор такого двигателя, как и любого другого короткозамкнутого индукционного двигателя, представляет собой цилиндрический сердечник из рифленого алюминия, в который сразу же заливаются вентиляционные лопатки. Такой ротор называется ротором с короткозамкнутой клеткой. Однофазные двигатели используются для приложений с низким энергопотреблением, например, комнатные вентиляторы или небольшие насосы.
Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Двухфазные асинхронные двигатели имеют более высокий КПД при работе с однофазным переменным током. Они содержат две перпендикулярные рабочие обмотки на статоре, одна из которых подключена непосредственно к сети переменного тока, а другая — через фазосдвигающий конденсатор, так что создается вращающееся магнитное поле, но без конденсатора ротор не выйдет из положения.
Эти двигатели имеют, помимо прочего, короткозамкнутый ротор с сепаратором и используются даже более широко, чем однофазные двигатели. Есть стиральные машины и различные станки. Двухфазные двигатели, работающие от однофазной сети, называются конденсаторными, поскольку конденсатор для ввода фазы часто является существенной частью двигателей.
Обмотка возбуждения, установленная на статоре, также смещена на 120°. Статор, изготовленный из электротехнической стали, имеет такие размеры, что его магнитное поле перекрывает два пакета магнитов ротора.
Двигатели переменного тока
Конструкция электродвигателя переменного тока выглядит как обратная по сравнению с двигателем постоянного тока. Напряжение питания подается на обмотки статора, а принцип работы основан не на отталкивании полюсов одного и того же магнита, а на притяжении с противоположным знаком.
Магнитное поле статора двигателя переменного тока вращается. Этот эффект возникает в результате сложения векторов магнитной индукции нескольких переменных токов, синусоидальные фазы которых смещены друг относительно друга на определенный угол — 90 0, если это двухфазная сеть, и 60 0, если это трехфазная сеть. Углы легко объяснить: Простая обмотка генератора состоит из двух диаметрально противоположных катушек в статоре. Если вы разделите 360 0 на четыре (две обмотки) или шесть (три обмотки), вы получите исходные значения.
Магнитное поле ротора создается за счет энергии в обмотках статора и обладает двумя свойствами:
- Его знак противоположен знаку статора.
- Оно отстает от магнитного поля статора, потому что для его возбуждения требуется некоторое время, а также потому, что сам ротор имеет собственный вес и, следовательно, момент инерции.
- Линейная скорость ротора ниже из-за разницы в размерах.
- Потери энергии происходят в воздушном зазоре между частями машины.
Угол совмещения между ротором и статором достигает 18 0, поэтому двигатели переменного тока также называют асинхронными.
Наиболее распространенной конструкцией является электродвигатель, обмотка ротора которого состоит из нескольких проводников, замкнутых двумя металлическими кольцами. Он имеет форму так называемого беличьего колеса. Все эти двигатели являются общепромышленными электродвигателями. Они просты, но имеют один непреодолимый недостаток: высокие пусковые токи, которые приводят к перегрузкам сети и несчастным случаям.
Двигатели с фазным ротором запускаются плавно и без перегрузок, но они сложны и дороги. Они используются при высоких тяговых усилиях. Например, в крановых системах или в электротранспорте.
Видео — как работает электродвигатель:
Как правильно эксплуатировать электродвигатель
Асинхронный электродвигатель — самый распространенный двигатель, используемый сегодня в промышленности и строительстве. Чтобы устройство всегда было в хорошем состоянии и его не пришлось демонтировать из-за преждевременного износа, хорошие владельцы заботятся о нем и обращаются с ним должным образом. В этой статье рассказывается о том, как правильно эксплуатировать электродвигатель, чтобы избежать неисправностей.
Условия эксплуатации электродвигателя
При правильной установке и использовании электродвигатель полностью соответствует техническим характеристикам, указанным в техническом паспорте. Ниже перечислены условия, при которых двигатель соответствует номинальным значениям:
— Колебания напряжения в сети, к которой подключено устройство, не должны превышать 5% от номинального значения,
— максимально допустимая температура воздуха вблизи строительной установки не должна превышать +350 C.
— во избежание перегрузки двигателя, амперметр должен контролироваться таким образом, чтобы значение тока не превышало 5% от номинального значения,
— корпус устройства должен быть надежно заземлен, а сопротивление заземления необходимо регулярно проверять,
— корпус устройства должен быть надежно заземлен и сопротивление заземления должно регулярно проверяться, — конструктивные детали из коррозийных материалов должны быть покрыты краской. Коррозия всегда начинается на поверхности металла и затем распространяется вниз, ухудшая механические свойства материала,
— Кабели, по которым подается напряжение питания, должны быть надежно изолированы и защищены от случайных механических повреждений. Подключение осуществляется непосредственно к клеммам двигателя в коробке.
Основные правила эксплуатации вашего двигателя
Правильная эксплуатация электродвигателя обеспечивает его надежную работу в течение всего срока службы. Перед вводом устройства в эксплуатацию всегда проверяйте, что оно
— Чистота и отсутствие лишних предметов на корпусе и вокруг него,
— качество крепления статора.
Рекомендуется доверить первый ввод в эксплуатацию электродвигателя специалисту, который будет обслуживать все движущиеся механизмы.
Рекомендации по эксплуатации асинхронных электродвигателей:
Работающий двигатель должен иметь следующие основные электрические и механические характеристики:
— температура статора не должна превышать 900 C,
— вибрация находится в пределах нормы, т.е. число оборотов двигателя
— Вращение ротора происходит бесшумно, без скачков,
— Значение нагрузки, указанное производителем,
— Щетки коллекторных двигателей не мерцают.
Контуры защищены безопасными разъемами. Текущее значение указывается на вставке.
Электродвигатель должен быть выключен в следующих случаях
— Появляется сильный запах гари, дым, искры, огонь,
— сильные вибрации, которые могут повредить двигатель,
— повреждение электродвигателя,
— резкое падение скорости вращения двигателя и чрезмерный нагрев.
В обязанности владельца также входит планирование профилактического обслуживания, которое повысит надежность оборудования.
Некоторые двигатели используются редко. Что следует предпринять в этом случае? Рекомендуется постоянно осматривать устройства, проверять сопротивление изоляции и вводить их в эксплуатацию, чтобы в случае необходимости их можно было использовать без промедления.
Конструкция асинхронного электродвигателя проста и надежна. Если соблюдать правила эксплуатации и не превышать основные электрические и механические параметры, установленные производителем, срок службы устройства может быть продлен.
Электродвигатели, работающие от переменного тока, называются двигателями переменного тока, которые делятся на два варианта:
Различия между тиристорными преобразователями постоянного тока и преобразователями частоты
— Передача и преобразование электроэнергии:
Принципиальная схема 1-квадрантного привода постоянного тока.
Передача тока от одного тиристора к другому начинается со стартового импульса, а затем продолжается через линейную связь. Это означает, что напряжение между фазами переключения поляризуется таким образом, что ток вновь открывающегося тиристора увеличивается и закрывает предыдущий тиристор, снижая его ток до нуля. Тиристоры переключаются естественным образом (от напряжения сети), когда ток становится равным нулю, и тиристоры без проблем блокируются даже в случае значительной перегрузки. Поэтому тиристоры можно выбирать по среднему номинальному току нагрузки, а не по пиковому току.
Схема преобразователя частоты
Хотя выпрямительный входной мост преобразователя частоты функционирует аналогично устройству постоянного тока, выпрямленный им ток должен быть преобразован обратно в трехфазный переменный ток с помощью инвертора. Поскольку постоянный ток не имеет пересечения нуля, коммутирующие элементы (IGBT-транзисторы) должны прерывать полный ток нагрузки. Когда транзистор IGBT выключается, ток течет через блокирующий диод к противоположному полюсу постоянного напряжения. Переключение происходит без контроля напряжения, но возможно в любое время независимо от хода сетевого напряжения.
Результат: Переключение в преобразователях частоты происходит на высокой частоте, поэтому в выходном напряжении появляется высокочастотная составляющая и могут возникнуть проблемы с электромагнитной совместимостью. В DC-DC преобразователях имеется только один контур преобразования мощности (переменный ток → постоянный ток). Частотные преобразователи имеют два контура преобразования мощности (AC → DC и DC → AC), т.е. потери мощности в два раза выше по сравнению с преобразователями постоянного тока. Эмпирическая потеря мощности выглядит следующим образом. Площадь, необходимая для шкафа инвертора мощностью 100 кВт и выше: ODT — 100 %, VFD — 130 %. 300 %. Это преимущество агрегатов постоянного тока позволяет уменьшить размер и стоимость панели управления и системы охлаждения.
— Выходные токи переменного и постоянного тока, шум двигателя, напряжение изоляции обмоток, электромагнитная совместимость (ЭМС):
— Ток/шум двигателя: Напряжение, подаваемое на двигатель, состоит из компонентов синусоидального сетевого напряжения. Ток двигателя — это постоянный ток с переменной составляющей от мостового выпрямителя, поэтому шумы от привода постоянного тока отсутствуют.
— Пульсация крутящего момента двигателя: колебательный момент (fПомощь = 6 x fстрока = 300 Гц или 360 Гц), возникающие в результате импульсов тока, накладываются на основной крутящий момент и значительно превышают частоты механического резонанса. По этой причине нет никаких проблем для таких применений, как намотчики и т.д.
Модернизация существующих приводов постоянного тока.
Когда возникает вопрос, стоит ли модернизировать существующий двигатель постоянного тока или дешевле будет полностью заменить его на двигатель переменного тока, необходимо подойти к нему взвешенно и взвесить все преимущества и недостатки.
В принципе, существуют различные уровни модернизации:
- Полная замена двигателя постоянного тока (инвертора и двигателя) на новый современный двигатель постоянного тока.
- Замена преобразователя только в том случае, если двигатель находится в хорошем состоянии.
- Замена одного из блоков инвертора на новый блок.
- Замена аналоговых электронных регуляторов на цифровые электронные регуляторы без замены силового агрегата (рекомендуется только для мощностей свыше 1 МВт).
- Полная замена всей системы привода на частотно-регулируемый привод.
Для того чтобы ответить на вопрос, какой подход следует выбрать в конкретном случае, важно оценить ряд критериев:
- Существует ли вероятность того, что в будущем потребуется замена двигателя (изменение типа или характера нагрузки, условий эксплуатации и т.д.)?
- Каково состояние отдельных компонентов системы (надежность, возраст, эксплуатационные расходы)?
- Прежде чем принять решение о замене двигателя постоянного тока на VFD, рассмотрите следующие моменты:
- Стоимость прокладки новых кабелей.
- Стоимость новых кабелей.
- Где должен быть установлен преобразователь частоты?
- Механическая установка нового двигателя возможна и сложна
- Продолжительность всех работ по замене модулей. 1:1.5)?
- Удовлетворительна ли степень защиты двигателя? < IP54 ? Работа в незагрязненной среде?
- Возможно ли регулярное техническое обслуживание двигателя?
- Вам нужны компактные размеры и малый вес преобразователя и двигателя?
Чем на большее количество вопросов вы ответили «да», тем больше вы хотите использовать привод постоянного тока!
© ИНТЕХНИКА. Все права защищены. Копирование текста и изображений на этом сайте требует предварительного согласия правообладателя.
Поставка технологий электропривода и промышленной автоматизации: преобразователи частоты, серводвигатели, двигатели постоянного тока, пускатели, устройства управления и датчики давления.
Коллектор — электрическое устройство, в котором датчик положения ротора и переключатель тока обмотки являются одним и тем же устройством — щеточно-коллекторный узел.
Виды двигателей переменного тока
Использование трехфазной сети привело к преобладанию асинхронных трехфазных двигателей во всех отраслях промышленности.
На статоре асинхронного двигателя установлена трехфазная обмотка, которая генерирует вращающееся магнитное поле при протекании синусоидального тока. Когда замкнутые проводники ротора пересекаются, магнитное поле генерирует электрический ток (ЭЭД).
Переменный ток в проводнике генерирует собственное магнитное поле, которое стремится достичь поля статора. Взаимодействие полей вызывает вращение ротора, скорость вращения которого отстает от скорости вращения поля статора на величину скольжения. Наличие этой разницы является важнейшим условием для вращения ротора асинхронного двигателя.
Асинхронный трехфазный двигатель
Двигатели, использующие трехфазную систему для создания вращающегося магнитного поля статора. Они делятся на клетки для белок и клетки для фаз.
В роторе с короткозамкнутым сепаратором алюминий (реже медь) заливается в пазы цилиндра, изготовленного из листов электротехнической стали, и соединяется с токопроводящими втулками на концах. Эта «короткозамкнутая клетка» генерирует ЭЭД, затем ток и магнитное поле для вращения вала. В последних конструкциях таких двигателей используется цельнометаллический полый ротор из алюминия.
В двигателях с фазным соединением трехфазная обмотка наматывается звездой в пазах ротора, а свободные концы выводятся на контактные кольца для подключения к сети или на резисторы для снижения пускового тока.
Однофазный асинхронный двигатель не может генерировать вращающееся магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться. Для перемещения ротора на статоре установлены две обмотки: пусковая и ходовая. При включении напряжение подается на рабочую катушку и кратковременно также на пусковую катушку через конденсатор. Возникающий перекос фаз вызывает вращение ротора, пусковая обмотка отключается, и двигатель выходит на номинальный режим работы.
Синхронные двигатели переменного тока
В современных двигателях скорость вращения ротора равна скорости вращающегося поля статора в номинальном режиме. Он отличается от асинхронного двигателя тем, что имеет коммутатор.
На статоре этого типа электродвигателя находится трехфазная обмотка (обычно высоковольтная на больших машинах), которая генерирует вращающееся магнитное поле. На роторе имеются две обмотки: «червячная клетка» и электромагнитные катушки, питающиеся от источника постоянного тока.
Запуск синхронного двигателя такой же, как и асинхронного двигателя с короткозамкнутой клеткой. Когда достигается номинальная скорость асинхронного режима, на электромагниты подается ток, и скорости магнитного поля ротора и статора выравниваются.
Положительными характеристиками синхронных двигателей являются:
- низкая реактивная мощность и, следовательно, высокий КПД и cos f,
- устойчивость на высоких скоростях при переменных нагрузках,
- устойчивость к перегрузкам.
К недостаткам относятся: Наличие источника постоянного тока, трудности с запуском, трудности с управлением крутящим моментом и скоростью вращения.
