Закрыть

Что такое электродвигатель: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Принцип работы асинхронного двигателя

Электродвигатель предназначен для преобразования, с малыми потерями, электрическую энергию в механическую.

Строение двигателя

Основные элементы электродвигателя это – статор, ротор, их обмотки и магнитопровод.

Преобразование электрической энергии в механическую происходит во вращающейся части мотора — роторе.

У двигателя переменного тока, ротор получает энергию не только за счет магнитного поля, но и при помощи индукции. Таким образом, они называются асинхронными двигателями. Это можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора. Эти асинхронные двигатели еще называют вращающимися трансформаторами. Чаще всего используется модели рассчитанные на трех фазное включение.

Конструкция асинхронного двигателя

Направление вращения электродвигателя задается правилом левой руки буравчика: оно демонстрирует связь между магнитным полем и проводником.

Второй очень важный закон – Фарадея:

  1. ЭДС наводиться в обмотке, но электромагнитный поток меняется во временем.
  2. Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения электрического потока.
  3. Направление ЭДС противодействует току.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Принцип работы асинхронного двигателя

Когда такие двигатели действуют в качестве генератора, они будет генерировать непосредственно переменный ток. В случае такой работы, ротор вращается с помощью внешних средств скажем, турбины. Если ротор имеет некоторый остаточный магнетизм, то есть некоторые магнитные свойства, которые сохраняет по типу магнита внутри материала, то ротор создает переменный поток в стационарной обмотке статора. Так что это обмотки статора будут получать наведенное напряжение по принципу индукции.

Индукционные генераторы используются в небольших магазинах и домашних хозяйствах, чтобы обеспечить дополнительную поддержку питания и являются наименее дорогостоящими из-за легкого монтажа. В последнее время они широко используется людьми в тех странах, где электрические машины теряют мощность из-за постоянных перепадов напряжения в питающей электросети. Большую часть времени, ротор вращается при помощи небольшого дизельного двигателя соединенного с асинхронным генератором переменного напряжения.

Как вращается ротор

Вращающийся магнитный поток проходит через воздушный зазор между статором, ротором и обмоткой неподвижных проводников в роторе. Этот вращающийся поток, создает напряжение в проводниках ротора, тем самым заставляя наводиться в них ЭДС. В соответствии с законом Фарадея электромагнитной индукции, именно это относительное движение между вращающимся магнитным потоком и неподвижными обмотками ротора, которые возбуждает ЭДС, и является основой вращения.

Двигатель с короткозамкнутым ротором, в котором проводники ротора образовывают замкнутую цепь, в следствии чего возникает ЭДС наводящая ток в нем, направление задается законом Ленса, и является таким, чтобы противодействовать причине его возникновения. Относительное движение ротора между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником и является его действием к вращению. Таким образом, чтобы уменьшить относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающийся поток на обмотках статора, пытаясь поймать его. Частота наведенной на него ЭДС такая же, как частота питания.

Гребневые асинхронные двигатели

Когда напряжение питания низкое, возбуждение обмоток короткозамкнутого ротора не происходит. Это обусловлено тем что, когда число зубцов статора и число зубьев ротора равное, таким образом вызывая магнитную фиксацию между статором и ротором. Этот физический контакт иначе называется зубо-блокировкой или магнитной блокировкой. Данная проблема может быть преодолена путем увеличения количества пазов ротора или статора.

Подключение

Асинхронный двигатель можно остановить, просто поменяв местами любые два из выводов статора. Это используется во время чрезвычайных ситуаций. После он изменяет направление вращающегося потока, который производит вращающий момент, тем самым вызывая разрыв питания на роторе. Это называется противофазным торможением.

Видео: Как работает асинхронный двигатель

//www.youtube.com/embed/hu9TaxRe2UE?feature=player_detailpage

Для того чтобы этого не происходило в однофазном асинхронном двигателе, необходимо использование конденсаторного устройства.

Его нужно подключить к пусковой обмотке, но предварительно обязательно проводится его расчет.

Формула, из которой следует, что электрические машины переменного тока двухфазного или однофазного типа должны снабжаться конденсаторами с мощностью, равной самой мощности двигателя.

QC = Uс I2 = U2 I2 / sin2

Схема: Подключение асинхронного двигателя

Аналогия с муфтой

Рассматривая принцип действия асинхронного электродвигателя, используемого в промышленных машинах, и его технические характеристики, нужно сказать про вращающуюся муфту механического сцепления . Крутящий момент на валу привода должен равняться крутящему моменту на ведомом валу. Кроме того, следует подчеркнуть, что эти два момента являются одним и тем же, поскольку крутящий момент линейного преобразователя вызывается трением между дисков внутри самой муфты.

Электромагнитная муфта сцепления

Похожий принцип действия и у тягового двигателя с фазным ротором. Система такого мотора состоит из восьми полюсов (из которых 4 – основные, а 4 – добавочные), и остовы. На основных полюсах расположены медные катушки. Вращение такого механизма обязано зубчатой передаче, которая получает крутящий момент от вала якоря, так же называемого сердечником. Включение в сеть, производится четырьмя гибкими кабелями. Основное назначение многополюсного электродвигателя – приведение в движение тяжелой техники: тепловозы, тракторы, комбайны и в некоторых случаях, станки.

Достоинства и недостатки

Устройство асинхронного двигателя является практически универсальным, но так же, у данного механизма есть свои плюсы и минусы.

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Конструкция простой формы.
  2. Низкая стоимость производства.
  3. Надежная и практичная в обращении конструкция.
  4. Не прихотлив в эксплуатации.
  5. Простая схема управления

Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

  1. Не возможен контроль скорости без потерь мощности.
  2. Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.
  3. Относительно небольшой пусковой момент.

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный электродвигатель - это асинхронный электродвигатель, который имеет трехфазную обмотку статора.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором - это асинхронный электродвигатель, у которого ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой в виде беличьей клетки [1].

Конструкция асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей - статора и ротора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор асинхронного двигателяРотор асинхронного двигателя

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателяКонструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле - это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

ЗагрузкаВращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

, где n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин, f1 – частота переменного тока, Гц, p – число пар полюсов

Концепция вращающегося магнитного поля

Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени

ЗагрузкаМагнитное поле прямого проводника с постоянным токомМагнитное поле создаваемое обмоткой

Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времениТок протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°)ЗагрузкаВращающееся магнитное поле

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток

Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Короткозамкнутый ротор "беличья клетка" наиболее широко используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и сердечника)

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.

Вращающееся магнитное поле пронизывающее короткозамкнутый роторМагнитный момент действующий на ротор

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.

Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2, где s – скольжение асинхронного электродвигателя, n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин, n2 – частота вращения ротора, об/мин,

Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n2 = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.

Преобразование энергии

Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.

Параметры асинхронного двигателя

При подборе таких машин, а также при дальнейшей их эксплуатации необходимо учитывать характеристики асинхронного двигателя. Они бывают энергетические - это коэффициент полезного действия, коэффициент мощности. Важно учитывать и механические показатели. Основным из них считается зависимость между скоростью вращения вала и рабочим усилием, прикладываемым к нему. Существуют ещё пусковые характеристики. Они определяют пусковой, минимальный и максимальный моменты и их соотношение. Важно также знать, каков пусковой ток асинхронного двигателя. Для наиболее эффективного использования двигателя необходимо учитывать все эти параметры.

Нельзя оставить без внимания вопрос энергосбережения. В последнее время он рассматривается не только с позиции уменьшения эксплуатационных затрат. Экономичность электродвигателей снижает уровень экологических проблем, связанных с производством электроэнергии.

Перед производителями постоянно ставятся задачи разработки и выпуска энергосберегающих двигателей, повышения эксплуатационного ресурса, уменьшения шумового уровня.

Улучшить энергосберегающие показатели можно путём снижения потерь при эксплуатации. А они напрямую зависят от рабочей температуры машины. Кроме того, совершенствование этой характеристики неизбежно приведёт к увеличению срока эксплуатации двигателя.

Снизить температуру обмоток можно, применяя вентилятор наружного обдува, закреплённый на хвостовике вала ротора. Но это приводит к неизбежному повышению шума, производимого двигателем при работе. Особенно ощутим этот показатель при высокой скорости вращения ротора.

Таким образом, видно, что асинхронный двигатель имеет один существенный недостаток. Он не способен поддерживать постоянную частоту вращения вала при возрастающих нагрузках. Зато такой двигатель имеет множество преимуществ по сравнению с образцами электродвигателей других конструкций.

Во-первых, он имеет надёжную конструкцию. Работа асинхронного двигателя не вызывает никаких сложностей при его использовании.

Во-вторых, асинхронный двигатель экономичен в производстве и эксплуатации.

В-третьих, эта машина универсальна. Имеется возможность её использования в любых устройствах, которые не требуют точного поддержания частоты вращения вала якоря.

В-четвёртых, двигатель с асинхронным принципом действия востребован и в быту, получая питание только от одной фазы.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим – основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Для регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей и управления режимами их работы существуют следующие способы:

  1. Частотный – при изменении частоты тока в электрической сети изменяется частота вращения электрического двигателя. Для такого способа применяют устройство, которое называется частотный преобразователь;
  2. Реостатный – при изменении сопротивления реостата в роторе, изменяется частота вращения. Такой способ увеличивает пусковой момент и критическое скольжение;
  3. Импульсный – способ управления, при котором на двигатель подается напряжение специального вида.
  4. Переключение обмоток по время работы электрического двигателя со схемы «звезда» на схему «треугольник», что снижает пусковые токи;
  5. Управление с изменения пар полюсов для короткозамкнутых роторов;
  6. Подключение индуктивного сопротивления для двигателей с фазным ротором.

С развитием электронных систем, управление различными электродвигателями асинхронного типа становится все более эффективным и точным. Такие двигатели используются в мире повсеместно, разнообразие задач, выполняемых такими механизмами, с каждым днем растет, и потребность в них не уменьшается.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 4 чел.
Средний рейтинг: 4.8 из 5.

Устройство и принцип работы электродвигателя

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.

Содержание статьи

Как работает электродвигатель

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

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

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

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

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

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

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

Виды электродвигателей

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

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

По принципу работы:

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

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

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

 

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

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

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

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

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

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

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

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

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

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

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

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

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щетокили 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.

 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Электрический двигатель: виды и характеристики

Одним из наиболее эффективных способов преобразования природных энергий является вращение. Используя его с незапамятных времен, Человечество сумело поставить себе на службу, например, ветер и текущую воду. В середине XIX века, когда был изобретен первый электродвигатель постоянного тока, пришел черед и электричества. О том, что такое электродвигатель и как он работает, пойдет речь в этой статье.

Физическая сущность электродвигателя

Это машина, вал которой вращается в результате взаимодействия постоянных или переменных магнитных полей. Классификация электродвигателей напрямую зависит от типа тока, который течет по его обмоткам. Они бывают:

  • постоянными;
  • переменными.

Это одно из наиболее эффективных устройств среди всех, которые были созданы за тысячелетия развития цивилизации: КПД электродвигателя достигает 99 процентов. Обладает он и еще одним, чрезвычайно полезным свойством: из потребителя электроэнергии может стать ее производителем.

Двигатели постоянного тока

Майкл Фарадей, английский физик, официальный изобретатель электрической машины постоянного тока, нашел практическое применение эффекту отталкивания одноименных полюсов магнита, который известен даже младшим школьникам. Он выяснил, что если согнутый в виде рамки проводник, по которому течет постоянный ток, поместить магнитное поле, то он стремится  повернуться так, чтобы одноименные полюса совпали.

Вообще-то, гениальный англичанин создавал негальванический источник постоянного тока. Он состоял из неподвижного магнита U-образной формы, между полюсами которого находился край бронзового диска, вращаемого вручную. К поверхности диска прислонен проводник – так, чтобы он мог скользить по ней. Его подключили к плюсовой клемме. Во время вращения диска между плюсовой клеммой и землей измерялась ЭДС величиной в десяток вольт. Одновременно было замечено, что если подать на плюсовую клемму напряжение извне, то диск делал половину оборота самостоятельно. Последовательная же смена полюсов приводила его в движение.

Позже было установлено, что диск можно заменить на несколько витков токопроводящего материала. А чтобы получить непрерывное вращение, в устройство электродвигателя такого типа надо ввести особый элемент – коллектор. Это медное кольцо, разделенное на две половинки диэлектриком. По нему скользят концы питающих проводников, которые назвали щетками. Каждая из половинок этого кольца соединена с обмоткой, являющейся самостоятельным электромагнитом со своим полюсом. В момент поворота коллектора происходит смена полюсов, что и провоцирует непрерывное вращение.

Подвижный элемент двигателя постоянного тока получил название ротора или якоря. А неподвижный – статора. В последующем эту терминологию распространили и на машины переменного тока.

При малых мощностях было достаточно устанавливать постоянный магнит. Однако для ее увеличения необходима его замена на несколько независимых электромагнитов – катушек, подключенных к источнику постоянного тока. Поскольку именно она является причиной вращения ротора и вала двигателя, ее назвали обмоткой возбуждения. Это потребовало увеличить и количество обмоток (полюсов) на якоре и, как следствие, разбить кольцо коллектора не на два, а на гораздо большее количество токопроводящих участков.

Обмотку возбуждения можно подключить и параллельно обмотке якоря, и последовательно с ней. Поэтому электродвигатели постоянного тока бывают двух типов:

  1. С параллельным возбуждением. Можно регулировать частоту вращения. Используется для привода станков, требующих постоянства скорости вращения.
  2. С последовательным возбуждением. Регулируется момент вращения (мощность). Используется в тяговых приводах.

Достоинством электрических машин этого типа является то, что ими очень просто управлять: для изменения скорости вращения достаточно изменить силу тока в цепи якоря или статора. Реверс электродвигателя осуществляется переключением полюсов питающего напряжения. Кроме того, из них наиболее просто можно сделать генератор, для этого не потребуется никаких конструктивных переделок, все выводы обмоток уже имеются.

К недостаткам стоит отнести большой вес и сложность машины, поскольку требуется устройство обмоток и на статоре, и на роторе. Однако с этим мирятся, поскольку вращающий момент двигателя постоянного тока наиболее высок, как и его КПД. Это объясняется тем, что магнитные потоки вращаются практически синхронно, с очень малым отставанием друг от друга.

Синхронные электрические машины чаще всего используются в качестве тяговых: на транспорте, крановые электродвигатели. Они безразличны к переменным нагрузкам и даже приветствуют реверсирование. Самый мощный электродвигатель постоянного тока приводит в движение атомный ледокол «Арктика».

Двигатели переменного тока

Изменение направления движения заряженных частиц позволяет получить, при соблюдении условия сдвига фаз, вращающееся магнитное поле. На нем основан принцип действия электродвигателя переменного тока. Его конструкция как бы вывернута наизнанку по отношению к машинам постоянного тока: питающее напряжение подается не на коллектор якоря, а на статорную обмотку.

Из-за механической и электрической инерционности якорь трогается с места не сразу, а спустя некоторое время (субъективно оно незаметно) и как бы пытается догнать магнитное поле в статорной обмотке. Рассогласование фаз достигает 18 градусов, поэтому такие электрические машины называются асинхронными, а их КПД ниже (оно не бывает более 85 процентов), чем синхронных.

По типу конструкции якоря асинхронные двигатели бывают двух типов:

  1. С короткозамкнутой обмоткой. Она состоит из двух колец и соединяющих их медных проводников. По форме напоминает «беличье колесо». Благодаря простоте применяется наиболее широко, однако в момент начала движения вала провоцирует короткое замыкание, из-за чего пусковые токи выше номинальных в два-три раза.
  2. С фазной обмоткой. Три независимых катушки, соединенных звездой, их концы припаяны к сплошным кольцам на конце вала. Используется в электродвигателях большой мощности, когда требуется плавный пуск с минимальным падением напряжения. По мере разгона вала напряжение на якоре снижают.

Машины переменного тока проще и легче, они хорошо выдерживают критические нагрузки на валу, но не лишены недостатков:

    • сложно регулировать частоту вращения, для этого надо в цепь питания включать преобразователи частоты;
    • лучше всего работают в режиме максимальных нагрузок, в режиме холостого хода снижают КПД;
    • зависят от качества питающего напряжения.

    Питание асинхронных двигателей

    Первые практические опыты применения многофазных токов осуществлялись изобретателем Николой Тесла, он создал генератор с двумя обмотками на статоре, расположенными под углом в 900 друг к другу. Более стабильные результаты по току и напряжению дал генератор трехфазный, который был изобретен русским инженером М. О. Доливо-Добровольским. В нем статорные обмотки сдвинуты на 1200.

    Сдвиг фаз на 90 или 120 градусов порождает вращающееся магнитное поле без дополнительных конструкторских ухищрений. Если же машину переменного тока надо питать от однофазной сети, то его создают принудительно. Для этого в клеммной коробке трехфазного двигателя шесть выводов обмоток соединяют по схеме «треугольник», а между двумя любыми входными зажимами устанавливают электролитический конденсатор большой мощности, обеспечивающий нужный угол смещения фаз. Изменение скорости вращения невозможно. Для реверсирования необходимо переподключить реактивную нагрузку.

    Однофазные двигатели, имеющие две последовательно включенные статорные обмотки, без включения между ними реактивной нагрузки так же не работают. Если при включении двигатель только «мычит», немедленно обесточьте его и проверьте исправность цепи конденсатора, иначе вы рискуете сжечь обмотки большими пусковыми токами. Управление ими невозможно.

    Гибридные конструкции

    Сложность управления двигателями переменного тока подвигла инженеров-электриков на создание гибридных конструкций. Это так называемые синхронные машины, в которых ротор движется, не отставая от вращающегося магнитного поля.

    Трехфазные синхронные машины

    Статор состоит из трех обмоток со сдвигом в 1200. На них подается трехфазное переменное напряжение. Ротор имеет несколько обмоток, но их концы выведены на токосъемный коллектор, поделенный диэлектрическими прокладками на сектора. Посредством графитовых щеток на него подается постоянное напряжение. Для постоянного магнита суммарный сдвиг фаз в 3600 – это тот же ноль. Чтобы вал электродвигателя начал вращаться, его надо подтолкнуть – вручную, механическим (ДВС) или электрическим устройством. После набора номинальных оборотов инициирующее устройство останавливают. В итоге машина питается широко распространенным переменным, но имеет положительные свойства двигателя постоянного тока: стабильность оборотов, высокий КПД и, главное, возможность регулирования частоты вращения в широких пределах.

    Однофазные синхронные машины

    Это так называемый универсальный коллекторный двигатель. По факту – та же машина постоянного тока, но питающаяся от бытовой сети переменного. Две статорных обмотки включены последовательно с якорем посредством графитовых щеток, поэтому полюса меняются одновременно и вращающий момент не меняет направления. Двигатель подключается к бытовой сети напрямую, не вызывает падения напряжения при запуске и не требует времени на разгон для достижения номинальной мощности. Он обладает мягкой нагрузочной характеристикой, поддается регулировке и по частоте, и направлению вращения. Используется в ручном электрифицированном рабочем инструменте, стиральных машинах.

    Нагрузочное поведение электродвигателей

    Номинальная мощность электродвигателя обычно указывается на шильдике, прикрепленном к его корпусу. Однако нагрузочное поведение машин постоянного и переменного тока существенно разнится. Так же, как и способ достижения паспортных значений этого параметра.

    Двигатели постоянного тока номинальные обороты набирают плавно. Величина вращающего момента на их валу зависит, прежде всего, от напряженности магнитного поля. Поэтому для повышения отдачи увеличивают количество витков в катушках статора и ротора. Кроме того, регулировать частоту вращения можно, изменяя величину напряжения или тока в обмотке возбуждения.

    Асинхронные машины переменного тока выходят на номинальные обороты резко, нередко за доли секунды, и стараются держаться на них независимо от уровня нагрузки, увеличивая силу тока в обмотках. Быстроходные, развивающие большое количество оборотов, используются в малонагруженных, но производительных приводах. Количество витков в обмотках у них большое, а сечение провода невелико, поэтому из-за большого удельного сопротивления по нему течет ток малой силы. Катушки же тихоходных, тяговых, наматываются проводом большого сечения, по которым течет ток большой силы.

    Знание того, как работает электродвигатель, поможет вам сделать правильный выбор при создании приводов различного назначения. Однако и простое знакомство с устройством, коэффициент полезного действия которого близок к ста процентам, будет весьма полезным для общего развития.

    Электрические двигатели: классификация, устройство, принцип работы

    Электрический двигатель – специальная машина (ее еще называют электромеханическим преобразователем), с помощью которой электроэнергия преобразовывается в механическое движение.

    Побочный эффект такой конвертации – выделение тепла.

    При-этом современные двигатели обладают очень высоким КПД, который достигает 98%, в результате чего их использование экономически более выгодно по сравнению с двигателями внутренного сгорания. Электрические двигатели используются во всех сферах народного хозяйства, начиная от бытового применения, заканчивая военной техникой.

    Электрические двигатели и их разновидности

    Как известно с базового школьного курса физики, ток бывает переменным и постоянным. В бытовой электросети – переменный ток. Батарейки, аккумуляторы и другие мобильные источники питания предоставляют постоянный ток.

     

    Электродвигатели постоянного тока характеризуются хорошими эксплуатационными и динамическими характеристиками.

     Такие изделия широко используются в подъемных машинах, буровых станках, полимерном оборудовании, в некоторых агрегатах экскаваторов.

    По принципу работы электродвигатели переменного тока бывают

    • асинхронными;
    • синхронными.

    Подробное сравнение этих видов машин можно почитать тут.

    Синхронные двигатели – электрические машины, где скорость вращения ротора полностью идентична частоте магнитного поля. Учитывая эту особенность, такие устройства актуальны там, где необходима стабильная высокая скорость вращения: насосы, крупные вентиляторы, генераторы, компрессоры, стиральные машины, пылесосы, практически все электроинструменты.

    Особое внимание среди синхронных устройств, заслуживают шаговые двигатели. Они обладают несколькими обмотками. Такой подход позволяет с высокой точностью изменять скорость вращения таких электродвигателей.

    Асинхронными двигателями называют такие машины, в которых скорость ротора отличается от частоты движения магнитного поля.

    Нашли свое применение в подавляющем большинстве отраслей народного хозяйства: в приводах дымососов, транспортерах, шаровых мельницах, наждачных, сверлильных станках, в холодильном оборудовании, вентиляторах, кондиционерах, микроприводах.

    Максимальная скорость вращения асинхронных установок – 3000 об/мин.

    Интересное видео о двигателях смотрите ниже:

    Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

    Асинхронные электродвигатели могут обладать фазным и короткозамкнутым ротором.

    Короткозамкнутый ротор более распространен.

    Такие двигатели обладают следующими преимуществами:

    • относительно одинаковая скорость вращения при разных уровнях нагрузки;
    • не боятся непродолжительных механических перегрузок;
    • простая конструкция;
    • несложная автоматизация и пуск;
    • высокий КПД (коэффициент полезного действия).

    Электродвигатели с короткозамкнутым контуром требуют большой пусковой ток.

    Если невозможно реализовать выполнение этого условия, то используют устройства с фазным ротором. Они обладают такими достоинствами:

    • хороший начальный вращающий момент;
    • нечувствительны к кратковременным перегрузкам механической природы;
    • постоянная скорость работы при наличии нагрузок;
    • малый пусковой ток;
    • с такими двигателями применяют автоматические пусковые устройства;
    • могут в небольших пределах изменять скорость вращения.

    К основным недостаткам асинхронных двигателей относят то, что изменять их скорость работы можно только посредством изменения частоты электрического тока.

    Кроме того, частота вращения – относительна. Она колеблется в небольших пределах. Иногда это недопустимо.

    Интересное видео об асинхронных электродвигателях смотрите ниже:

    Особенности работы синхронных двигателей

    Все синхронные двигатели обладают такими преимуществами:

    1. Они не отдают и не потребляют реактивную энергию в сеть. Это позволяет уменьшить их габариты при сохранении мощности. Типичный синхронный электродвигатель меньше асинхронного.
    2. В сравнении с асинхронными устройствами, менее чувствительны к скачкам напряжения.
    3. Хорошая сопротивляемость перегрузкам.
    4. Такие электрические машины способны поддерживать постоянную скорость вращения, если уровень нагрузок не превышает допустимые пределы.

    В любой бочке, есть ложка с дегтем. Синхронным электродвигателям присущи такие недостатки:

    • сложная конструкция;
    • затрудненный пуск в ход;
    • довольно сложно изменять скорость вращения (посредством изменения значения частоты тока).

    Сочетание всех этих особенностей делает синхронные двигатели невыгодными при мощностях до 100 Вт. А вот на более высоких уровнях производительности, синхронные машины показывают себя во всей красе.

    Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном

    Принцип работы электродвигателя основывается на эффекте обнаруженном Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита, может возникнуть непрерывное вращение.

       Принцип работы электродвигателя постоянного тока

    Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.   На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

     

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

    Простыми словами о сложном

    На самом деле там векторное произведение, дифференциалы и т.п. но это детали, а у нас упрощённый случай. И так…

     

       Рис. 1 Основа работы электрического двигателя

    Направление силы ампера определяется правилом левой руки.

     

       Рис. 2  Правило левой руки

    Мысленно ставим левую ладонь на верхний рисунок и получаем направление сил Ампера. Она типа растягивают рамку с током в том положении как нарисовано на рис.1. И никуда вертеться тут ничего не будет, рамка в равновесии, устойчивом.

    А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:

       Рис. 3  Рамка

    Здесь уже равновесия нет, сила Ампера разворачивает противоположные стенки так, что рамка начинает вращаться. Появляется механическое вращение. Это основа электрического двигателя, самая суть, дальше только детали.

    Далее.

    Теперь что будет делать рамка с током на рис.3?. Если система идеальная, без трения, то очевидно будут колебания. Если трение присутствует, то колебания постепенно затухнут, рамка с током стабилизируется и станет как на рис.1.

    Но нам нужно постоянное вращение и достичь его можно двумя принципиально разными способами и отсюда и возникает разница между двигателями постоянного и переменного трёхфазного тока.

    Принцип работы электродвигателя постоянного тока

    Способ 1. Смена направления тока в рамке.

    Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

    Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:

       Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка

    На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

     
       Рис. 4.2

    В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

       Рис. 4.3

    И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.

    Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

       Рис. 4.4

    И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.

       Рис. 4.5

    А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

       Рис. 4.6

    И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

    Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.

    А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:

       Рис. 5

    Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

    Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.

    Принцип работы электродвигателя переменного тока

    Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.

    Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

       Рис. 6  Статор электродвигателя

    А есть значит 3 фазы переменного тока.

       Рис. 7

    Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

    Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.

     
       Рис. 8

    И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.

       Рис. 9  Вращающееся магнитное поле

    Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

    Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

    Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).

    Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.

       Рис. 10  (Рис.1)

    Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.

    Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.

    Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель).

    Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

    Когда мы начинаем вращать магнитное поле, по законам электромагнетизма в рамке наводится ток. От этого тока и магнитного поля получается сила Ампера. Но сила Ампера будет возникать только если рамка движется относительно магнитного поля (известная история с опытами Ампера и его походами в соседнюю комнату).

    Так что рамка всегда будет отставать от магнитного поля. А то, если она его вдруг почему-то догонит, то пропадёт наводка от поля, пропадёт ток, пропадёт сила Ампера и всё вообще пропадёт. То есть, в асинхронном двигателе рамка всегда отстаёт от поля и частота у них значит разная, то есть вращаются они асинхронно, поэтому и двигатель называется асинхронным.

     

    Смотрите также по этой теме:

       Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

       Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

     

    Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

    [wysija_form id=»1″]

    Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей

    Принцип работы электродвигателя основан на использовании эффекта электромагнитной индукции. Само устройство предназначено для создания механической энергии за счёт использования электрических полей. Тип и мощность получаемой энергии зависят от способа взаимодействия магнитных полей и собственно устройства электродвигателя. В зависимости от типа используемого напряжения двигатели классифицируют на постоянного и переменного тока.

    Электродвигатели

    Электродвигатель постоянного тока

    Принцип действия этих двигателей основан на использования постоянных магнитных полей, создаваемых в корпусе устройства. Для их создания служит либо постоянный магнит, закреплённый на корпусе, либо электромагниты, расположенные по периметру ротора.

    Основным отличием двигателей постоянного тока является наличие в их корпусе постоянно действующего магнита, закреплённого на корпусе машины. Мощность электродвигателя зависит от этого магнита, точнее от его поля. Магнитное поле в якоре создаётся при подключении к нему постоянного тока. Но для этого необходимо, чтобы полюса постоянного магнитного поля якоря менялись местами. Для этого используются специальные коллекторно-щёточные устройства. Они устроены в виде кольца-коллектора, зафиксированного на валу движка и подключённого к обмотке якоря. Кольцо разделено на сектора, разделённые диэлектрическими вставками. Соединение сектора коллектора с цепью якоря создаётся через скользящие по нему графитные щетки. Для более плотного контакта щётки прижимаются к кольцу коллектора пружинами. Графит применяется ввиду своей скользящей способности, высокой теплопроводности и мягкости. Его применение практически не вредит проводникам коллектора.

    При большой мощности электромоторов постоянного тока использование постоянного магнита неэффективно из-за большого веса такого устройства и низкой мощности создаваемого постоянным магнитом поля. Для создания магнитного поля статора в этом случае используется конструкция из ряда катушечных электромагнитов, подключённых к отрицательной или положительной линии питания. Одноименные полюсы подключаются последовательно, их количество составляет от одного до четырёх, количество щёток соответствует количеству полюсов, но, в общем, конструкция якоря практически идентична вышеописанной.

    Для упрощения запуска электрического двигателя используют два варианта возбуждения:

    • параллельное, при этом рядом с обмоткой якоря включается независимая регулируемая линия, используется для плавного регулирования оборотов вала;
    • последовательное возбуждение, что говорит о способе подключения дополнительной линии, в этом случае существует возможность резкого наращивания количества оборотов или его снижения.

    Нужно отметить, что этот тип моторов имеет регулируемую частоту оборотов, что достаточно часто используется в промышленности и транспорте.

    Интересно. В станках используются двигатели с параллельным возбуждением, что позволяет использовать регулировку количества оборотов, в то же время для грузоподъёмного оборудования подходит последовательное возбуждение. Даже эта особенность двигателей поставлена на службу человечеству.

    Двигатель постоянного тока

    Электродвигатель переменного тока

    Устройство и принцип действия электродвигателя переменного тока впервые описал и запатентовал физик Никола Тесла, патент Великобритании за номером 6481. Но этот мотор не получил широкого распространения из-за низких пусковых характеристик, не смог найти решение пуска. Нужно отметить, что Тесла являлся основным апологетом развития этого типа двигателей, в отличие от Эдисона, который как раз ратовал за использование сетей постоянного тока.

    Именно Тесла открыл явление, которое получило название сдвиг фаз, и предложил использовать его в электродвигателе, кроме того он опытным путём определил его наиболее эффективное значение в 90°. Кроме того, знаменитый физик обосновал использование вращающего магнитного поля в многофазных системах.

    Но в 1890 году инженер М.О. Доливо-Добровольский создаёт первый рабочий образец асинхронного электродвигателя с якорем «беличье колесо» и с обмоткой статора по периметру окружности. В конструкции этого изделия нашли применение, как работа Никола Теслы, так и труды других инженеров и изобретателей. Справедливости ради нужно отметить, что элементы по отдельности были изобретены раньше, М. Доливо-Добровольский только совместил их в работоспособное устройство.

    Вращающее магнитное поле, энергию которого использует этот тип электромотора, возникает в тройной обмотке статора, при подключении его к источнику тока. Ротор такого двигателя представляет собой металлический цилиндр, не имеющий обмотки. Магнитное поле статора за счёт объединения в короткозамкнутую систему с ротором возбуждает в нем токи. Они вызывают создание собственного магнитного поля якоря, которое, соединившись с вихревым полем статора, вызывает вращение ротора и объединённого с ним вала двигателя вокруг своей оси.

    Название асинхронный двигатель получил из-за того, что поля не синхронизированы, магнитное поле статора имеет одинаковую скорость с полем якоря, но по фазе отстаёт от него.

    Для запуска асинхронного электромотора требуются довольно значительные значения пусковых токов, это заметно и в реальности – при запуске в сеть станка или другого потребителя с таким мотором свет ламп накаливания зачастую мигает из-за падения напряжения в сети. Для упрощения пуска используют фазный ротор, это устройство якоря обычно используется в высокопроизводительных электродвигателях. Фазный ротор, в отличие от обычного, имеет на корпусе три обмотки, объединённые в «звезду». В отличие от статора, они не подключены к энергоисточнику, а соединены со стартовым устройством. Подключение устройства в сеть характеризуется падением сопротивления до нулевых значений. В результате двигатель запускается ровно и работает без перегрузки. Работа такого мотора довольно сложно регулируется, в отличие от моторов постоянного тока.

    Интересно. Использование электромоторов переменного тока продвигал знаменитый Никола Тесла, в то время как энергию постоянного тока – не менее знаменитый Эдисон. В результате этого между двумя известнейшими учёными возник конфликт, продлившийся до самой смерти.

    Двигатель переменного тока

    Линейные электродвигатели

    Для ряда устройств требуется не вращательное движение вала движка, а его возвратно-поступательное движение. Для того чтобы удовлетворить требования промышленников, конструкторами были разработаны и линейные электродвигатели. Понятно, что можно использовать для перехода вращательного движения в поступательное различные редукторы и коробки передач, но это усложняет конструкцию, делает её более дорогой, а также снижает её эффективность.

    Статор и ротор такого устройства представляют собой полосы металла, а не кольцо и цилиндр как в традиционных моторах. Принцип действия электродвигателя заключается в возвратно-поступательном движении ротора, которое возможно из-за электромагнитного поля, создаваемого статором с незамкнутой системой магнитопроводов. В самой конструкции при работе генерируется движущееся магнитное поле, которое воздействует на обмотку якоря с коллекторно-щеточным устройством. Возникающее поле смещает ротор только в линейном направлении, без придания ему вращения. Мощность электродвигателя линейного типа ограничена его устройством.

    Недостатком этих двигателей являются: сложность их изготовления, достаточно высокая стоимость такого оборудования и низкая эффективность, хотя и выше чем использование вращения через редуктор.

    Использование электромоторов переменного тока в однофазной сети

    Получить вращающееся магнитное поле статора проще всего в трёхфазной сети, но, несмотря на то, можно использовать асинхронные движки и в однофазной, бытовой сети. Требуется лишь проведение некоторых расчетов и изменение конструкции двигателя.

    Формула изменений такова:

    1. Размещение на статоре движка двух обмоток: стартовой и рабочей;
    2. Включение в цепь конденсатора позволит сдвинуть по фазе ток в стартовой обмотке 90°. Практически можно сделать так: объединить обмотки трехфазного асинхронного двигателя, две обмотки в одну и установить конденсатор на это соединение.

    Этот двигатель будет работать в бытовой сети, но, в отличие от двигателей постоянного тока, этот движок не регулируется по количеству оборотов, кроме того слабо переносит критические нагрузки и имеет меньший КПД. Мощность электродвигателя тоже сравнительно низка и во многом зависит от сети. Трехфазная сеть больше подходит для эксплуатации таких моторов.

    В настоящее время электродвигатели широко распространены по всему миру. В числе их достоинств:

    • высокое КПД, до 80%;
    • высокая мощность двигателя при компактных размерах;
    • неприхотливость в обслуживании;
    • надежность;
    • низкие требования к энергопитанию.

    Но в тоже время существует ряд проблем, которые ограничивают их более широкое распространение. Так, например, их мобильность ограничивает источники питания – в настоящее время нет достаточно мощных источников питания, которые смогли бы обеспечить длительную функциональность такого устройства. Единственным исключением из правил является атомный реактор. Гребные электродвигатели подводных лодок и кораблей имеют отличную автономность, но в то же время использование энергоносителей таких размеров невозможно в быту. Ситуацию могли бы исправить графеновые аккумуляторы, но их перспективы пока туманны.

    Электромобиль

    Видео

    Оцените статью:

    Что такое электродвигатель? Определение и типы

    Определение : Электродвигатель - это электромеханическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Другими словами, устройство, создающее вращающую силу, называется двигателем. Принцип работы электродвигателя в основном зависит от взаимодействия магнитного и электрического поля. Электродвигатели в основном подразделяются на два типа. Это двигатель переменного тока и двигатель постоянного тока. Двигатель переменного тока принимает переменный ток в качестве входа, тогда как двигатель постоянного тока принимает постоянный ток.

    Типы электродвигателей

    Классификация электродвигателя показана на рисунке ниже.

    Двигатель переменного тока

    Двигатель переменного тока преобразует переменный ток в механическую энергию. Он подразделяется на три типа; это асинхронный двигатель, синхронный двигатель, линейный двигатель. Подробное описание двигателя приведено ниже.

    1. Асинхронный двигатель

    Машина, которая никогда не работает с синхронной скоростью, называется асинхронным или асинхронным двигателем.Этот двигатель использует явление электромагнитной индукции для преобразования электроэнергии в механическую. По конструкции ротора различают два типа асинхронных двигателей. А именно асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и асинхронный двигатель с фазной обмоткой.

    • Ротор с короткозамкнутым ротором - Двигатель, который состоит из ротора с короткозамкнутым ротором, известен как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Ротор с короткозамкнутым ротором снижает гудение и магнитную блокировку ротора.
    • Ротор с фазовой обмоткой - Этот ротор также известен как ротор с контактным кольцом, а двигатель, использующий этот тип ротора, известен как ротор с фазовой обмоткой.

    По фазам асинхронный двигатель подразделяется на два типа. Это однофазный асинхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель.

    • Однофазный асинхронный двигатель - Устройство, которое преобразует электрическую мощность однофазного переменного тока в механическую с помощью явления электромагнитной индукции, известно как однофазный асинхронный двигатель.
    • Трехфазный асинхронный двигатель
    • T - Двигатель, преобразующий трехфазную электрическую мощность переменного тока в механическую энергию, такой тип двигателя известен как трехфазный асинхронный двигатель.

    2. Линейный двигатель

    Двигатель, который создает линейную силу вместо силы вращения, известен как линейный двигатель. Этот двигатель имеет развернутые ротор и статор. Такой тип двигателя используется в раздвижных дверях и в приводах.

    3. Синхронный двигатель

    Машина, которая преобразует переменный ток в механическую энергию с заданной частотой, известна как синхронный двигатель.В синхронном двигателе скорость двигателя синхронизирована с частотой питающего тока.

    Синхронная скорость измеряется относительно вращения магнитного поля и зависит от частоты и полюсов двигателя. Синхронный двигатель подразделяется на два типа: реактивный и гистерезисный.

    • Реактивный двигатель - Двигатель, процесс запуска которого аналогичен асинхронному двигателю и который работает как синхронный двигатель, известен как реактивный двигатель.
    • Двигатель с гистерезисом - Двигатель с гистерезисом представляет собой тип синхронного двигателя, который имеет равномерный воздушный зазор и не имеет системы возбуждения постоянным током. Крутящий момент в двигателе создается гистерезисом и вихревым током двигателя.

    Двигатель постоянного тока

    Машина, преобразующая электрическую мощность постоянного тока в механическую, известна как двигатель постоянного тока. Его работа зависит от основного принципа: когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует сила и возникает крутящий момент.Двигатели постоянного тока подразделяются на два типа: двигатели с самовозбуждением и двигатели с независимым возбуждением.

    1. Двигатель с автономным возбуждением

    Двигатель, в котором обмотка постоянного тока возбуждается отдельным источником постоянного тока, известен как двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением. С помощью отдельного источника обмотка якоря двигателя возбуждается и создает магнитный поток.

    2. Двигатель с самовозбуждением

    По подключению обмотки возбуждения электродвигатели постоянного тока с самовозбуждением подразделяются на три типа. Это последовательные, параллельные и комбинированные двигатели постоянного тока.

    • Shunt Motor - Двигатель, в котором обмотка возбуждения расположена параллельно якорю, такой тип двигателя известен как параллельный двигатель.
    • Двигатель серии - В этом двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с якорем двигателя.
    • Двигатель с комбинированной обмоткой - Двигатель постоянного тока, который имеет как параллельное, так и последовательное соединение обмотки возбуждения, известен как комбинированный ротор.Двигатели с комбинированной обмоткой подразделяются на двигатели с коротким и длинным шунтом.
      • Короткий шунтирующий двигатель - Если шунтирующая обмотка возбуждения параллельна только якорю двигателя, а не последовательному полю, то это известно как короткое шунтирующее соединение двигателя.
      • Длинный шунтирующий двигатель - Если шунтирующая обмотка возбуждения параллельна якорю и последовательной обмотке возбуждения, то двигатель называется длинным шунтирующим двигателем.

    Помимо вышеупомянутых двигателей, существуют различные другие типы специальных машин, которые имеют дополнительные функции, такие как шаговый двигатель, серводвигатель переменного и постоянного тока и т. Д.

    Электродвигатель | Британника

    Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть соединены либо по схеме звезды, обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, либо по схеме треугольник. Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.

    Поперечное сечение трехфазного асинхронного двигателя.

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Основы работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести моментов цикла.Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t 1 на рисунке ток в фазе a является максимально положительным, а в фазах b и c - вдвое отрицательным. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t 2 на рисунке (т.е.е., одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как ток в фазе b и фазе a имеет положительное значение на половину. Результатом, как показано на рисунке для t 2 , снова является синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Исследование распределения тока для t 3 , t 4 , t 5 и t 6 показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени. Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, заключается в создании вращающегося магнитного поля с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

    Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

    Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование в каждом из них напряжения, пропорционального величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора замкнуты накоротко на каждом конце, это приведет к протеканию токов в этих проводниках. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. На этом рисунке показана диаграмма токов ротора для мгновенного t 1 рисунка. Видно, что токи примерно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (т.е.е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, при отсутствии избыточного крутящего момента для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

    Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Общий ток статора в каждой фазной обмотке является суммой синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Второй, или силовой, компонент тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первый, или намагничивающий, компонент отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

    Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичные напряжения питания находятся в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до примерно 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности до примерно 10 мегаватт.

    За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласовано со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

    В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле вращается на один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки. При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже полевой скорости (часто называемой синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

    Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты путем создания машины с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f - частота в герцах (циклов в секунду), а p - количество полюсов (которое должно быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, поступающий от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц - 1800 и 1200 оборотов в минуту.

    Типы электродвигателей для электровелосипедов

    Думаете о покупке электровелосипеда? Отличная идея - но подумайте, какой тип электродвигателя вы хотите для своего электрического велосипеда. Существует несколько различных типов электродвигателей для электровелосипедов, и вы должны убедиться, что выберете тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям.

    Моя новая книга по электрическим велосипедам заполнена обзорами некоторых из новейших, лучших по качеству электрических велосипедов, благодаря моему сотрудничеству с двумя величайшими обозревателями ebike в мире.

    Двигатели коленчатого вала

    Кривошипные двигатели были первыми передовыми электродвигателями для электрических велосипедов и были разработаны в Японии в начале 1990-х годов компаниями Panasonic и Yamaha. Как ясно видно из названия, они расположены в кривошипе (шатун - это круглая штука, которая ловко преобразует энергию ваших ног в энергию, которая перемещает цепь и, следовательно, перемещает велосипед). Эти двигатели передают дополнительную мощность (сверх мощности вашей ноги) через систему задней передачи.

    Haibike Xduro Trekking Pro - двигатель Bosch Performance - действительно отличный двигатель с кривошипно-шатунным приводом - читайте полный обзор здесь

    Лично я испытал, насколько удивительно эффективна эта установка с моим кривошипным двигателем Panasonic в гоночном велосипеде BH Emotion.Мощность двигателя скромные 250 Вт, у велосипеда всего семь передач, а полностью загруженный мотором и аккумулятором байк весит всего 34 фунта. И все же я взбираюсь на огромные холмы на этом байке, даже не вспотев. И скорость! Я должен держать себя в руках, чтобы иногда не действовать слишком быстро, потому что я не хочу подвергать опасности себя и других. Читайте полный обзор здесь.

    Я обнаружил еще более впечатляющую комбинацию передач и электроэнергии в моем Haibike Xduro Trekking Pro, который имеет 27 передач в сочетании с кривошипно-шатунным двигателем мощностью 350 Вт и помогает мне подниматься на невероятно длинные крутые холмы. Прочтите полный обзор моего Haibike Xduro Trekking Pro здесь.

    Я обнаружил еще более впечатляющую комбинацию передач и электроэнергии в моем Haibike Xduro Trekking Pro, который имеет 27 передач в сочетании с кривошипно-шатунным двигателем мощностью 350 Вт и поднимает меня на невероятно длинные крутые холмы.

    Кривошипные приводные двигатели можно отрегулировать для разных окружающей среде, и широко считаются лучшими двигателями, потому что они позволяют использовать велосипедные передачи для подъема на холмы или для перевозки тяжелых грузов. Согласно общему мнению, если вы знаете, что вам придется подниматься по очень крутым холмам (более 17%), вам лучше использовать кривошипно-шатунный двигатель.

    Это, безусловно, был наш опыт с новым электровелосипедом Cube Elly Ride 400 Hybrid моей жены. Мощность двигателя всего 250 Вт, но поскольку это кривошипно-шатунный двигатель, он работает синергетически с 10 шестернями Shimano Deore, так что она может взбираться на огромные холмы в нашем районе.

    Мэгги рассматривает свой новый электровелосипед Cube Elly Ride 400 Hybrid. Мощность двигателя всего 250 Вт, но поскольку это двигатель с кривошипно-шатунным приводом, он работает синергетически с 10 шестернями Shimano Deore, так что она может подниматься по огромным холмам в нашем районе.Вы можете прочитать обзор этого велосипеда здесь

    Связанное сообщение: Все велосипедные компьютеры Garmin Edge в сравнении, со сравнительной таблицей и видео

    Все велосипедные компьютеры Garmin Edge в сравнении, со сравнительной таблицей и видео

    Ступичные двигатели

    Типы электродвигателей для электрических велосипедов - Sanyo Eneloop Electric Bike hub

    Поскольку ранние кривошипно-шатунные двигатели были настолько дорогими, ступичные двигатели были разработаны как более дешевая альтернатива. Эти двигатели, опять же, как следует из названия, установлены в ступице (центральной части) колеса, обычно в заднем колесе.Сейчас это самые распространенные двигатели . У них в основном только одна передача, поэтому, хотя некоторые из них очень мощные, они не идеальны для холмистой местности. Если вы живете в плоском городе, это прекрасно.

    Тем не менее, многие из крупных мотор-редукторов имеют удивительную способность преодолевать подъемы. Например, двигатели BionX с высоким крутящим моментом очень хорошо справляются с холмами: я могу поручиться за тот факт, что новейшие высокопроизводительные высокомощные системы BionX поднимают вас в гору, как если бы вы действительно бионичны.Один из величайших моментов в моей жизни (помимо свадьбы с необычной женой и рождения детей) был, когда я впервые прокатился на электрическом велосипеде, которым оказался велосипед BionX. Я рассмотрел комплекты для переоборудования электрических велосипедов BionX здесь .

    Новые моторы BionX больше и мощнее, чем раньше. Это Surly Troll с комплектом электрического велосипеда BionX и Dynamo Light System

    На самом деле комплекты BionX обладают таким большим крутящим моментом, что мне удалось сломать раму велосипеда. Однако такое случается редко, и надо признать, что это произошло, когда я был еще довольно пухленьким… огромные холмы, пухлый парень, максимальный крутящий момент… ну и посчитайте.

    Точно так же 350 W BH Easy Motion Neo City (рассмотренный здесь) тоже поднимет вас на огромные холмы, даже если двигатель находится в ступице. И у этого велосипеда 27 передач!

    Щеточные и бесщеточные двигатели

    Eflow Electric Bike

    Двигатели для электрических велосипедов могут быть щеточными или бесщеточными двигателями постоянного тока (двигатели BLDC). По умолчанию в отрасли используются бесщеточные двигатели, потому что они, как правило, тише, меньше и легче, и в них нет необходимости. обслуживаться.

    Тем не менее, в отрасли есть несколько знающих людей, которые поддерживают щеточные двигатели, утверждая, что они более прочные и надежные, что они являются относительно дешевым способом (с точки зрения стоимости и мощности) для достижения способности преодолевать подъемы и что они дешевы и просты в обслуживании, и их не нужно часто обслуживать (некоторые только с интервалом в 8000 миль). Более того, после обслуживания они как новые. Наконец, щеточные двигатели очень надежны и предлагают способность преодолевать подъемы по более низкой цене.

    С момента появления бессенсорных двигателей или двигателей с постоянным магнитом BLDC (бесщеточные двигатели постоянного тока) аргументы в пользу щеточных двигателей значительно ослабли. Это связано с тем, что бессенсорные двигатели BLDC обладают такой же надежностью, как и хорошо изготовленные щеточные двигатели, но без шума и веса щеточных двигателей.
    Среднестатистическому пользователю не нужно думать о щеточных или бесщеточных двигателях, так как большинство электровелосипедов продаются с бесщеточными двигателями, поскольку они более эффективны при выработке энергии и, следовательно, служат дольше.

    Двигатели BLDC без датчика или с постоянным магнитом

    Это новая инновация, которая обещает сделать двигатели BLDC (бесщеточные постоянного тока) более надежными. Для этих двигателей не требуются датчики, поскольку положение якоря определяется с помощью обнаружения магнитного поля. Это снижает общеизвестно, что для двигателя требуется большое количество электроники, что приводит к более высокой надежности.

    Опять же, это проблема, о которой обычному пользователю не нужно думать. Если бессенсорные двигатели BLDC оправдают свои ранние обещания, они просто станут отраслевой нормой и будут двигателем по умолчанию на любом велосипеде, который вы рассматриваете.

    Двигатели с фрикционным приводом

    Ecobike Электрический складной велосипед Vatavio

    Это простые, легкие двигатели, которые в основном работают, вращая ролик, который прижимается к шине велосипеда. Существует предел мощности, передаваемой через фрикционный привод, поскольку ускорение зависит от ролика, поддерживающего прочный контакт с небольшим участком шины.

    У этих двигателей есть сторонники, но они в меньшинстве. Я бы сказал, что фрикционные двигатели больше подходят техническим специалистам, которые любят собирать двигатели самостоятельно, используя детали от авиамоделей.

    Обратите внимание, что с этими системами ролик и / или шина обычно изнашиваются уже через несколько сотен миль. Поэтому, хотя они могут показаться дешевыми, они не прослужат долго, а это означает, что они обычно недешевы.

    Итак, мой совет - избегать двигателей с трением - если вы не планируете вообще практически использовать велосипед (и если бы это было так, вы, вероятно, не потрудились бы прочитать это).

    Весь этот пост взят из моей книги (ниже) , в которой рассказывается все, что вам нужно знать, чтобы купить лучший электрический велосипед, соответствующий вашим уникальным потребностям.В него включены обзоры многих лучших электрических велосипедов.

    Думаете о покупке электрического велосипеда? Ознакомьтесь с моим новым изданием Как купить лучший электрический велосипед ! Купите здесь.

    Прочтите все о Как купить лучший электрический велосипед здесь.

    Вам понравился этот пост или он оказался полезным? Если да, пожалуйста, поддержите нас и наш блог:


    Пожалуйста, подумайте о том, чтобы перейти к одному из наших авторитетных филиалов для ваших покупок в Интернете.Мы гордо связаны с Amazon, которая продает практически все, кроме щенков, и имеет выдающуюся политику бесплатного возврата. Для ваших велосипедных и других спортивных покупок мы сотрудничаем с Competitive Cyclist, Bike Wagon, Raleigh Bicycles, Jenson USA, REI Co-op, Backcountry, Commuter Bike Store и Moosejaw. Когда вы покупаете у наших партнеров, мы делаем небольшую комиссию, и это единственный способ получить некоторый доход за многие часы работы, которые мы вкладываем в наши обзоры и публикации. К тому же это вам ничего не стоит - настоящая ситуация, когда вы выигрываете / выигрыш!
    Покупки на Amazon в США: Покупки на Amazon в Канаде: Покупки на Amazon в Великобритании:
    Хотите узнать больше? Ознакомьтесь с нашим Начните здесь! страницу, на которой есть удобные ссылки на наши категории и самые популярные сообщения за все время.

    идентификатор таблицы = 7 /]

    Сохранить

    Сохранить

    Сохранить

    (Посещали 68232 раза, сегодня 1 посещали)

    Связанные

    Как выбрать электродвигатель: двигатели постоянного тока

    "

    ×

    Отправить предложение

    Избранные товары
      Имя* Название компании* Состояние* Телефон* Эл. адрес* Как вы о нас узнали?* Приблиз. единиц / год Комментарии

      * Обязательные поля

      продолжить поиск

      • Продукты
        • Продукты
        • Двигатели постоянного тока
        • Двигатели переменного тока
        • Двигатели BLDC
        • Универсальные моторы
        • Редукторы коробки передач
        • Регулятор скорости двигателя
        • Компоненты двигателя
        • модифицированный и нестандартный
        • Инструмент для поиска двигателей
      • О
        • Около
        • История
        • Партнерские отношения
        • Работа и карьера
        • Инженерный отдел
        • Лидерство
        • Новости и события
        • Положения и условия
        • Политика возврата
      • Примеры из практики

      Как работает электродвигатель?

      Все признают, что если вы можете создать очень эффективные электродвигатели, вы можете сделать качественный скачок вперед. - Джеймс Дайсон

      Введение

      «Электродвигатель стал немного более известен и ценился за последние несколько лет благодаря тому, что он все больше интегрируется в наши автомобили. Поскольку большинство людей понимают и ценят влияние, которое их загрязнение оказывает на климат, спрос на автомобили увеличился. производителей для создания автомобилей, которые могут помочь улучшить нашу окружающую среду или, по крайней мере, причинить меньше вреда ».

      «Именно благодаря этой потребности в росте и развитии некоторые из величайших изобретателей мира усовершенствовали электродвигатель, чтобы теперь он работал лучше и эффективнее, чем когда-либо прежде."

      Детали электродвигателя

      Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей - статора и ротора. Используйте интерактивное изображение ниже в этом разделе, чтобы узнать больше о статоре и роторе и узнать о роли, которую каждый играет в электродвигателе.



      Статора Ротор

      Статор

      Статор состоит из трех частей - сердечника статора, токопроводящего провода и рамы.Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, которые изолированы друг от друга и соединены друг с другом. У этих колец есть прорези на внутренней стороне колец, которые будет наматывать проводящий провод, образуя катушки статора.

      Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов. Вы можете назвать эти типы проводов Фазой 1, Фазой 2 и Фазой 3. Каждый тип проводов наматывается вокруг пазов на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора.

      После того, как токопроводящий провод вставлен в сердечник статора, сердечник помещается в раму.

      Ротор

      Ротор также состоит из трех частей - сердечника ротора, токопроводящих стержней и двух концевых колец. Листы из высококачественной легированной стали составляют цилиндрический сердечник ротора, в центре которого проходит стержень. На внешней стороне сердечника ротора есть прорези, которые либо проходят параллельно стержнеобразному стержню в центре сердечника ротора, либо слегка закручены для образования диагональных прорезей. Если сердечник статора имеет диагональные прорези на внешней стороне сердечника, он называется ротором с короткозамкнутым ротором.

      Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель использует ротор с короткозамкнутым ротором. По диагональным линиям в сердечнике размещены токопроводящие стержни, образующие обмотку ротора. Затем с обеих сторон сердечника помещают концевые кольца, чтобы закоротить все токопроводящие стержни, расположенные по диагональным линиям сердечника ротора.

      После сборки ротора и статора ротор вставляется в статор, и с обеих сторон размещаются два концевых выступа. Эти концевые раструбы изготовлены из того же материала, что и рама статора, и используются для защиты двигателя с обеих сторон.


      Как работает электродвигатель?

      (непрофессионалам)

      Если вы инженер-электрик, вы знаете, как работает электродвигатель. В противном случае это может сильно сбить с толку, поэтому вот упрощенное объяснение (или версия «как работает электродвигатель для чайников») того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель работает в автомобиле.

      Он начинается с аккумуляторной батареи в автомобиле, которая подключена к двигателю.Электроэнергия подается на статор через аккумулятор автомобиля. Катушки внутри статора (сделанные из токопроводящей проволоки) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и действуют как магниты. Следовательно, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается в двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут проводящие стержни на внешней стороне ротора за ним. Вращающийся ротор - это то, что создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины.

      Итак, в типичном автомобиле, который не является электрическим, есть и двигатель, и генератор переменного тока. Аккумулятор питает двигатель, который приводит в действие шестерни и колеса. Вращение колес - это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор перезаряжает аккумулятор. Вот почему вам советуют водить машину в течение некоторого времени после прыжка - аккумулятор необходимо подзарядить, чтобы он функционировал должным образом.

      В электромобиле нет генератора.Итак, как же тогда перезаряжается аккумулятор? Хотя нет отдельного генератора переменного тока, двигатель в электромобиле действует как двигатель и как генератор переменного тока. Это одна из причин, почему электромобили так уникальны. Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, которые вращают шины. Этот процесс происходит, когда ваша нога находится на акселераторе - ротор притягивается вращающимся магнитным полем, требуя большего крутящего момента. Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор?

      Когда ваша нога отрывается от акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля).Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает аккумулятор, действуя как генератор переменного тока.

      Чтобы еще больше упростить этот процесс, представьте, что крутите педали на велосипеде в гору. Чтобы добраться до вершины холма, вам нужно крутить педали сильнее и, возможно, даже придется встать и потратить больше энергии, чтобы повернуть шины и достичь вершины холма. Это похоже на нажатие на газ. Вращающееся магнитное поле, тянущее за собой ротор, создает сопротивление (или крутящий момент), необходимое для перемещения шин и автомобиля.Оказавшись на вершине холма, вы можете расслабиться и перезарядиться, в то время как колеса будут двигаться еще быстрее, чтобы спуститься с холма. В машине это происходит, когда вы отпускаете ногу с газа, а ротор движется быстрее и подает электрическую энергию обратно в линию питания для подзарядки аккумулятора.


      Что такое переменный ток (AC)
      по сравнению с постоянным (DC)?

      Концептуальные различия, лежащие в основе этих двух типов токов, кажутся довольно очевидными.Пока один ток постоянен, другой более прерывистый. Однако все немного сложнее, чем это простое объяснение, поэтому давайте разберем эти два термина более подробно.

      Постоянный ток (DC)

      Термин «постоянный ток» относится к электричеству, которое постоянно движется в единственном и последовательном направлении. Кроме того, напряжение постоянного тока поддерживает постоянную полярность, то есть неизменную.

      Подумайте, как батареи имеют четко определенные положительные и отрицательные стороны.Они используют постоянный ток для постоянной подачи одинакового напряжения. Помимо батарей, топливные элементы и солнечные элементы также производят постоянный ток, в то время как простые действия, такие как трение определенных материалов друг о друга, также могут создавать постоянный ток.

      В соответствии с нашей концепцией батареи, рассматривая положительную и отрицательную стороны батареи, важно отметить, что постоянный ток всегда течет в одном направлении между положительной и отрицательной стороной. Это гарантирует, что обе стороны батареи всегда будут положительными и отрицательными.



      Переменный ток (AC)

      Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые меняются во времени. При изменении напряжения и тока сигнала переменного тока они чаще всего следуют шаблону синусоидальной волны (на изображении выше синусоида показана на правом графике напряжения). Поскольку форма волны является синусоидальной, напряжение и ток чередуются с положительной и отрицательной полярностью во времени.Форма синусоидальной волны сигналов переменного тока обусловлена ​​способом генерации электричества.

      Другой термин, который вы можете услышать при обсуждении электроэнергии переменного тока, - это частота. Частота сигнала - это количество полных волновых циклов, завершенных за одну секунду времени. Частота измеряется в герцах (Гц), а в США стандартная частота в электросети составляет 60 Гц. Это означает, что сигнал переменного тока колеблется с частотой 60 полных обратных циклов каждую секунду.

      Так почему это важно?

      Электроэнергия переменного тока - лучший способ передачи полезной энергии от источника генерации (т.э., плотина или ветряк) на большие расстояния. Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (безопаснее для потребления человеком), но напряжение распределительного трансформатора, подающего питание в район (те цилиндрические серые прямоугольники, которые вы видите на полюсах линии электропередачи), может иметь напряжение до 66 кВА (66000 вольт переменного тока).

      Мощность переменного тока

      позволяет нам создавать генераторы, двигатели и распределительные системы из электричества, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, поэтому переменный ток является наиболее популярным током энергии для приложений питания.


      Как работает трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель?

      Большинство крупных промышленных двигателей представляют собой асинхронные двигатели, которые используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и многих других вещей. Но что именно означает «асинхронный» двигатель? Технически это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий в проводники ротора. С точки зрения непрофессионала, это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в роторе магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как у других двигателей, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.

      Что означает многофазность?

      Всякий раз, когда у вас есть статор, который содержит несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью. Обычно предполагается, что многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, которые используют две фазы.

      Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фаз отдельно от каждого из них, чтобы намеренно выйти из строя.

      Что означает три фазы?

      Основанный на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, выдвинутом в 1883 году, «трехфазный» относится к токам электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля.Эта энергия заставляет катушки проводящих проводов вести себя как электромагниты.

      Простой способ понять три фазы - рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии. Когда энергия создается, ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюсы внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.


      Лучшие электромобили

      По мере того, как эта технология продолжает развиваться, характеристики электромобилей начинают быстро догонять и даже превосходить их газовые аналоги.Несмотря на то, что электромобилям еще предстоит пройти определенное расстояние, шаги, предпринятые такими компаниями, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.

      На данный момент мы все знаем, какой успех Tesla испытывает в этой области, выпустив седан Tesla Model S, который способен проехать до 288 миль, разгоняться до 155 миль в час и имеет крутящий момент 687 фунт-фут. Тем не менее, есть десятки других компаний, которые достигают значительного прогресса в этой области, например, Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy's Spark и Mercedes B-Class Electric.


      Электромобили и окружающая среда

      Реальность такова, что цены на газ должны быть намного выше, чем они есть, потому что мы не учитываем реальный ущерб окружающей среде и скрытые затраты на добычу нефти и ее транспортировку в США - Илон Маск

      Электродвигатели прямо и косвенно воздействуют на окружающую среду на микро- и макроуровне. Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вам нужно.С индивидуальной точки зрения, электромобили не требуют бензина для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши шоссе и города. Хотя это представляет собой новую проблему с дополнительным бременем производства электроэнергии, оно снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густо населенных в городах и пригородах, выбрасывающих токсины в воздух.


      Примечание. Значения MPG (миль на галлон, указанные для каждого региона) представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензинового автомобиля, который будет иметь глобальное потепление, эквивалентное вождению электромобиля.Рейтинги выбросов глобального потепления в регионах основаны на данных электростанций 2012 года в базе данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электрического топлива. Среднее значение 58 миль на галлон в США представляет собой средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где были проданы электромобили в 2014 году.

      С большой точки зрения рост электромобилей дает несколько преимуществ. Во-первых, уменьшается шумовое загрязнение, так как шум, излучаемый электродвигателем, гораздо более приглушен, чем шум газового двигателя.Кроме того, в связи с тем, что электродвигатели не требуют того же типа смазочных материалов и технического обслуживания, что и газовый двигатель, количество химикатов и масел, используемых в автомагазинах, будет сокращено из-за того, что меньше автомобилей нуждаются в проверках.


      Заключение

      Электродвигатель меняет ход истории точно так же, как паровой двигатель и печатный станок изменили определение прогресса. Хотя электрический двигатель не открывает новые возможности в том же духе, что и эти изобретения, он открывает совершенно новый сегмент транспортной индустрии, ориентированный не только на стиль и производительность, но и на внешнее воздействие.Таким образом, хотя электрический двигатель, возможно, не реформирует мир из-за внедрения какого-то нового изобретения или создания нового рынка, он меняет определение того, как мы, как общество, определяем прогресс.

      Если больше ничего не должно произойти из достижений в области электродвигателей, по крайней мере, мы можем сказать, что наше общество продвинулось вперед с осознанием своего воздействия на окружающую среду. Это новое определение прогресса, определяемое электрическим двигателем.


      Источники:

      http: // www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/tesla-polyphase-induction-motors/
      Строительство трехфазного асинхронного двигателя https://www.youtube.com/watch?v=Mle-ZvYi8HA
      Как работает асинхронный двигатель работает? https://www.youtube.com/watch?v=LtJoJBUSe28
      http://www.mpoweruk.com/motorsbrushless.htm
      http://www.kerryr.net/pioneers/tesla.htm
      https: // www.basilnetworks.com/article/motors/brushlessmotors.htm
      http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/tesla-polyphase-induction-motors/
      https: // www.youtube.com/watch?v=HWrNzUCjbkk
      Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя https://www.youtube.com/watch?v=DsVbaKZZOFQ
      https://www.youtube.com/watch?v=NaV7V07tEMQ
      https : //www.teslamotors.com/models
      http://evobsession.com/electric-car-range-comparison/
      http://www.edmunds.com/mitsubishi/i-miev/2016/review/
      http : //www.ford.com/cars/focus/trim/electric/
      https://en.wikipedia.org/wiki/BMW_i3
      http://www.edmunds.com/ford/fusion-energi/2016/ обзор /
      http: // www.chevrolet.com/spark-ev-electric-vehicle.html
      http://www.topspeed.com/cars/volkswagen/2016-volkswagen-e-golf-limited-edition-ar168067.html
      http: // www. topspeed.com/cars/bmw/2016-bmw-i3-m-ar160295.html
      http://www.popularmechanics.com/cars/hybrid-electric/reviews/a9756/2015-mercedes-benz-b-class- electric-drive-test-ride-16198208/
      http://www.topspeed.com/cars/nissan/2016-nissan-leaf-ar171170.html
      http://www.caranddriver.com/fiat/500e
      http : //www.topspeed.com/cars/kia/2015-kia-soul-electricdriven-ar170088.html
      http://www.topspeed.com/cars/ford/2016-ford-focus-electric-ar171335.html
      http://www.topspeed.com/cars/tesla/2015-tesla-model-s- 70d-ar168705.html
      http://www.topspeed.com/cars/tesla/2015-tesla-model-s-p85d-ar165627.html
      http://www.topspeed.com/cars/tesla/2015- tesla-model-s-ar165742.html # main
      http://www.caranddriver.com/reviews/2015-tesla-model-s-p90d-test-review
      http://www.caranddriver.com/tesla/ model-s
      http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-1/what-is-alternating-current-ac/
      http: // science.howstuffworks.com/electricity8.htm
      http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/tesla-polyphase-induction-motors/
      Изображение с: http://faq.zoltenergy.co/ технический /
      http://www.kerryr.net/pioneers/tesla.htm
      https://en.wikipedia.org/wiki/Westinghouse_Electric_(1886)
      http://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating- current / chpt-13 / Introduction-ac-motors /
      https://www.youtube.com/watch?v=Q2mShGuG4RY
      http://www.explainthatstuff.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *