Классификация двигателей постоянного тока

Электродвигатель представляет собой электрическую машину, которая преобразовывает электроэнергию в энергию вращения вала с незначительными тепловыми потерями. Главный принцип работы любого электродвигателя заключается в использовании электромагнитной индукции в качестве основной движущей силы. Для этого конструкция электродвигателя включает:

  • Неподвижную часть (статор или индуктор).
  • Подвижную часть (ротор или якорь).

В зависимости от предназначения, применяемого рода тока и конструктивных особенностей электрические двигатели имеют большое количество разновидностей.

Двигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока объединяют широкий ассортимент устройств, обеспечивающих высокий КПД при трансформации электрической энергии в механическую. Для надежного соединения электрической цепи подвижной и неподвижной части электропривода постоянного тока используют щеточно-коллекторный узел. В зависимости от конструктивных особенностей щеточно-коллекторного узла, все электрические машины постоянного тока подразделяют на следующие группы:

  • Коллекторные.
  • Бесколлекторные.

В свою очередь коллекторные электродвигатели условно разделяют на следующие виды:

  • Самовозбуждающиеся.
  • С возбуждением от электромагнитов постоянного действия.

Устройства с независимым возбуждением характеризуются низкой мощностью, поэтому данные электроприводы используют для не ответственных операций с низкой нагрузкой. Машины с самовозбуждением подразделяют на:

  • Устройства с последовательным возбуждением, где якорь подключается последовательно обмотке возбуждения.
  • Электродвигатели с параллельным возбуждением, где якорь включается параллельно обмотке возбуждения.
  • Электропривод смешанного возбуждения, который характеризуется наличием параллельных и последовательных соединений.

Возникновение вращающего момента

Вращающий момент в электродвигателях может быть получен одним из двух способов: по принципу магнитного гистерезиса либо чисто магнитоэлектрически. Гистерезисный двигатель получает вращающий момент посредством явления гистерезиса во время перемагничивания магнитно-твердого ротора, в то время как у магнитоэлектрического двигателя вращающий момент является результатом взаимодействия явных магнитных полюсов ротора и статора.

image

Магнитоэлектрические двигатели по праву составляют сегодня львиную долю всего обилия электродвигателей, применяемых в очень многих областях. Они подразделяются по роду питающего тока на:

  • двигатели постоянного тока,
  • двигатели переменного тока,
  • универсальные двигатели.

image

Схема двигателя постоянного тока. Устройство и принцип работы.

Двигатели постоянного тока

image

У двигателя, который питается постоянным током, за переключение фаз отвечает сам двигатель. Это значит, что хотя на электрическую машину и подается постоянный ток, тем не менее, благодаря действию внутренних механизмов устройства, магнитное поле оказывается движущимся и становится в состоянии поддерживать вращающий момент ротора (как будто в обмотке статора действует переменный ток).

image

Устройство и приницип работы электродвигателя постоянного тока: 1 — якорь, 2 — вал, 3 — коллекторные пластины, 4 — щеточный узел, 5 — магнитопровод якоря, 6 — магнитопровод индуктора, 7 — обмотки возбуждения, 8 — корпус индуктора, 9 — боковые крышки, 10 — вентилятор, 11 — лапы, 12 — подшипники.

Электродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части, называемой индуктором, и подвижной части, называемой якорем. В зависимости от исполнения, место обмотки возбуждения на индукторе могут располагаться постоянные магниты, что позволяет упростить конструкцию, но не позволяет регулировать магнитный поток двигателя, влияющий на его скорость.

По способу создания движущегося магнитного поля, двигатели постоянного тока подразделяются на:

  • вентильные (бесколлекторные),
  • коллекторные.

Классификация и характеристики двигателей постоянного тока

В зависимости от способа включения обмотки возбуждения и обмотки якоря различают следующие типы двигателей постоянного тока:

1) параллельного возбуждения;

2) последовательного возбуждения;

3) смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения: параллельная и последовательная. Двигатели постоянного тока оцениваются по совокупности следующих видов характеристик: пусковых, рабочих, регулировочных и механических.

Пусковые характеристики. Пусковые характеристики определяются следующими величинами:

а) пусковым током Iпуск, характеризуемым отношением Iпуск/Iном;

б) пусковым моментом Мпуск, характеризуемым отношением Мпуск/Мном;

в) плавностью пусковой операции;

г) временем пуска в ход tпуск;

д) экономичностью операции, определяемой стоимостью пусковой аппаратуры.

В начальный момент пуска двигателя его якорь неподвижен, противо – э.д.с. в обмотке якоря равна нулю и ток в якоре двигателя Iя = Uс/Rя. Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает номинальный в 20 и более раз. Резкий скачок тока при пуске создает на валу двигателя большой пусковой момент, который может вызвать механические разрушения как самого двигателя, так и исполнительного механизма, привести к резкому падению напряжения в сети и вызвать интенсивное искрение под щетками.

Поэтому при пуске двигателя в ход для ограничения пускового тока применяют пусковые реостаты, включаемые последовательно в цепь якоря (рис. 6.4). По мере увеличения частоты вращения якоря противо — э.д. с. увеличивается, а ток якоря уменьшается, поэтому сопротивление реостата следует уменьшить так, чтобы в конце пуска оно было полностью выведено и чтобы пусковой ток превышал номинальный не более чем в два-три раза.

Рис. 6.4. Схема включения пускового реостата в цепь двигателя параллельного возбуждения

Рабочие характеристики. Под рабочими характеристиками понимают зависимости частоты вращения, вращающего момента и к.п.д. от полезной мощности на валу или от тока якоря п; М и = f(Р2) или f(Iя) при U= Uном = const и номинальном токе возбуждения. Частоту вращения п определяют из уравнения э.д.с. Uс=Ея+IяRя = сеnФ+IяRя, откуда n= (Uc — IяRя)/(сеФ). Так как Uc = const, то форма частотной характеристики зависит только от падения на­пряжения IЯRЯ и изменения потока Ф.

Регулировочные характеристики. Эти характеристики определяют свойства двигателей при регулировании частоты вращения. К ним относятся:

а) пределы регулирования, определяемые отношением nмакс/nмин

б) экономичность регулирования (первоначальные затраты ка оборудование и последующие эксплуатационные расходы);

в) характер регулирования — плавный или ступенчатый;

г) простота регулировочной аппаратуры и операций по регулированию частоты вращения. Двигатели постоянного тока обладают многообразными и гибкими регулировочными характеристиками и поэтому являются незаменимыми в установках с широко регулируемой частотой вращения. Механические характеристики. Для электропривода производственных механизмов важное значение имеют механические характеристики, представляющие собой зависимость n = f(M) при Uc = const и постоянном сопротивлении в цепи якоря (при условии, что регулирование тока в цепи возбуждения двигателя не производится).

Дата добавления: 2022-04-12 ; просмотров: 225 ;

Классификация электродвигателей

В зависимости от назначения, от предполагаемых режимов и условий работы, от типа питания и т. д., все электродвигатели можно классифицировать по нескольким параметрам: по принципу получения рабочего момента, по способу работы, по роду тока питания, по способу управления фазами, по типу возбуждения и т. д. Давайте же рассмотрим классификацию электродвигателей более подробно.

Электродвигатель переменного тока

Возникновение вращающего момента

Вращающий момент в электродвигателях может быть получен одним из двух способов: по принципу магнитного гистерезиса либо чисто магнитоэлектрически. Гистерезисный двигатель получает вращающий момент посредством явления гистерезиса во время перемагничивания магнитно-твердого ротора, в то время как у магнитоэлектрического двигателя вращающий момент является результатом взаимодействия явных магнитных полюсов ротора и статора.

Синхронный двигатель

Магнитоэлектрические двигатели по праву составляют сегодня львиную долю всего обилия электродвигателей, применяемых в очень многих областях. Они подразделяются по роду питающего тока на:

  • двигатели постоянного тока,
  • двигатели переменного тока,
  • универсальные двигатели.

В отличие от магнитоэлектрического двигателя, в гистерезисном двигателе допускается перемещение намагниченности ротора относительно его геометрических осей, и именно данная особенность не позволяет распространять на синхронный режим работы гистерезисного двигателя общие закономерности магнитоэлектрического преобразования.

Классификация электродвигателей

Двигатели постоянного тока

Двигатель постоянного тока

У двигателя, который питается постоянным током, за переключение фаз отвечает сам двигатель. Это значит, что хотя на электрическую машину и подается постоянный ток, тем не менее, благодаря действию внутренних механизмов устройства, магнитное поле оказывается движущимся и становится в состоянии поддерживать вращающий момент ротора (как будто в обмотке статора действует переменный ток).

Устройство и приницип работы электродвигателя постоянного тока: 1 — якорь, 2 — вал, 3 — коллекторные пластины, 4 — щеточный узел, 5 — магнитопровод якоря, 6 — магнитопровод индуктора, 7 — обмотки возбуждения, 8 — корпус индуктора, 9 — боковые крышки, 10 — вентилятор, 11 — лапы, 12 — подшипники.

Электродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части, называемой индуктором, и подвижной части, называемой якорем. В зависимости от исполнения, место обмотки возбуждения на индукторе могут располагаться постоянные магниты, что позволяет упростить конструкцию, но не позволяет регулировать магнитный поток двигателя, влияющий на его скорость.

По способу создания движущегося магнитного поля, двигатели постоянного тока подразделяются на:

  • вентильные (бесколлекторные),
  • коллекторные.

Бесколлекторные двигатели имеют в своей конструкции электронные инверторы, которые и осуществляют переключение фаз. Коллекторные же двигатели традиционно оснащены щеточно-коллекторными узлами, которые призваны чисто механически синхронизировать питание обмоток двигателя с вращением его движущихся частей.

Возбуждение коллекторных двигателей

Коллектор двигателя постоянного тока

Коллекторные двигатели по способу возбуждения бывают следующих видов: с независимым возбуждением от постоянных магнитов или от электромагнитов, либо с самовозбуждением. Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов содержат магниты на роторе. Двигатели с самовозбуждением имеют на роторе специальную якорную обмотку, которая может быть включена параллельно, последовательно или смешано со специальной обмоткой возбуждения.

Двигатель пульсирующего тока

На двигатель постоянного тока похож двигатель пульсирующего тока. Отличие заключается в наличии шихтованных вставок на остове, а также дополнительных шихтованных полюсов. Кроме того, у двигателя пульсирующего тока имеется компенсационная обмотка. Применение такие двигатели находит в электровозах, где они обычно питается выпрямленным переменным током.

Двигатель переменного тока

Двигатели переменного тока, как ясно из названия, питаются током переменным. Бывают они синхронными и асинхронными.

У синхронных двигателей переменного тока магнитное поле статора движется с той же угловой скоростью, что и ротор, а у асинхронных всегда есть некое отставание (характеризующееся величиной скольжения s) — магнитное поле статора в своем движении как бы опережает ротор, который в свою очередь все время стремится его догнать.

Синхронные двигатели больших мощностей (мощностью в сотни киловатт) имеют на роторе обмотки возбуждения. Роторы менее мощных синхронных двигателей оснащены постоянными магнитами, которые и образуют полюса. Гистерезисные двигатели тоже в принципе относятся к синхронным.

Шаговые двигатели — это особая категория синхронных двигателей с высокой точностью управления скоростью вращения, вплоть до дискретного счета шагов.

Вентильные синхронные реактивные двигатели получают питание через инвертор. Смотрите по этой теме: Современные синхронные реактивные двигатели

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронные двигатели переменного тока отличаются тем, что у них угловая скорость вращения ротора всегда меньше чем угловая скорость вращения магнитного поля статора. Асинхронные двигатели бывают однофазными (с пусковой обмоткой), двухфазными (к ним относится и конденсаторный двигатель), трехфазными и многофазными.

Конструкция трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель состоит и неподвижной (статора) части и подвижной (ротора) частей, которые удерживаются подшипниками 1 и 11, установленными в боковые крышки 3 и 9. Ротор состоит из вала 2, на котором закреплен магнитопровод 5 с обмоткой. Статор двигателя состоит из корпуса 7, к которому прикреплен магнитопровод 6. В пазы магнитопровода уложена трехфазная обмотка 8. Так же к корпусу крепится крышка клеммной коробки 4 и защитный кожух 12 крыльчатки 10.

Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Одни концы катушек соединены в нулевую точку («звезда»), а другие – подключены к контактным кольцам. На кольца наложены щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой ротора. При такой конструкции возможно подсоединение к обмотке ротора пускового или регулировочного реостата, позволяющего менять электрическое сопротивление в цепи ротора.

Качественная работа крановых механизмов важна для многих отраслей промышленности. Если вы интересуетесь состоянием электродвигателей в грузоподъемном оборудовании, ознакомьтесь с результатами нашего исследования за 5 лет в статье Наиболее распространенные неисправности крановых электродвигателей

Асинхронный двигатель с частотным преобразователем для плавного регулирования скороcти вращения вала за счет изменения частоты и питающего напряжения:

Асинхронный двигатель с частотным преобразователем

Универсальные коллекторные двигатели

Универсальный коллекторнй двигатель может работать хоть от постоянного, хоть от переменного тока (50 Гц). Имеет последовательное возбуждение, используется в бытовых электроприборах , где требуется скорость вращения более высокая чем максимальные для обычных двигателей переменного тока 3000 об/мин. Как правило, мощность таких двигателей не превышает 200 Вт. Встречается тиристорное управление скоростью вращения универсального двигателя.

Усовершенствованная разновидность универсального двигателя — синхронный двигатель с датчиком положения ротора, где роль коллектора выполняет электронный инвертор.

Другие полезные статьи по этой теме:

Классификация двигателей постоянного тока: виды и принцип работы

Двигатели постоянного тока (ДПТ) являются одними из наиболее популярных и широко используемых электродвигателей в современной промышленности. Они отличаются своей надежностью, простотой управления, высокой эффективностью и широким спектром применения.

Классификация двигателей постоянного тока осуществляется по нескольким основным параметрам. Одним из таких параметров является тип возбуждения, которое может быть самовозбужденным или возбужденным от внешнего источника энергии.

Примером самовозбужденных двигателей постоянного тока являются двигатели с постоянными магнитами (ДПТМ). Они имеют встроенный постоянный магнит, который создает магнитное поле. Это поле воздействует на обмотку якоря, создавая крутящий момент. Такие двигатели хорошо работают в небольших мощностях и имеют высокий КПД.

Двигатели постоянного тока с возбуждением от внешнего источника энергии (ДПТВ) имеют обмотку возбуждения, которая питается электрическим током от отдельного источника энергии. Это позволяет контролировать и регулировать скорость двигателя и обеспечивает большую гибкость в его эксплуатации.

Кроме того, двигатели постоянного тока также могут быть классифицированы по типу возбуждения якоря. Одним из таких типов является параллельное возбуждение. В этом случае обмотка возбуждения является параллельно соединена с обмоткой якоря. Другим типом является серийное возбуждение, при котором обмотка возбуждения является серийно соединена с обмоткой якоря. Каждый из этих типов обладает своими особенностями и применяется в зависимости от конкретных требований и условий эксплуатации.

Основные типы двигателей постоянного тока

Основные типы двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока (ДПТ) широко используются в различных отраслях промышленности и быта благодаря своей простоте, надежности и хорошим характеристикам. Они работают на принципе преобразования электрической энергии в механическую.

Существует несколько основных типов ДПТ: серийный, параллельный и составной. Каждый из них имеет свои особенности и области применения.

Серийный двигатель:

Преимущества Недостатки
Высокий момент кручения при низких оборотахНеэффективность на высоких скоростях
Хорошая динамикаВысокий расход энергии
Простость конструкции

Параллельный двигатель:

Преимущества Недостатки
Высокий КПДНизкий момент кручения при низких оборотах
Хорошая регулировка оборотовБолее сложная конструкция
Высокая устойчивость к перегрузке

Составной двигатель:

Преимущества Недостатки
Высокий КПДБолее сложная конструкция
Хорошая регулировка оборотовВысокие затраты на производство
Высокая устойчивость к перегрузке

Классификация электродвигателей постоянного тока

1. Электродвигатели классифицируются по способу подключения обмотки возбуждения (см. Рис. 4.8 (а, б, в, г)).

Наиболее распространенным видом электродвигателей являются двигатели с последовательным возбуждением.

Двигатели со смешанным возбуждением также часто исполь­зуются для работы в тяжелых условиях.

Электродвигатели с параллельным возбуждением в автомобилях не используются, поэтому мы их здесь рассматривать не будем. Наряду с двигателями, имеющими электрическое возбуждение, в эксплуатации есть и двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие неплохие весовые показатели.

Классификация электродвигателей постоянного тока

Рис. 4.8 (а) Двигатель с параллельным возбуждением

Электродвигатель общего назначения. В качестве стар­тера не используется. Обмотка возбуждения имеет много витков и значительное сопротивление.

2. В электродвигателе с последовательным возбуждением обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря. Это самый распространенный тип двигателя для легковых автомобилей.

Рис. 4.8 (б) Двигатель с после­довательным возбуждением

Большой пусковой момент, идеален для проворачивания поршневого двигателя. Обмотка возбуждения имеет небольшое число витков из толстого провода или метал­лических полос с малым сопротивлением.

Как указывалось в разделе “Скорость и крутящий момент стартера” , такой двигатель дает высокий пусковой момент, падающий при повышении скорости вращения. Такая характеристика идеальна для преодоления большого сопротивления при страгивании с места коленчатого вала (см. Рис. 4.9).

3. Двигатели с постоянным магнитом имеют малые габариты и просты по конструкции.

Классификация электродвигателей постоянного тока

Рис. 4.8 (в) Двигатель с постоян­ным магнитом

Используется в качестве стартеров благодаря достиже­ниям в области постоянных магнитов, позволяющим создать эффективный электродвигатель с хорошими весовыми показателями.

Поскольку у них нет обмотки возбуждения, падение напряжения в них определяется только сопротивлением обмотки якоря. Для съема высокой мощности с вала такие двигатели могут иметь встроенную механическую передачу от якоря к выходному валу.

4. Двигатели со смешанным возбуждением используются в тех случаях, когда нужна большая мощность. Двигатели этого типа имеют как последовательную, так и параллельную обмотки, которые включаются в два этапа:

а). При включении двигателя сначала параллельная обмотка включается последовательно с якорем и выполняет роль балластного сопротивления. Благодаря этому, ток якоря ограничен, и двигатель развивает небольшой момент, необхо­димый для плавного ввода в зацепление шестерни стартера.

б). На втором этапе обмотки соответствуют своему названию: параллельная обмотка включается параллельно якорю, а последовательная – последовательно.

После запуска двигателя шестерня стартера выходит из зацепле­ния с маховиком, и стартер отключается от источника питания. В это время вращающийся по инерции якорь начинает генерировать ток, который теряется в параллельной обмотке возбуждения. Благодаря этому якорь стартера быстро останавливается – эффект электротормоза.

Классификация электродвигателей постоянного тока

Рис. 4.8 (г) Двигатель со смешан­ным возбуждением

Иногда используется для стартеров большой мощности.

Включается в две стадии:

1. Параллельная обмотка включается последовательно с якорем для получения небольшого момента, необходи­мого для входа шестерни стартера в зацепление с маховиком двигателя. Последовательная обмотка отключена.

2. Включается, как показано на рисунке – полный ток якоря.

Классификация электродвигателей постоянного тока

1. Электродвигатели классифицируются по способу подключения обмотки возбуждения (см. Рис. 4.8 (а, б, в, г)).

Наиболее распространенным видом электродвигателей являются двигатели с последовательным возбуждением.

Двигатели со смешанным возбуждением также часто исполь­зуются для работы в тяжелых условиях.

Электродвигатели с параллельным возбуждением в автомобилях не используются, поэтому мы их здесь рассматривать не будем. Наряду с двигателями, имеющими электрическое возбуждение, в эксплуатации есть и двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие неплохие весовые показатели.

Классификация электродвигателей постоянного тока

Рис. 4.8 (а) Двигатель с параллельным возбуждением

Электродвигатель общего назначения. В качестве стар­тера не используется. Обмотка возбуждения имеет много витков и значительное сопротивление.

2. В электродвигателе с последовательным возбуждением обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря. Это самый распространенный тип двигателя для легковых автомобилей.

Рис. 4.8 (б) Двигатель с после­довательным возбуждением

Большой пусковой момент, идеален для проворачивания поршневого двигателя. Обмотка возбуждения имеет небольшое число витков из толстого провода или метал­лических полос с малым сопротивлением.

Как указывалось в разделе “Скорость и крутящий момент стартера” , такой двигатель дает высокий пусковой момент, падающий при повышении скорости вращения. Такая характеристика идеальна для преодоления большого сопротивления при страгивании с места коленчатого вала (см. Рис. 4.9).

3. Двигатели с постоянным магнитом имеют малые габариты и просты по конструкции.

Классификация электродвигателей постоянного тока

Рис. 4.8 (в) Двигатель с постоян­ным магнитом

Используется в качестве стартеров благодаря достиже­ниям в области постоянных магнитов, позволяющим создать эффективный электродвигатель с хорошими весовыми показателями.

Поскольку у них нет обмотки возбуждения, падение напряжения в них определяется только сопротивлением обмотки якоря. Для съема высокой мощности с вала такие двигатели могут иметь встроенную механическую передачу от якоря к выходному валу.

4. Двигатели со смешанным возбуждением используются в тех случаях, когда нужна большая мощность. Двигатели этого типа имеют как последовательную, так и параллельную обмотки, которые включаются в два этапа:

а). При включении двигателя сначала параллельная обмотка включается последовательно с якорем и выполняет роль балластного сопротивления. Благодаря этому, ток якоря ограничен, и двигатель развивает небольшой момент, необхо­димый для плавного ввода в зацепление шестерни стартера.

б). На втором этапе обмотки соответствуют своему названию: параллельная обмотка включается параллельно якорю, а последовательная – последовательно.

После запуска двигателя шестерня стартера выходит из зацепле­ния с маховиком, и стартер отключается от источника питания. В это время вращающийся по инерции якорь начинает генерировать ток, который теряется в параллельной обмотке возбуждения. Благодаря этому якорь стартера быстро останавливается – эффект электротормоза.

Классификация электродвигателей постоянного тока

Рис. 4.8 (г) Двигатель со смешан­ным возбуждением

Иногда используется для стартеров большой мощности.

Включается в две стадии:

1. Параллельная обмотка включается последовательно с якорем для получения небольшого момента, необходи­мого для входа шестерни стартера в зацепление с маховиком двигателя. Последовательная обмотка отключена.

2. Включается, как показано на рисунке – полный ток якоря.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий