Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель принцип работы коллекторный двигатель

Асинхронный двигатель принцип работы коллекторный двигатель

Рейтинг 2.4/5 (51 голосов)

Трехфазные коллекторные машины перемениого тока являются разновидностью асинхронных машин, у которых можно получить более широкий диапазон регулирования частоты вращения. Развитие их началось в начале ХХ в., когда были выявлены невысокие регулировочные возможности бесколлекторных асинхронных двигателей. В это время было предложено большое количество различных типов машин, но вследствие высокой стоимости, сложности их обслуживания, а также невысокой надежности широкого применения они не нашли. Из известных трехфазных коллекторных двигателей в настоящее время иногда находит применение трехфазный параллельный коллекторный двигатель с питанием со стороны ротора. Этот двигатель был предложен в 1910г. почти одновременно немецкими электротехниками Х. Шраге и Р. Рихтером. Поэтому этот двигатель чаще называется двигателем Шраге-Рихтера.

В настоящее время двигатели Шраге-Рихтера иногда применяются в полиграфической, текстильной и некоторых других отраслях промышленности. В этих двигателях используется принцип регулирования частоты вращения путем введения в цепь каждой фазы ротора асинхронного двигателя добавочной ЭДС частоты скольжения. Одновременно с этим имеется возможность регулировать и cos φ.

Если в машинах двойного питания добавочная ЭДС получалась от преобразователя частоты, то в двигателе Шраге—Рихтера для этой цели используется коллектор. В трехфазных двигателях коллектор является преобразователем ЭДС частоты сети в ЭДС частоты скольжения.

На рисунке. показана схема двигателя Шраге-Рихтера. По сравнению с обычным асинхронным двигателем он имеет обращенную конструкцию. Его трехфазная первичная обмотка 1 располагается на роторе и питается от сети через контактные кольца. Вторичная обмотка 2 располагается на статоре. Каждая обмотка этой фазы соединена со щетками, передвигающимися по коллектору, расположенному на роторе. К коллектору подсоединяется обмотка 3, которая размещается в тех же пазах, что и обмотка 1 ротора. В обмотке 3 наводится ЭДС за счет трансформаторной связи ее с обмоткой 1. Щетки каждой фазы статора могут сдвигаться или раздвигаться, что осуществляется при помощи подвижных траверс.

Применяя правила правой и левой руки, можно установить, что вследствие обращенной конструкции машины электромагнитный момент, приложенный к ротору, будет направлен в сторону, противоположную вращению поля, т. е. ротор и поле будет вращаться в разные стороны. Частота вращения ротора n в общем случае не будет равна частоте вращения поля n1. Скольжение ротора относительно поля определяется известным выражением s = (n1 — n) / n1.

В пространстве относительно неподвижных щеток магнитное поле машины будет перемещаться с частотой вращения n1s. Вследствие этого ЭДС на щетках будет иметь частоту скольжения f1s, а ее значение и фаза будут зависеть от размера и направления сдвига щеток относительно друг друга. Эта ЭДС будет иметь ту же частоту, что и ЭДС в обмотке 2. На рисунке показаны три наиболее характерных положения щеток на коллекторе. В первом случае (а) обе щетки каждой фазы стоят на одной коллекторной пластине. В этом случае в цепь обмотки 2 никакой добавочной ЭДС не вводится и машина работает как обычный асинхронный двигатель. Так как линии вращающегося магнитного поля пересекают проводники обмоток статора и ротора в одном и том же направлении, то в любой момент времени ЭДС статора E2s и ЭДС на щетках ЕД при положении их на коллекторе во втором случае (б), будут направлены встречно. Поэтому при таком положении щеток частота вращения будет ниже основной. При положении щеток в третьем положении (в) ЭДС будут суммироваться, частота вращения будет выше основной.

У этого двигателя, сдвигая и раздвигая щетки, можно менять частоту вращения. Обычно диапазон регулирования частоты вращения у таких двигателей не превышает 1 : 3. Если щетки перемещать несимметрично относительно осей обмоток фаз 2, то одновременно с частотой вращения можно у двигателя регулировать cos φ..

При любом положении щеток механические характеристики двигателя имеют вид, аналогичный механическим характеристикам асинхронного двигателя. Условия коммутации у двигателя Шраге-Рихтера получаются значительно хуже, чем у двигателей постоянного тока. Двигатель Шраге-Рихтера не имеет дополнительных полюсов, а кроме того, в коммутируемых секциях помимо реактивной ЭДС индуктируется трансформаторная ЭДС еТ.

Трансформаторная ЭДС индуктируется вращающимся магнитным полем. Электродвижущая сила еТ не зависит от нагрузки машины, существует при неподвижном роторе и сдвинута по фазе относительно реактивной ЭДС. Значением трансформаторной ЭДС ограничивается предельная мощность двигателей Шраге-Рихтера. Поэтому эти двигатели не строятся на мощности свыше 200-250 кВт.

Читать еще:  Что означает сигнализатор неисправности системы двигателя

Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И на справочной табличке мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Читать еще:  Ваз 2106 двигатель какой трамблер

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Асинхронный двигатель принцип работы коллекторный двигатель

Принцип работы и описание конструкции. Достоинства, недостатки и сферы применения

Хорошо известные многим асинхронные двигатели переменного тока не лишены недостатков, таких как невысокая перегрузочная способность, сложность и небольшой диапазон регулирования, невысокий пусковой момент. Все эти проблемы давно и достаточно успешно решаются применительно к общепромышленному асинхронному электроприводу.

Тем не менее, в некоторых электроприводах используются двигатели, получающие питание от сети переменного тока, но предоставляющие полный набор преимуществ, характерных для электрических машин постоянного тока. Речь идет о коллекторных однофазных электродвигателях переменного тока.

Дело в том, что любой электродвигатель постоянного тока теоретически может работать от сети переменного напряжения. Ведь направление его электромагнитного момента в любой момент времени зависит от текущего направления электрических токов в якорной обмотке и в обмотке возбуждения.

Если обе обмотки подключить в одну сеть переменного тока с частотой 50 герц, то ток в них будет менять свое направление одновременно. Поэтому крутящий момент не будет менять своего направления – двигатель будет набирать обороты, в том числе под нагрузкой.

На практике же все бывает немного сложнее. При независимом или параллельном включении обмотки возбуждения неизбежно возникает сдвиг фаз между напряжением сети и током возбуждения. Тогда электромагнитный момент будет попеременно менять свое направление, и нормальная работа привода будет невозможна.

Поэтому, коллекторные двигатели, предназначенные для включения в сеть переменного тока, имеют обмотку возбуждения, включенную последовательно с якорной обмоткой. В этом случае ток обмоток общий, и его направление может измениться только в обеих обмотках.

Это обеспечивает электромагнитный момент постоянного направления. Обычно, обмотка возбуждения делится на две части, одна из которых включается до якоря, а другая – после (относительно фазного провода). Для устранения влияния реакции якоря часто включаются дополнительные, компенсационные обмотки.

Для включения в сеть переменного напряжения традиционный для двигателей постоянного тока цельный, сварной магнитопровод статора не подходит – слишком большой величины будут достигать токи Фуко и связанные с ними потери на перемагничивание. Поэтому, магнитопроводы коллекторных двигателей переменного тока выполняются шихтованными из отдельных пластин.

Механическая и электромеханическая характеристики коллекторных двигателей переменного тока схожи с характеристиками электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения. Но в целом характеристики получаются хуже: из-за сдвига фаз на переменном токе коллекторный электродвигатель потребляет больший ток. Увеличение происходит за счет возникновения реактивной составляющей, и оно же становится причиной снижения КПД.

Их коммутация осложнена из-за наличия коллекторно-щеточного аппарата. Поэтому, мощность однофазных коллекторных машин ограничена несколькими киловаттами. Большая мощность нецелесообразна из-за больших потерь и повышенного износа щеток и коллекторных пластин.

Непрерывная коммутация щеток на коллекторе двигателей переменного тока способна генерировать достаточно мощные электромагнитные радиопомехи. Это легко замечают люди, имеющие опыт одновременного бритья электробритвой на 220 вольт и прослушивания радиоприемника. Чтобы минимизировать эти помехи, параллельно якорю двигателя устанавливаются фильтры, содержащие конденсатор.

Нормативная наработка на отказ коллекторных двигателей переменного тока составляет несколько тысяч часов. Это, конечно, немного в сравнении с обычными «асинхронниками». Однако, у них есть и свои преимущества.

Так, скорость вращения можно регулировать в очень широких пределах, причем разными способами: понижением напряжения или введением дополнительных сопротивлений в цепь питания. А вот изменение частоты питающего напряжения на скорость коллекторного электромотора не влияет.

Предельные и номинальные частоты вращения коллекторных двигателей могут достигать десяти тысяч оборотов в минуту, что недостижимо для асинхронных. Кроме того, они имеют очень хороший пусковой момент, способны выдерживать серьезные перегрузки и даже воздействие режима короткого замыкания в течение нескольких секунд без ущерба для своей конструкции.

Читать еще:  Электрические схемы управления дизельным двигателем

Коллекторные однофазные двигатели отличаются высокой удельной мощностью: они компактны и приемисты. Благодаря своей, не особенно сложной конструкции, эти машины приобрели довольно широкую популярность среди производителей бытовой техники и ручного электроинструмента.

Так, подавляющее большинство пылесосов, стиральных машин, кухонных комбайнов, углошлифовальных машин, дрелей оснащены именно коллекторными однофазными электродвигателями, способными включаться в сеть как переменного, так и постоянного тока.

Для подключения в сеть постоянного тока в них используется вся обмотка возбуждения, а для включения в переменную сеть – часть ее. Тогда необходимость в компенсационных обмотках отпадает, а двигатель может считаться универсальным.

Принцип работы коллекторного двигателя

Принцип действия коллекторного электродвигателя (рис.) основан на следующем: если проводник с током — рамку прямоугольной формы, имеющую ось вращения, — поместить между полюсами постоянного магнита (или электромагнита), то эта рамка начнет вращаться. Направление вращения будет зависеть от направления тока в рамке. Ток в рамку от источника постоянного тока может подаваться через контакты-полукольца, прикрепленные к концам рамки, и через упругие скользящие контакты — щетки (рис, а). Отметим, что вращающаяся часть электродвигателя называется якорем, а неподвижная — статором.
Контакты-полукольца обеспечивают переключение тока в рамке через каждые пол-оборота, т. е. непрерывное вращение рамки в одном направлении. У реальных коллекторных двигателей таких рамок много, поэтому вся контактная окружность делится уже не на две, а на большее количество контактов.

Рис.. Коллекторный электродвигатель: а — принцип действия; б — учебный коллекторный двигатель; в — якори учебных коллекторных двигателей; г — якорь реального электродвигателя
Эти контакты образуют коллектор — отсюда и название этого электродвигателя. Контакты коллектора изготовляют из меди, а щетки — из графита. Простейший ремонт электродвигателя заключается в замене щеток, запасной комплект которых часто прилагается при продаже устройств с такими двигателями.
Коллекторные электродвигатели имеют широкое применение

Коллекторные электродвигатели. Они названы по одному из узлов ротора — коллектору (цилиндр, набранный из изолированных пластинок меди, к которому припаяны концы проводов обмотки). С коллектором соприкасаются щетки статора. Коллектор подводит ток к обмотке ротора, последовательно соединенной с обмоткой статора.

Коллекторные электродвигатели отличаются высокой скоростью вращения ротора, поэтому их используют в таких изделиях и машинах, как пылесосы, кухонные машины, и др. Они имеют малые массу и габаритные размеры. Для бытовых машин в основном применяют универсальный встраиваемый коллекторный электрический двигатель.

Коллекторные двигатели, работающие от источника переменного и постоянного тока, называют универсальными. Существуют двигатели для работы на низком напряжении от источников тока. Коллекторные двигатели развивают большие скорости вращения без нагрузки, поэтому их пуск в бытовых машинах чаще всего осуществляется под нагрузкой, для чего приводимые в движение части машины насаживают непосредственно на вал двигателя, например вентилятор у пылесоса.

В процессе эксплуатации коллекторных двигателей проявляются такие их недостатки, как повышенный уровень шума, создание помех радиоприему, искрение и выход из строя угольных щеток, сложность ухода. Такие двигатели являются менее надежными, слож­ными в производстве и дорогостоящими. Однако они имеют и ряд существенных преимуществ перед асинхронными, благодаря которым и используются в бытовых машинах. Это хорошие пусковые данные, возможность получения больших скоростей вращения (до 25000 об/мин) и плавной регулировки скорости в широких пределах, универсальность.

Эффективность работы двигателя в бытовых приборах зависит от соблюдения требований к режиму работы изделия, который обязательно указывается в эксплуатационном документе. Особенно важно соблюдение этих требований для изделий и машин с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работу (фены, миксеры и др.), чтобы исключить перегрев двигателя и выход его из строя.

По способу охлаждения двигатели подразделяются на двигатели с естественным и искусственным охлаждением. Кроме того, необходимо вентилирующее приспособление, особенно независимое, которое следует поддерживать в рабочем состоянии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector