Асинхронный двигатель на малых оборотах - Авто Журнал
Aklaypart.ru

Авто Журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель на малых оборотах

Как правильно выбрать бесщеточный электродвигатель

При выборе бесщеточного электродвигателя для своих разработок инженеры имеют несколько вариантов. Неправильный выбор может привести к провалу проекта не только на этапе разработки – испытания, но и после выхода на рынок, что крайне не желательно. Для облегчения работы инженеров мы сделаем краткое описание преимуществ и недостатков четырех наиболее популярных видов бесщеточных электрических машин: асинхронный электродвигатель (АД), двигатель с постоянными магнитами (ПМ), синхронные реактивные электродвигатели (СРД), вентильные реактивные электродвигатели (ВРД).

Вращающееся магнитное поле – основа схемы генератора из асинхронного двигателя

В электрической машине, изначально создающейся как генератор, существуют две активные обмотки: возбуждения, размещенная на якоре, и статорная, в которой и возникает электрический ток. Принцип её работы основан на эффекте электромагнитной индукции: вращающееся магнитное поле порождает в обмотке, которая находится под его воздействием, электрический ток.

Магнитное поле возникает в обмотке якоря от напряжения, обычно подаваемого с аккумулятора, ну а его вращение обеспечивает любое физическое устройство, хотя бы и ваша личная мускульная сила.

Конструкция электродвигателя с короткозамкнутым ротором (это 90 процентов всех исполнительных электрических машин) не предусматривает возможности подачи питающего напряжения на обмотку якоря. [attention type=yellow]Поэтому, сколько бы вы ни вращали вал двигателя, на его питающих клеммах электрического тока не возникнет. [/attention]Тем, кто хочет заняться переделкой асинхронного двигателя в генератор, надо создавать вращающееся магнитное поле самостоятельно.

Преимущества асинхронных двигателей

Заложенный в асинхронный двигатель принцип работы даёт ряд преимуществ этому устройству:

  1. Простое устройство делает таковой экономичным в производстве.
  2. Низкое потребление энергии приводит к экономичности устройств, оснащённых таким двигателем.
  3. Универсальность применения в аппаратах, где не требуется точное поддержание частоты вращения или существует схема управления с обратной связью, обеспечивающая вращение с заданной частотой.
  4. Высокая надёжность в работе.
  5. Асинхронный двигатель может работать при однофазном подключении.

Физический принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если мы вспомним закон Ампера, то будет понятно, что на проводник с током в магнитном поле действует некоторая сила. Именно это обстоятельство позволяет получить вращающийся якорь.

Вспомним самый простой опыт, который показывают школьникам. Рамку с током помещают в магнитное поле и она начинает двигаться. Правда двигается она недолго, а скорее дергается. Всему виной несовпадение векторов. Размести мы магниты слегка иначе и получили бы постоянное движение.

Силы Ампера, действующие на боковые стороны рамки, будут создавать вращающий момент, величина которого пропорциональна магнитной индукции, силе тока в рамке, ее площади S и зависит от угла a между вектором магнитной индукции и нормалью к рамке.

Рамка с током в магнитном поле

В представленной ситуации рамка будет вращаться только тогда, когда вектора Fа будут не деформировать её, а придавать вращательное движение.

Вот так крутится рамка

Для этого в данном примере рамку нужно повернуть на 90 градусов. Теперь представим, что якорь нашего двигателя весь состоит из таких рамок, их очень много. Это улучшит процесс движения.

Вот и получился самый простой электрический двигатель постоянного тока.

Теперь представим, как будет выглядеть поведение такого двигателя при включении в цепь с переменным током. Он начнет танцевать в разные стороны. Ведь переменный электрический ток отличается тем, что регулярно меняет своё направление. Рамка с током, через которую он проходит, будет также менять направление своего движения. Крутиться равномерно такая штука не сможет. Поэтому, в переменных сетях используется двигатели переменного тока. Двигатель постоянного тока конечно же сможет работать в переменной сети, но для этого нужно использовать выпрямитель перед ним.

Правда бывают и универсальные электродвигатели, которые одинаково комфортно юзаются и там, и там. Но про это чуть позже.

Мы каждый день узнаем о насоса что-нибудь новенькое, такое, о чем мы раньше, по многим причинам, и не задумывались. У нас есть насос, он прекрасно качает воду из источника, которой хватает на полив сада-огорода и пользование ею всеми членами семьи и на работу всей бытовой техники. Зачем нам знать еще больше об этом удивительном агрегате?

Читать еще:  Горит электроника двигателя неисправность

Мы даже знаем сейчас, что каждый, в принципе, бытовой насос, в зависимости от его конструкции, можно использовать, как в качестве перекачивающего устройства, придав ему механическую энергию внешнего привода, так и в качестве двигателя, через который можно получить дополнительную энергию. Например, раскручивая ротор электродвигателя насоса струей поступающей жидкости, можно, при некотором изменении конструкции, получить источник электроэнергии в доме.

Если взять более простые конструкции, то можно привести пример водяной мельницы, где двигателем и своеобразным механическим насосом можно рассматривать ее водное колесо. Многие, если не сказать, большинство гидронасосов имею возможность обратного применения.

Но сейчас речь пойдет совсем о другом. Мы поговорим о стандартном применении гидронасосов и источниках энергии для них, которые применяются в бытовых и промышленных агрегатах перекачки воды. Мы будем говорить о самом выгодном виде механических двигателей для насосов – электродвигателях, которые имеют самое широкое распространение в насосах, как бытовых, так и во всех отраслях промышленности.

Асинхронный электродвигатель. Плюсы и минусы применения. Конструкции типов

Положительные стороны от применения электродвигателей в работе насосов видны с первого раза: это частые включения (повторные пуски) двигателей в работу в зависимости от водных параметров в магистрали, малое энергопотребление, простота конструкций и выгодность производства, динамичность и малые размеры электродвигателей и многое другое.

Мы разберем самый «выгодный» в производстве и простой в бытовом применении асинхронный электродвигатель (индукционный двигатель), как электрическую машину переменного тока с частотой вращения ротора меньшим по сравнению с частотой магнитного поля, которое создается токами в обмотке статора:

Он прост в изготовлении;

Имеет относительно низкую цену;

Надежен и неприхотлив при работе;

Энерго- и эксплуатационно малозатратен;

Имеет простой доступ к подключению в домашнюю электросеть без дополнительных преобразующих устройств;

Нет необходимости регулировать частоту вращения ротора.

Но при этом такие электромашины с асинхронным (индукционным) двигателем:

Имеют низкий по силе пусковой момент;

Большую величину пускового тока;

Мощность с низким коэффициентом;

Сложности с регулировкой скоростных характеристик ротора и отсутствие необходимой точности вращения;

Скоростные характеристики вращения ротора ограничиваются частотными показателями сети (бытовая сеть имеет частоту в 50 Гц – двигатель может максимально развить обороты не более 3000 в минуту);

Огромная (в квадрате) связь электромагнитного поля на статоре с напряжением в сети – при любом изменении напряжения в 2 раза, вращающий момент двигателя измениться в 4 раза, что намного хуже таких же показаний в электродвигателях на постоянном токе.

Для людей далеких от всяких технических конструкций проведем легкий «ликбез»:

Асинхронный электродвигатель имеет в своей конструкции статор (часть электромотора, которая находится в неподвижном, стабильном положении) и ротор (часть, которая вращается при подключении двигателя к сети), они разделены воздушным зазором и не соприкасаются между собой;

Статорная обмотка является многофазной (3-хфазной), с проводниками равноудаленными один от другого на 120 градусов относительно оси вращения;

Магнитное поле возникает в магнитопроводе статора, который меняет полярность под воздействием частоты тока проходящего по обмотке. Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, собранных методом шихтовки в общий блок;

Роторы в асинхронном двигателе могут быть конструктивно 2-х типов: короткозамкнутый и фазный. Их единственное различие – это исполнение обмотки на роторе, при аналогичном магнитопроводе как у статора.

Короткозамкнутый ротор имеющий обмотку в виде «беличьего колеса» по аналогии конструкции, собирается из алюминиевых (иногда из меди или латуни) стержневых проводников, которые замкнуты с 2-мя торцевыми кольцами, проходя через специальные пазы в сердечнике ротора.

У такого типа обмоток ротора при нерегулируемом пуске образуется не очень большой по величине пусковой момент, но требующий больших величин тока. Сейчас применяют в основном роторы с глубокими пазами для стержней, что позволяет увеличить сопротивление в обмотке и уменьшить величину пускового тока. Из-за таких недостатков раньше мало применяли короткозамкнутую схему обмотки ротора, но теперь при развитии линии частотных преобразователей многие фирмы достигли эффекта плавного пуска электродвигателей, регулируя наращивание частоты пускового тока.

Читать еще:  Двигатель бензокосы сам набирает обороты

Так появились электромашины с короткозамкнутой схемой ротора со ступенчатым регулированием скорости вращения вала, появились многоскоростные электродвигатели с изменением числа пар полюсов в обмотке статора.

Разновидностью асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором считаются двигатели с массивными роторами, где эта деталь механизма изготовлена полностью из ферромагнитного материала (стальной цилиндр) – это одновременно и магнитопровод и обмотка-проводник. Вращение ротора здесь происходит за счет создания индукции магнитного поля ротора, во взаимодействии с вихревыми токами магнитного потока статора. Такие конструкции намного проще изготавливать, следовательно они обходятся дешевле в производстве, имеют большую механическую прочность, что очень необходимо для машин с большой скоростью вращения и они имеют более высокую величину пускового момента.

Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазовым ротором

Асинхронные электродвигатели с фазовым ротором допускают плавное регулирование скорости вращения вала ротора в широком диапазоне. Фазный ротор содержит в своей конструкции многофазную (3-хфазную) обмотку, выведенную на 2 контактных кольца, которые соединены с ротором единой конструкцией. Соединение с регулированной по величине напряжения электросетью происходит за счет графитовых или металлографитовых щеток, соприкасаемых с кольцами в единую цепь с обмотками ротора.

В конструкцию управления работой ротора входят так же:

Пускорегулирующий реостат, как активное сопротивление к каждой фазе;

Дроссели индуктивности каждой фазы роторного узла, что, в конечном итоге, позволяет уменьшить пусковые токи и держит их на постоянном уровне;

Дополнительны источник постоянного тока, что позволяет получать величины синхронной электромашины, то есть зависимость оборотов от частоты напряжения на ротора без разниц величин;

Для управления скоростными характеристиками и электромагнитными полями на роторе включено питание установки от инвертора для машин с двойным питанием. Но возможно использовать эту конструкцию без помощи инвертора с заменой фазировки на противоположную от статорной.

Возможны еще несколько вариантов электродвигателей для насосов. Например, трёхфазный коллекторный асинхронный двигатель с питанием со стороны ротора и другие электромашины.

Различия в работе и стоимости

Любой двигатель состоит из двух элементов: неподвижного и вращающегося. Статор имеет осевые прорези — пазы, на дно которых укладываются токонесущие медные или алюминиевые проводки. У электродвигателя на валу крепится ротор с обмоткой возбуждения.

Принципиальным отличием между синхронными и асинхронными двигателями являются роторы, точнее, их исполнение.

У синхронных моделей при малых мощностях они представляют собой постоянные магниты.

Переменное напряжение подаётся на обмотку статора, ротор подключается к постоянному источнику питания. Проходящий по обмотке возбуждения постоянный ток наводит магнитное поле статора. Крутящий момент создаётся из-за угла запаздывания между полями. Ротор имеет такую же скорость, как и магнитное поле статора.

Агрегаты используются на практике и как генераторы и как двигатели.

Асинхронные модели – это достаточно недорогие двигатели, которые применяются часто и всюду. Они проще в конструктивном плане, несмотря на то, что неподвижные части в принципе у всех моторов похожи.

По обмотке статора пропускается переменный электроток, который взаимодействует с роторной обмоткой. Два поля вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, но не могут быть равными, иначе бы не создавалась индуцированная ЭДС и, тем более крутящийся момент. Это становится причиной возникновения индуцированного тока в обмотке роторе, направление которого согласно правилу Ленца таково, что он склонен противостоять причине своего производства, т. е. скорости скольжения.

Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля, она всегда меньше. Таким образом, ротор пытается догнать скорость вращающегося магнитного поля и уменьшить относительную скорость.

Как прозвонить коллекторный двигатель

Коллекторный агрегат также можно прозвонить мультиметром. Данный тип электродвигателей используется в цепи постоянного тока.

Коллекторные двигатели переменного тока встречаются реже, например в различных электроинструментах. Наиболее качественно прозванивать такие изделия можно в том случае, если полностью разобрать электрический двигатель.

Читать еще:  406 двигатель работает как трактор

Проверить якорь электродвигателя, а также прозвонить обмотку статора можно будет с помощью мультиметра, который должен быть переведён в режим измерения сопротивления до 200 Ом.

Наиболее часто статор коллекторного агрегата состоит из двух независимых обмоток, которые и требуется прозвонить мультиметром для определения их исправности.

Точное значение данного показателя, можно узнать в документации к электродвигателю, но о работоспособности обмотки можно судить в том случае, если прибор покажет небольшое значение сопротивления.

В мощных двигателях постоянного тока электрооборудования автомобиля, значение сопротивления статора будет настолько малым, что его отличие от короткозамкнутого проводника, может составлять десятые доли Ома. Менее мощные устройства имеют сопротивление обмотки статора в пределах 5 — 30 Ом.

Для того чтобы прозвонить мультиметром обмотки статора коллекторного электродвигателя, необходимо соединить щупы измерительного прибора с выводами данных обмоток. Если в процессе диагностических мероприятий будет выявлено отсутствие сопротивления даже в одном контуре, дальнейшая эксплуатация агрегата не осуществляется.

Ротор коллекторного электродвигателя состоит из значительно большего количества обмоток, но проверка якоря не займёт много времени.

Для того чтобы прозвонить эту деталь, необходимо включить мультиметр в режим измерения сопротивления до 200 Ом и расположить щупы мультиметра на коллекторе таким образом, чтобы они находились на максимальном удалении друг от друга.

Таким образом щупы займут место щёток двигателя и одну из нескольких обмоток якоря можно будет прозвонить. Если мультиметр покажет какое-либо значение, то не снимая щупов измерительного устройства с коллектора, следует провернуть слегка ротор, до момента соединения следующей обмотки со щупами устройства.

Таким образом проверить обмотку можно без особых усилий. Если мультиметр покажет примерно одинаковое значение сопротивления каждого контура, то это будет означать, что якорь устройства абсолютно исправен.

Для того чтобы правильно прозвонить данный тип двигателя, необходимо осуществить проверку возможной утечки электрического тока на «массу».

Это нарушение может привести не только к выходу из строя электродвигателя, но и к увеличению вероятности получения электротравмы. Проверить якорь и статор коллекторного двигателя на пробой не составит большого труда, для этого необходимо включить режим измерения сопротивления до 2 000 кОм. Для проверки статора достаточно подключить одну клемму к корпусу, а вторую к одной из обмоток.

Чтобы прозвонить эту часть электродвигателя правильно, во время выполнения данной операции запрещается прикасаться руками к металлической части щупов мультиметра, или к корпусу статора и проводки измеряемого контура.

Если не придерживаться этого правила, то можно получить ложноположительные результаты, так как через тело человека будет проходить достаточный электрический потенциал. В этом случае мультиметр покажет сопротивление человека, а не «пробой» между корпусом статора и обмоткой.

Аналогичным образом измеряется и возможная утечка электротока на корпус якоря электродвигателя.

Чтобы прозвонить отсутствие «пробоя» на массу устройства, необходимо поочерёдно присоединять щупы мультиметра к корпусу и различным обмоткам ротора электромотора.

Для того чтобы прозвонить различные типы электродвигателей с помощью мультиметра, необходимо приобрести мультиметр, который имеет режим измерения сопротивления.

Сверхточность, при осуществлении подобных действий, не требуется, поэтому можно с успехом использовать дешёвые китайские устройства. Прежде чем прозвонить обмотки двигателя мультиметром, необходимо убедиться в его исправности.

Следует также иметь в виду, что неисправность электродвигателя может иметь различные признаки. Даже в том случае если электрический прибор находится в рабочем состоянии, но обороты двигателя не достигают максимального значения, следует незамедлительно прозвонить возможные повреждения обмоток.

После того как будет произведены все диагностические мероприятия, и электродвигатель будет отремонтирован, производится испытание устройства прежде чем устанавливать его в бытовой прибор или инструмент.

При осуществлении любых электромонтажных или диагностических работ, необходимо полностью отсоединить прибор от сети 220 В. или трёхфазного тока.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector