Коллекторные электродвигатели переменного тока устройство описание: Коллекторные двигатели переменного тока: однофазные и трехфазные коллекторные электродвигатели

Содержание

Коллекторные двигатели переменного тока: однофазные и трехфазные коллекторные электродвигатели

Во многих отраслях промышленности для выполнения технологических процессов необходимы коллекторные двигатели переменного тока: однофазные и трехфазные коллекторные электродвигатели. Конструктивно они практически не отличаются от своих «собратьев» постоянного тока. Механизм движка переменного тока состоит из:

  • ротора с петлевой (параллельной) или волновой (симметричной) обмоткой;
  • коллектора, к которому присоединяется обмотка;
  • статора, набранного из стальных электротехнических пластин.

Достоинства и недостатки коллекторных двигателей переменного тока

Агрегаты такого типа успешно решают задачи, зависящие от работы электропривода. Главным их достоинством является возможность плавного регулирования скорости в режиме энергосбережения.

Но они подходят для использования не на каждом производстве из-за:

  • сложности их изготовления;
  • дороговизны;
  • необходимости в трудоемком техническом обслуживании щеточного механизма и коллектора;
  • плохих токовых условий в коммутации якорной цепи.

Однофазные коллекторные электродвигатели

В комплектацию однофазного движка входят три обмотки. Первая размещается на электрических полюсах и выполняет функцию возбуждения. Вторая (компенсационная обмотка) расположена в роторных пазах и компенсирует отрицательное явление реакции якоря. Дополнительная обмотка предназначена для добавочных полюсов и шунтируется с помощью активного сопротивления.

Когда основная обмотка возбуждается, возникают компенсационные токи и магнитное поле, создающие вращающий момент. Его направление совпадает с направлением вращения магнитного поля. Переключая выводы возбуждающей обмотки, можно изменить направление вращающего момента.

Компенсационная обмотка уменьшает сопротивление индукции и потокосцепления якорной обмотки, а также увеличивает коэффициент мощности движка. Благодаря добавочным полюсам повышается качество коммутации. ЭДС вращения компенсирует реактивную и трансформаторную ЭДС. Легкость пуска достигается при взаимной компенсации ЭДС. Смена рабочего режима и отклонение токовых параметров от заданных величин приводят к тяжелому пуску агрегата.

Однофазные двигатели считаются универсальными устройствами, так как они могут подключаться к сети как постоянного, так и переменного тока. Они применяются как исполнительные механизмы в системах автоматики, в бытовой технике и электроинструментах. Самыми распространенными являются модели небольшой мощности (до 150Вт).

Трехфазные коллекторные электродвигатели

Эти агрегаты подключаются к трехфазной сети. У них обмотка возбуждения обладает качествами шунтового двигателя. Ротор движка подает питающее напряжение на механизм. Основную рабочую функцию выполняет роторная обмотка, подключенная к сети переменного напряжения с помощью токосъемных контактных колец. Статорная обмотка, расположенная в роторных пазах вместе с основной, всеми фазами соединяется с коллектором движка. Каждой фазе соответствуют определенные щетки, которые раздвигаются и сдвигаются с помощью подвижных траверс.

Для работы механизма в режиме асинхронного двигателя щетки устанавливаются на одни и те же пластины коллектора. Но, в отличие от асинхронного агрегата, в коллекторном двигателе роль первичной обмотки играет роторная обмотка, а роль вторичной обмотки – статорная. ЭДС в механизме создается за счет раздвижения щеток. ЭДС вызывает в статоре ток, который создает и определяет момент вращения механизма.

Для регулировки скорости в коллекторную цепь вводится отсутствующая мощность. Используя трансформаторную связь между обмотками, мощность статора возвращается в электрическую сеть, создавая эффект, позволяющий регулировать количество оборотов вала в экономном режиме. При раздвижении щеток на определенное расстояние частота вращения соответственно увеличивается или уменьшается.

Если щетки, соответствующие своим фазам, смещаются, ЭДС изменяется по фазе. Это дает возможность регулирования cosφ. Его качество повышается, когда значение скорости меньше синхронной, а щетки смещаются в противоположную направлению движения ротора сторону.

Электродвигатели, работающие от трехфазной сети, чаще всего применяются в полиграфии (на ротационных машинах), текстильной и легкой промышленности (на прядильных станках), металлургии (на металлорежущих станках).

Основной недостаток трехфазных агрегатов – плохие коммутационные условия. Это вызывает трудности при получении трансформаторной ЭДС, поскольку повышенная мощность приводит к увеличению магнитного потока. Поэтому в редких случаях для повышения ЭДС и экономичного регулирования количества оборотов вала в цепь вводится асинхронный электродвигатель.


Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Главная » Блог » Коллекторный электродвигатель постоянного тока

В чем разница между коллекторными и бесколлекторными электродвигателями постоянного тока?

Рынок электродвигателей и систем электроприводов процветают в огромном количестве различных областей, в частности в медицинских и роботизированных приложениях. Кроме того, существует большой спрос на малые, эффективные, с большим и небольшим крутящим моментом, а также электродвигатели большой и малой мощности в автомобильном сегменте.

Для этих приложений могут выбирать электропривода из щеточных электродвигателей постоянного тока, бесщеточных электродвигателей постоянного тока (BLDC) или их комбинации. Большинство машин работают благодаря явлению электромагнитной индукции. Тем не менее, между этими машинами существуют ключевые различия, которые необходимо учитывать при выборе электрической машины.

Коллекторные электродвигатели постоянного тока

С конца 1800-х годов машины постоянного тока являются одними из простейших электродвигателей. Они получают питание от источника постоянного тока или батареи, и состоят из якоря (ротор), вала, коммутатора, щеток и обмотки возбуждения, создающей постоянное магнитное поле.

Щетки позволяют создавать магнитный поток в коллекторе обратной полярности по отношению к постоянному магнитному потоку обмотки возбуждения (ОВ), что заставляет якорь вращаться. Направление вращение электрической машины может быть легко изменено путем изменения полярности на щетках (поменять местами провода от источника питания постоянного тока).

Бесколлекторные электродвигатели постоянного тока (BLDC)

В самом названии уже можно увидеть коренное различие между этими машинами. В BLDC машинах отсутствуют щетки, что делает их конструкцию заметно сложнее. Бесщеточная машина постоянного тока имеет четыре или более постоянных магнита в роторе.

Эффективность – основная фишка данных машин. Поскольку ротор имеет постоянные магниты, он не нуждается в источнике напряжения, следовательно, нет физического подключения. Нет подключения – нет щеточно-коллекторного узла, соответственно, исчезают все проблемы связанные с ним. Но есть и минус – такой тип электрических машин должен иметь электронную систему управления положением ротора в пространстве. Для анализа поворотов машины и выработки управляющих импульсов в нужный момент используют микроконтроллер, а для отслеживания поворота вала в пространстве – поворотные датчики или датчики на основе эффекта Холла.

Электродвигатели BLDC представляют собой синхронные машины, что означает, что магнитные поля ротора и статора вращаются с одинаковой частотой. Они могут иметь одно-, двух- и трехфазные конфигурации.

Щетки

Когда дело доходит до выбора электрической машины для основных приложений, здесь могут использоваться как щеточные, так и бесщеточные электродвигатели постоянного тока. И как любые сопоставимые и конкурирующие технологии, коллекторные и бесколлекторные электрические машины имеют свои плюсы и минусы.

Но с другой стороны коллекторные машины являются более дешевыми и  надежными. Они предлагают простейшее управление (для запуска достаточно подключить к источнику постоянного тока, а для управления скоростью вращения достаточно изменять величину подводимого к якорю напряжения). При постоянном уходе за коллекторным узлом и плановой заменой щеток такая машина может служить довольно долго и надежно. Для управления ими не нужно создавать сверх сложных систем управления и можно обойтись минимальным количеством внешних компонентов или вообще без них, такие электродвигатели хорошо подходят для тяжелых условий работы.

Один из главных недостатков – постоянный уход за щетками. Они должны постоянно очищаться и при необходимости заменяться для обеспечения надежности работы механизма. Кроме того, если необходим большой вращающий момент, то коллекторный электродвигатель постоянного тока будет ограничен пропускной способностью щеток. По мере увеличения скорости вращения – возрастают потери крутящего момента, связанные с процессами трения в щеточно-коллекторном узле.

Однако бывают устройства, которые данные характеристики вполне устраивают. Например, электрические зубные щетки требуют более высоких скоростей с уменьшающимся крутящим моментом, что хорошо для щетки, зубов и десен.

К другим недостаткам коллекторных машин постоянного тока можно отнести ухудшенные условия охлаждения, вызванные щеточно-коллекторным узлом, высокую инерционность якоря (ротора), ограниченный диапазон скоростей, электромагнитные помехи (EMI).

Отсутствие щеток

Бесколлекторные электродвигатели постоянного тока (BLDC) имеют ряд преимуществ перед своими «щеточными братьями». Во-первых, они могут реализовать функцию точного позиционирования, полагаясь на датчики положения на основе эффекта Холла для коммутации. Они также требуют меньше, а иногда и никакого обслуживания из-за отсутствия щеток.

Они побеждают коллекторные машины постоянного тока в отношении скорость / крутящий момент благодаря их способности поддерживать или увеличивать крутящий момент на разных скоростях. Важно отметить, что потери мощности в коллекторном узле полностью отсутствуют, что значительно повышает эффективность компонентов. Другие профили BLDC включают высокую выходную мощность, малый размер, лучшую теплоотдачу, более высокие диапазоны скоростей и малошумную (механическую и электрическую) работу.

Тем не менее, нет ничего идеального. BLDC имеют более высокую стоимость. Они также требуют специальные стратегии управления, которые могут быть как сложными, так и дорогостоящими. И им нужен контроллер, который может стоить почти столько же, а иногда и больше, чем управляемый им электродвигатель BLDC.

Выбор типа электродвигателя для механизма

Нижний порог для выбора между компонентами любого типа — это тип приложения и ограничение затрат для конечного продукта. Например, игрушечный робот, ориентированный на детей от шести до восьми лет, может потребовать от четырех до девяти электродвигателей. Они могут быть коллекторными или бесколлекторными машинами постоянного тока или их компоновкой.

Если данный робот выполняет только основные движения или входит в игрушечный набор, нет необходимости применять бесколлекторные BLDC машины, которые стоят дороже, чем их коллекторные аналоги. Игрушка или набор, вероятно, попадут в мусорный ящик задолго до того, как щетки электрической машины выйдут из строя.

Типичные электроприводы с электродвигателем постоянного тока включают моторизованные игрушки, приборы и компьютерную периферию. Автопроизводители «привлекают» их к электроприводам окон, сидений и другим конструкциям в салоне из-за их низкой стоимости и простого исполнения.

Бесколлекторные электродвигатели более универсальны, главным образом из-за их «сообразительности» в отношении скорости и крутящего момента. Они также поставляются в компактных корпусах, что делает их «жизнеспособными» для различных небольших конструкций. Типичные приложения включают компьютерные жесткие диски, механические мультимедийные проигрыватели, вентиляторы с электронным управлением, беспроводные электроинструменты, HVAC и холодильные установки, промышленные и производственные системы и CD приводы.

Автомобильная промышленность применяет бесколлекторные BLDC машины для электрических и гибридных автомобилей. Эти электродвигатели представляют собой, по существу, синхронные машины с постоянными магнитами в роторе. Другие уникальные применения включают электрические велосипеды, где двигатели устанавливаются в колеса или колпаки, промышленное позиционирование и управление, монтажные роботы и линейные приводы для управления клапаном.

Электродвигатель постоянного тока: устройство, принцип работы, типы, управление

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.
Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Рисунок 3. Ротор с тремя обмотками Рисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем
Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения
Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному

Универсальный двигатель

Дмитрий Левкин

Конструкция универсального коллекторного электродвигателя не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока с обмотками возбуждения, за исключением того, что вся магнитная система (и статор, и ротор) выполняется шихтованной и обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция и статора, и ротора обусловлена тем, что при работе на переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери.

Универсальный двигатель

Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока [2].

Схема универсального коллекторного двигателя

Универсальный коллекторный электродвигатель может быть выполнен как с последовательным, так и с параллельным и независимым возбуждением.

В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением.

Принцип работы универсального двигателя

Возможность работы универсального двигателя от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:

,

  • где M — электромагнитный момент, Н∙м,
  • – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
  • – ток в обмотке якоря, А,
  • Ф — основной магнитный поток, Вб.

В качестве универсального используют двигатель последовательного возбуждения, у которого ток якоря является и током возбуждения, что обеспечивает почти одновременное изменение направления тока в обмотке якоря Iа и магнитного потока возбуждения Ф при переходе от положительного полупериода переменного напряжения сети к отрицательному.

Если двигатель подключить к сети синусоидального переменного тока, то ток якоря Ia и магнитный поток Ф будут изменяться по синусоидальному закону:

,

  • где i — ток, А,
  • – амплитуда тока, А,
  • – частота, рад/c.

,

  • где – наибольшее значение магнитного потока, Вб,
  • – угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обусловленный магнитными потерями в двигателе, рад.

Отсюда получим формулу электромагнитного момента коллекторного двигателя последовательного возбуждения, включенного в сеть синусоидального переменного тока, Нм:

.

После преобразования:

.

Первая часть выражения представляет собой постоянную составляющую электромагнитного момента Mпост, а вторая часть — переменную составляющую этого момента Мпер, изменяющуюся во времени с частотой, равной удвоенной частоте напряжения питания.

Таким образом, результирующий электромагнитный момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует. Пульсации электромагнитного момента практически не нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента () и большом моменте инерции якоря вращение последнего оказывается равномерным.

Особенности универсального двигателя

Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.

Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].

Области использования

Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры, фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в таких инструментах, как дрели и шуруповерты.

Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко использовался в стиральных машинах. Сейчас благодаря развитию преобразовательной техники более широкое использование получают бесщеточные электродвигатели (СДПМ, АДКР) скорость вращения которых регулируется изменением частоты напряжения питания.

Смотрите также

Коллекторный электродвигатель переменного тока — устройство

В бытовой технике, ручном электроинструменте, автомобильном электрооборудовании и системах автоматики очень часто применяется коллекторный электродвигатель переменного тока, схема подключения которого, как и устройство схожи с двигателями постоянного возбуждения постоянного тока.

{ ArticleToC: enabled=yes }

Столь распространенное применение их объясняется компактностью, небольшим весом, невысокой стоимостью и простотой управления. В этом сегменте наиболее востребованы двигатели с высокой частотой и малой мощностью.

Принцип работ и конструктивные особенности

Устройство это достаточно специфичное, обладающее в силу схожести с машинами постоянного тока, похожими характеристиками и присущими им достоинствами.

Отличие от двигателей постоянного тока состоит в материале корпуса статора, изготовленном из листов электротехнической стали, благодаря чему удается добиться снижения потерь на вихревые токи.

Чтобы двигатель мог работать от обычной сети, т.е. 220 в, обмотки возбуждения соединяются последовательно.

Эти двигатели, называемые универсальными благодаря тому, что работают они от переменного и постоянного тока, бывают одно- и трехфазными.

Видео: Универсальный коллекторный двигатель

Из чего состоит конструкция?

Устройство электродвигателя переменного тока включает помимо ротора и статора:

  • тахогенератор;
  • щеточно-коллекторный механизм.

Ток якоря взаимодействует с магнитным потоком обмотки возбуждения, вызывая в коллекторном механизме вращение ротора. Ток подается через щетки на коллектор, являющийся узлом ротора и соединенным с обмоткой статора последовательно. Он собран из пластин, имеющих в сечении форму трапеции.

Продемонстрировать принцип работы такого двигателя можно с помощью хорошо известного со школьной программы опыта с вращающейся рамкой, которую поместили между разноименными полюсами магнитного поля. Она вращается под воздействием динамических сил, когда по ней протекает ток. При изменении направления тока, рамка не меняет направления вращения.

Примести к выходу из строя механизма могут высокие обороты холостого хода, вызванные максимальным моментом при последовательном подсоединении обмоток возбуждения.

Схема подключения (упрощенная)

Типовая схема подключения предусматривает вывод на контактную планку до десяти контактов. Протекающий по одной из щеток ток L поступает на коллектор и якорь, затем переходит на обмотки статора через вторую щетку и перемычку, выходя на нейтраль N.

Реверса мотора подобный способ подключения не предусматривает, поскольку подсоединение обмоток параллельное приводит к одновременной смене полюсов магнитных полей. В итоге, направление момента всегда одинаково.

Изменить направление вращения возможно, если поменять на контактной планке местами выхода обмоток. Напрямую двигатель включают, когда вывода ротора и статора подсоединены щеточно-коллекторный механизм. Для включения второй скорости используются выводы половины обмотки. Нельзя забывать, что с момента такого подключения мотор работает на максимальную мощность, поэтому время его эксплуатации не может превышать 15 секунд.

Видео: Подключение и регулировка оборотов двигателя от стиральной машины

Управление двигателем

На практике применяют различные способы регулирования работы двигателя. Это может быть электронная схема, где регулирующим элементом выступает симистор, который на мотор «пропускает» заданное напряжение. Работает он как мгновенно срабатывающий ключ, открываясь, когда на его затвор поступает управляющий импульс.

В основе принципа действия, реализованного в схемах с симистором, лежит двухполупериодное фазовое регулирование, где к импульсам, которые поступают на электрод, привязано напряжение, подаваемое на двигатель. При этом, частота, с которой вращается якорь, прямо пропорциональна напряжению, подаваемому на обмотки.

Упрощенно этот принцип можно описать такими пунктами:

  • на затвор симистора подается сигнал от электронной схемы;
  • затвор открывается, ток течет по обмоткам статора, вызывая вращение якоря мотора М;
  • мгновенные величины частоты вращения преобразуются тахогенератором в электрические сигналы, формируя с импульсами управления обратную связь;
  • как следствие, вращение ротора при любых нагрузках, остается равномерным;
  • с помощью реле R и R1 осуществляется реверс мотора.

Другая схема – тиристорана фазоимпульсная.

Преимущества машин и недостатки

К достоинствам относят:

  • небольшие размеры;
  • универсальность, т.е. работу на напряжении постоянном и переменном;
  • большой пусковой момент;
  • независимость от сетевой частоты;
  • быстроту;
  • мягкую регулировку оборотом в широком диапазоне при варьировании напряжением питания.

Недостатки связаны и использованием щеточно-коллекторного перехода, влекущего:

  • уменьшение срока службы механизма;
  • возникновение между щетками и коллектором искры;
  • высокий уровень шума;
  • большое число коллекторных элементов.

Основные неисправности

Искрение, возникающее между щетками и коллектором – самый главный вопрос, требующий внимания. Чтобы избежать неисправностей более серьезных, таких как их отслаивание и деформация или перегрев ламелей, сработавшуюся щетку необходимо заменить.

Помимо этого, возможно замыкание между обмотками якоря и статора, вызывающее сильное искрение на переходе коллектор-щетка или значительное падение магнитного поля.

Чтобы продлить срок службы двигателя, необходимо соблюдение двух условий – профессиональный изготовитель и грамотный пользователь, т.е. строгое соблюдение режима работы.

Видео: Коллекторный электрический двигатель

устройство, принцип работы, характеристики, КПД

Трудно даже представить, как выглядел бы современный мир без электродвигателя постоянного тока (впрочем, и переменного тоже). Любой современный механизм оснащен электродвигателем. Он может иметь разное предназначение, но его наличие, как правило, критически важно. Ожидается, что в ближайшем будущем роль электродвигателя постоянного тока будет лишь возрастать. Уже сегодня без этого устройства невозможно создать качественное, надежное и бесшумное оборудование с регулируемыми скоростями работы. А ведь это – залог развития государства, да и мировой экономики в целом.

Из истории двигателя постоянного тока

В ходе проведения опытов в 1821 году известный ученый Фарадей случайно обнаружил, что магнит и проводник с током каким-то образом воздействуют друг на друга. В частности, постоянный магнит может вызывать вращение простейшего контура из проводника с током. Результаты этих экспериментов были использованы для дальнейших исследований.

Уже в 1833 году Томасом Дэвенпортом создается модель поезда с небольшим электродвигателем, способным приводить его в движение.

В 1838 году в Российской Империи построен пассажирский катер на 12 мест. Когда это плавательное средство с электромотором пошло по Неве против течения, это вызвало настоящий взрыв эмоций в научных кругах и не только.

Как работает электродвигатель постоянного тока

Если рассматривать работу поверхностно, как это делают в школе на уроках по физике, то может показаться, что в ней нет абсолютно ничего сложного. Но это только на первый взгляд. На самом же деле наука об электроприводе является одной из наиболее тяжелых в цикле технических дисциплин. При работе электродвигателя протекает целый ряд сложных физических явлений, которые до сих пор в полной мере не изучены и объясняются различными гипотезами и предположениями.

В упрощенном варианте принцип работы электродвигателя постоянного тока можно описать следующим образом. В магнитное поле помещают проводник и пускают через него ток. При этом если рассматривать сечение проводника, то вокруг него возникают невидимые силовые концентрические окружности – это магнитное поле, которое формируется током в проводнике. Как уже было сказано, данные магнитные поля являются невидимыми для глаза человека. Но существует нехитрый прием, позволяющий визуально наблюдать их. Самый простой способ – проделать в фанере или в плотном листе бумаги отверстие, через которое и пропустить провод. При этом поверхность вблизи отверстия необходимо покрыть тонким слоем мелкодисперсного магнитного металлического порошка (можно использовать и мелкие опилки). При замыкании цепи частицы порошка выстраиваются по форме магнитного поля.

Собственно, на этом явлении и основан принцип работы электродвигателя постоянного тока. Проводник с током помещается между северным и южным полюсами U-образного магнита. В результате взаимодействия магнитных полей, проволока приводится в движение. Направление движения зависит от того, как расположены полюса, и может точно определяться так называемым правилом «буравчика».

Сила Ампера

Сила, которая выталкивает проводник с током за пределы поля постоянного магнита, называется силой Ампера – по имени известного исследователя электрических явлений. Его имя также носит единица измерения силы тока.

Чтобы найти численное значение данной силы, нужно умножить силу тока в рассматриваемом проводнике на его длину и на величину (вектор) индукции магнитного поля.

Формула будет выглядеть следующим образом:

F = IBL.

Модель простейшего двигателя

Грубо говоря, чтобы построить самый примитивный двигатель, необходимо помесить рамку из токопроводящего материала (провода) в магнитное поле и запитать ее током. Рамка повернется на определенный угол и застопорится. Данное положение на сленге специалистов в области электропривода называется «мертвым». Причина остановки заключается в том, что магнитные поля, так сказать, компенсируются. Иными словами, подобное происходит тогда, когда равнодействующая сила становится равной нулю. Поэтому устройство электродвигателя постоянного тока включает не одну, а несколько рамок. В реальном агрегате промышленного назначения (который устанавливается на оборудование) таких элементарных контуров может быть очень и очень много. Так, когда на одной рамке силы уравновешиваются, другая рамка выводит ее из «ступора».

Особенности устройства двигателей разной мощности

Даже человек, далекий от мира электротехники, сразу же смекнет, что без источника постоянного магнитного поля ни о каком электродвигателе постоянного тока просто не может идти и речи. В качестве таких источников применяются самые разные устройства.

Для маломощных электродвигателей постоянного тока (на 12 вольт и менее) самым идеальным решением является постоянный магнит. Но этот вариант не подойдет для агрегатов большой мощности и размеров: магниты будут слишком дорогими и тяжелыми. Поэтому для электродвигателей постоянного тока на 220 В и более целесообразней применять индуктор (обмотку возбуждения). Чтобы индуктор стал источником магнитного поля, его необходимо запитать.

Конструкция электродвигателя

В общем случае конструкция любого двигателя на постоянном токе включает следующие элементы: коллектор, статор и якорь.

Якорь служит несущим элементом для обмотки электродвигателя. Он состоит из тонких листов стали электротехнического назначения с углублениями по периметру для укладки провода. Материал изготовления в данном случае очень важен. Как уже было сказано, применяется электротехническая сталь. Такая марка материала отличается большим размером искусственно выращенного зерна и мягкостью (в результате низкого содержания углерода). Кроме того, вся конструкция состоит из тонких, изолированных листов. Все это не позволяет возникать паразитным токам и предотвращает перегрев якоря.

Статор является неподвижной частью. Он выполняет роль магнита, рассмотренного ранее. Для демонстрации работы модели двигателя в лабораторных условиях для наглядности и лучшего понимания принципов используют статор с двумя полюсами. В реальных промышленных двигателях применяются устройства с большим числом пар полюсов.

Под коллектором понимается коммутатор (соединитель), который подает ток на контуры обмотки электродвигателя постоянного тока. Его наличие строго необходимо. Без него двигатель будет работать рывками, не плавно.

Разновидности двигателей

Не существует одного универсального двигателя, который бы применялся абсолютно во всех отраслях техники и народного хозяйства и удовлетворял всем требованиям в сфере безопасности и надежности при эксплуатации.

Следует очень ответственно подходить к выбору электродвигателя постоянного тока. Ремонт – чрезвычайно сложная и дорогостоящая процедура, которую могут выполнить лишь специалисты с соответствующей квалификацией. И если конструкция и возможности двигателя не будут отвечать требованиям, то на ремонт будут уходить значительные денежные средства.

Существует четыре основные разновидности двигателей постоянного тока: коллекторные, инверторные, униполярные, а также универсальные коллекторные двигатели постоянного тока. Каждый из перечисленных видов имеет свои положительные и отрицательные качества. Следует дать краткую характеристику каждому из них.

Коллекторные двигатели постоянного тока

Существует большое количество возможных способов реализации двигателей данного типа: один коллектор и четное количество контуров, несколько коллекторов и несколько контуров обмотки, три коллектора и столько же витков обмотки, четыре коллектора и два витка обмотки, четыре коллектора и четыре контура на якоре, и наконец – восемь коллекторов с якорем без рамки.

Данный тип двигателя отличается сравнительной простотой исполнения и производства. Именно по этой причине он прослыл широкоуниверсальным двигателем, применение которого очень обширно: от игрушечных автомобилей на радиоуправлении до очень сложных и высокотехнологичных станков с программным управлением немецкого или японского производства.

Об инверторных двигателях

В общем и целом данный тип двигателей сильно похож на коллекторный и имеет те же достоинства и недостатки. Единственное отличие заключается в механизме запуска: он более совершенный, что позволяет без труда осуществлять реверсирование оборотов и регулировку частоты вращения ротора. Таким образом, эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока данного типа превосходят по ряду параметров коллекторные двигатели.

Но если в чем-либо получается выигрыш, то в каких-либо вещах обязательно будет наблюдаться проигрыш. Это неоспоримый закон Вселенной. Так и в этом случае: превосходство обеспечивается довольно сложной и капризной техникой, которая часто выходит из строя. По словам опытных специалистов, ремонт электродвигателей постоянного тока инверторного типа осуществить довольно сложно. Порой даже бывалые электрики не могут диагностировать неисправность в системе.

Особенности униполярных двигателей постоянного тока

Принцип действия остается прежним и основан на взаимодействии магнитных полей проводника с током и магнитом. Но проводником тока служит не проволока, а диск, вращающийся на оси. Подача тока осуществляется следующим образом: один контакт замыкается на металлическую ось, а другой посредством так называемой щетки соединяет край металлического круга. Такой двигатель, как видно, имеет довольно сложную конструкцию и поэтому часто выходит из строя. Основное применение – научные исследования в области физики электричества и электропривода.

Особенности универсальных коллекторных электродвигателей

Принципиально ничего нового данный тип двигателей не несет. Но он имеет очень важную особенность – возможность работать как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока. Порой это его свойство может позволить сэкономить значительные денежные средства на ремонте и модернизации оборудования.

Частота переменного тока жестко регламентирована и составляет 50 Герц. Иными словами, направление движения отрицательно заряженных частиц меняется 50 раз в секунду. Некоторые ошибочно полагают, что и ротор электродвигателя должен менять направление вращения (по часовой стрелке – против часовой стрелки) 50 раз в секунду. Если бы это было действительно так, то о каком-либо полезном применении электрических двигателей переменного тока не могло бы быть и речи. Что происходит в действительности: ток обмотки якоря и статора синхронизируется при помощи простейших конденсаторов. И поэтому, когда меняется направление тока на рамке якоря, меняется его направление и на статоре. Таким образом, ротор постоянно вращается в одну сторону.

К сожалению, КПД электродвигателя постоянного тока данного типа значительно ниже, чем у инверторных и униполярных двигателей. Поэтому его применение ограничено довольно узкими областями – там где необходимо получить максимальную надежность любой ценой, без учета затрат на эксплуатацию (например, военное машиностроение).

Заключительные положения

Технологии не стоят на месте, и сегодня множество научных школ по всему миру конкурируют между собой и стремятся создать дешевый и экономичный двигатель с высоким КПД и эксплуатационными характеристиками. Мощность электродвигателей постоянного тока из года в год растет, при этом падает их энергопотребление.

По прогнозам ученых, будущее будет определяться электрооборудованием, а эпоха нефти завершится уже довольно скоро.

Электродвигатели от производителя

Электрическим двигателем является специальное устройство, которое преобразовывает электрическую энергию в механическую. В результате этого преобразования выделяется тепло.

Электродвигатели работают по принципу электромагнитной индукции и в основном состоят из статора, ротора, якоря и индуктора (чаще всего постоянный магнит).

В зависимости от возникновения вращающего момента различают два вида электродвигателей – гистерезисные и магнитоэлектрические, однако гистерезисные электродвигатели редко используются в промышленности. Наиболее популярны магнитоэлектрические двигатели, которые, в зависимости от необходимой для работы машины энергии, делятся на двигателей постоянного тока и на двигателей переменного тока.

Приборы постоянного тока могут обладать щёточно-коллекторным узлом, и в таком случае такой вид электрической машины будет назваться коллекторным двигателем. В случае если в двигателе постоянного тока нет щёточно-коллекторного узла, то такой двигатель будет называться бесколлекторным.

Двигатели переменного тока также различаются, но в зависимости от синхронности вращения ротора и магнитного поля в статоре. Таким образом, различаются два вида электродвигателей переменного тока – синхронные и асинхронные.

В настоящее время без электрических двигателей сложно представить комфортный современный мир, ведь электродвигатели широко используются в бытовой технике, медицинском оборудовании, в автомобильной промышленности, в станкостроении и многом другом.

Электротехнический завод «МиассЭлектроАппарат» предоставляет электродвигатели для автомобильной и медицинской промышленности, станкостроения, бытовой и сельскохозяйственной техники.

В каталоге компании представлены изображения, описания и технические характеристики изделий. Здесь вы найдете:

  • асинхронные электродвигатели для стиральных машин и бетоносмесителей;  коллекторные электродвигатели для вентиляторов постоянного тока железнодорожного транспорта и сепараторов молока;
  • реле втягивающие стартера;
  • маслозакачивающие насосы;
  • якоря вентиляторов для электродвигателей системы охлаждения двигателей автомобилей;
  • вентильные электродвигатели для аппаратов искусственной вентиляции легких;
  • электродвигатели для привода медицинской кровати;
  • электродвигатель мотор–колесо для инвалидной коляски;
  • электродвигатели с печатным якорем и торцевые электродвигатели для станков с числовым программным управлением;
  • пылесосные и воздуховсасывающие агрегаты и пр., именно благодаря своему богатому ассортименту выпускаемой продукции предприятие завоевало свою популярность среди потребителей Троицка, Миасса, Челябинска, Южноуральска, Коркино, Магнитогорска, Златоуста. 
Где купить электродвигатель

Выгоднее всего приобретать электродвигатели у производителей. «МиассЭлектроАппарат» предлагает приобрести товар по ценам производителя. Весь товар произведен по Госстандарту и сертифицирован. Действуют гибкие системы скидок.

  

Реле

Реле — это электрический выключатель, который применяется для замыкания и размыкания некоторых участков электрической цепи. В настоящее время существуют механические, электрические и тепловые реле.

Прибор в основном состоит из якоря, переключателя и электромагнита. Электромагнитом является электрический провод, а якорь представляет собой специальную пластину из магнитного материала. Эта пластина управляет контактами через толкатель.

В основе работы прибора лежит использование электромагнитных сил, которые появляются при прохождении тока по виткам катушки металлического сердечника. Над сердечником устанавливается подвижный якорь. Остальные детали крепятся на основании, после чего закрываются крышкой.

Источниками сигнала, который управляет устройство, могут быть схемы дистанционного управления или всевозможные датчики температуры, света, давления и др. Также источниками управляющего сигнала могут быть различные приборы, которые имеют малые значения тока и напряжения на выходе. Таким образом, получается, что реле выполняют функцию усилителя тока, мощности и напряжения в электрической цепи. Реле — необходимое устройство, без которого не будут работать масса приборов, именно поэтому, при необходимости приобретайте продукцию у завода-производителя «МиассЭлектроАппарат». 

В современной электротехнике и электронике реле в основном используются при работе с большими токами. Если ток в цепи небольшой, то чаще всего используются транзисторы и тиристоры.

На сегодняшний день можно наблюдать широкое использование реле. Они являются обязательным элементом в обычном бытовом холодильнике или стиральной машине.  Также, они находят применение в электрических схемах автомобилей.

Где купить реле

Электротехнический завод «МиассЭлектроАппарат» производит электромагнитные реле электромагнитное для стартеров автомобилей ГАЗ, ВАЗ, УАЗ, а также комплектующие для предпусковых подогревателей ПЖД (производствава ОАО «ШААЗ» г. Шадринск) и электроспуски ЭЛС–1, ЭЛС–3, которые используются для комплектации различных запорных и  пусковых систем. Купить реле электромагнитное вы можете у производителя, кроме того, на сайте вы можете ознакомится со всем ассортиментом предлагаемой продукции.

 

Агрегаты воздуховсасывающие

Воздуховсасывающие агрегаты устанавливаются в электрических пылесосах, и могут иметь разную мощность. Составляющими прибора являются электродвигатель и вентиляторное устройство — воздуходувка, которые конструктивно связаны между собой.

Также, в воздуховсасывающем агрегате имеется щит и два корпуса — нижний и верхний.

В агрегатах устанавливается электрический двигатель коллекторного типа, якорь которого крепится на двух подшипниках.

В состав воздуховсасывающего агрегата также входит воздуховод. Один конец воздуховода  прилегает к воздухоотводящим отверстиям, а другой конец связан со всасывающими патрубками.

Принцип работы устройства  состоит в том, что при включении электродвигателя, вентилятор или воздуходувка приводится во вращение. Во всасывающем патрубке образуется разрежение, которое попадает в отсек электрического двигателя по воздуховоду. В результате из внешней среды всасывается воздух, частицы пыли и различные загрязнения в отсек электродвигателя.

Прибор является самой важной частью любого пылесоса. Коллекторный двигатель агрегата является быстроходным и способен обеспечить до 16000 оборотов в минуту.

В пылесосах марок «Вихрь 6М», «Вихрь 8М», «Буран–5М», «Аудра», «Витязь», «Электросила», «Циклон-М», «Циклон», «Урал», «Тайфун», «Рассвет» установлены воздуховсасывающие агрегаты типа АВП–4. А агрегаты типа АВП–4 установлены в пылесосах компаний «Шмель», «Шмель–авто», агрегаты АВП–2 входят в состав электропылесосов марки «Шмель-2».

Где купить агрегаты воздуховсасывающие

Электротехнический завод «МиассЭлектроАппарат» предлагает широкий ассортимент продукции, благодаря чему популярен в Челябинске, Миассе, Троицке, Копейске, Южноуральске. Купить агрегаты воздуховсасывающие можно непосредственно у производителя. Вся выпускаемая продукция и контактные данные представлены на сайте компании.

 

Насосы маслозакачивающие (МЗН)

Маслозакачивающие насосы (МЗН) используются для прокачки двигателя внутреннего сгорания маслом перед его запуском. Также его можно использовать для перекачки ГСМ из одной ёмкости в другую.

Приборы являются насосами шестеренчатого типа, в них используется электрический двигатель, который работает от постоянного тока, напряжение которого составляет 24В.

Производительность маслозакачивающего насоса МЗН составляет 1л в минуту, а для дизельного топлива эта цифра будет чуть выше — 20 литров в минуту.

Давление масла в насосе при входе составляет 0,09–0,18кгс на кв. см, а при выходе — 9кгс на кв. см.

Температура масла в насосе колеблется в пределах 50–ти градусов Цельсия. Сила тока не превышает 41 А. Мощность электрического двигателя насоса — 600Вт.

Стоит отметить, что примерная масса маслозакачивающего насоса МЗН составляет около 8кг, а срок службы – примерно 10 лет, именно поэтому эти приборы вляются популярными на рынке Челябинска, Миасса, Троицка, Южноуральска.

Должное внимание нужно уделить креплению насоса, так как правильная установка становится гарантом бесперебойного поступления масла и маслобака в насос. На корпусе насоса есть два контрольных отверстия, и важно проследить, что при установке одно из них находится внизу, при этом следует учитывать, что насос устанавливается горизонтально.

МЗН от компании–производителя «МиассЭлектроАппарат»  применяются для прокачки различных грузовых автомобилей, водного и железнодорожного транспорты, дорожных машин, тракторов, военной техники, компрессорных и буровых установок, а также для вездеходов и тягачей и пользуются большим спросом у владельцев этого вида техники в Челябинске, Миассе, Магнитогорске, Троицке, Южноуральске.

Завод производит и реализует насосы маслозакачивающие: МЗН–2, МЗН–3, МЗН–4, МЗН–5 . Вся продукция от электротехнического завода «МиассЭлектроАппарат» имеет лицензии и высшую категорию качества.

Где купить маслозакачивающие насосы

Приобрести МЗН от производителя вы можете через сайт компании. Здесь представлен весь ассортимент предприятия, а также документация, подтверждающая гарантию качества. Выбирая продукцию завода, вы тем самым поддерживаете российского производителя и обеспечиваете своей технике многолетнюю бесперебойную работу.

 

какие они бывают / Хабр

В прошлых статьях был рассмотрен принцип работы синхронного и асинхронного электродвигателей, а также рассказано, как ими управлять. Но видов электродвигателей существует гораздо больше! И у каждого из них свои свойства, область применения и особенности.

В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро?

Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые… Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».


С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструкторские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало – что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото сверху)? Это конденсаторы – при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают помехи.

Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810кВт и напряжением 1500В.

Почему ДПТ не делают мощнее? Главная проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности – это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе является не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоамперы – и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ – целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор становится слишком сложно (рекорд — 12,5МВт).
В потребительском качестве ДПТ хорош своей простотой с точки зрения управляемости. Его момент прямо пропорционален току якоря, а частота вращения (по крайней мере холостой ход) прямо пропорциональна приложенному напряжению. Поэтому до наступления эры микроконтроллеров, силовой электроники и частотного регулируемого привода переменного тока именно ДПТ был самым популярным электродвигателем для задач, где требуется регулировать частоту вращения или момент.

Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуждения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вращающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магнитами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят постоянные магниты, в больших – обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения – это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличивается её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем выше развиваемый момент при том же токе якоря. Но тем выше и ЭДС машины, а значит при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода двигателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напряжении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ. Вообще, я очень советую изучить уравнения ДПТ – они простые, линейные, но их можно распространить на все электродвигатели – процессы везде схожие.


Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ. При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутствует «постоянный ток», теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся.

Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря. А ещё? А еще можно сменить полярность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Правильно, направление вращения не изменится. Так что же мы ждем? Соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть переменного тока! Готово, двигатель будет крутиться. Есть один только маленький штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает переменный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый «универсальный коллекторный двигатель», который по конструкции является подвидом ДПТ, но… прекрасно работает как от переменного, так и от постоянного тока.

Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «прямым приводом»), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.


Еще более распространенным, чем коллекторные двигатели, является асинхронный двигатель. Только распространен он в основном в промышленности – где присутствует трехфазная сеть. Про принцип его работы написана

отдельная статья

. Если кратко, то его статор – это распределенная двухфазная или трехфазная (реже многофазная) обмотка. Она подключается к источнику переменного напряжения и создает вращающееся магнитное поле. Ротор можно представлять себе в виде медного или алюминиевого цилиндра, внутри которого находится железо магнитопровода. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется там за счет переменного поля статора (поэтому двигатель на английском языке называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент.

Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контакта, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует меньше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети переменного тока «прямым пуском» – его можно включить коммутатором «на сеть», в результате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 крат, но допустимым). ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пускового тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности – десятки мегаватт, тоже благодаря отсутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и дешев.

Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.

Минус асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представлять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исключительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропорционально регулировать и частоту, и напряжение. А лучше и вовсе организовать векторное управление, как более подробно было описано в прошлой статье. Но для этого нужен преобразователь частоты – целый прибор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупроводниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулирование частотой было экзотикой – его не на чем было делать. Но сегодня регулируемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты – это уже стандарт-де-факто.


Про принцип работы синхронного двигателя также

была отдельная статья

. Синхронных приводов бывает несколько подвидов – с магнитами (PMSM) и без (с обмоткой возбуждения и контактными кольцами), с синусоидальной ЭДС или с трапецеидальной (бесколлекторные двигатели постоянного тока, BLDC). Сюда же можно отнести некоторые шаговые двигатели. До эры силовой полупроводниковой электроники уделом синхронных машин было применение в качестве генераторов (почти все генераторы всех электростанций – синхронные машины), а также в качестве мощных приводов для какой-либо серьезной нагрузки в промышленности.


Все эти машины выполнялись с контактными кольцами (можно увидеть на фото), о возбуждении от постоянных магнитов при таких мощностях речи, конечно же, не идет. При этом у синхронного двигателя, в отличие от асинхронного, большие проблемы с пуском. Если включить мощную синхронную машину напрямую на трехфазную сеть, то всё будет плохо. Так как машина синхронная, она должна вращаться строго с частотой сети. Но за время 1/50 секунды ротор, конечно же, разогнаться с нуля до частоты сети не успеет, а поэтому он будет просто дергаться туда-сюда, так как момент получится знакопеременный. Это называется «синхронный двигатель не вошел в синхронизм». Поэтому в реальных синхронных машинах применяют асинхронный пуск – делают внутри синхронной машины небольшую асинхронную пусковую обмотку и закорачивают обмотку возбуждения, имитируя «беличью клетку» асинхронника, чтобы разогнать машину до частоты, примерно равной частоте вращения поля, а уже после этого включается возбуждение постоянным током и машина втягивается в синхронизм.

И если у асинхронного двигателя регулировать частоту ротора без изменения частоты поля хоть как-то можно, то у синхронного двигателя нельзя никак. Он или крутится с частой поля, или выпадает из синхронизма и с отвратительными переходными процессами останавливается. Кроме того, у синхронного двигателя без магнитов есть контактные кольца – скользящий контакт, чтобы передавать энергию на обмотку возбуждения в роторе. С точки зрения сложности, это, конечно, не коллектор ДПТ, но всё равно лучше бы было без скользящего контакта. Именно поэтому в промышленности для нерегулируемой нагрузки применяют в основном менее капризные асинхронные привода.

Но все изменилось с появлением силовой полупроводниковой электроники и микроконтроллеров. Они позволили сформировать для синхронной машины любую нужную частоту поля, привязанную через датчик положения к ротору двигателя: организовать вентильный режим работы двигателя (автокоммутацию) или векторное управление. При этом характеристики привода целиком (синхронная машина + инвертор) получились такими, какими они получаются у двигателя постоянного тока: синхронные двигатели заиграли совсем другими красками. Поэтому начиная где-то с 2000 года начался «бум» синхронных двигателей с постоянными магнитами. Сначала они робко вылезали в вентиляторах кулеров как маленькие BLDC двигатели, потом добрались до авиамоделей, потом забрались в стиральные машины как прямой привод, в электротягу (сегвей, Тойота приус и т.п.), всё больше вытесняя классический в таких задачах коллекторный двигатель. Сегодня синхронные двигатели с постоянными магнитами захватывают всё больше применений и идут семимильными шагами. И все это – благодаря электронике. Но чем же лучше синхронный двигатель асинхронного, если сравнивать комплект преобразователь+двигатель? И чем хуже? Этот вопрос будет рассматриваться в конце статьи, а сейчас давайте пройдемся еще по нескольким типам электродвигателей.


У него много названий. Обычно его коротко называют вентильно-индукторный двигатель (ВИД) или вентильно-индукторная машина (ВИМ) или привод (ВИП). В английской терминологии это switched reluctance drive (SRD) или motor (SRM), что переводится как машина с переключаемым магнитным сопротивлением. Но чуть ниже будет рассматриваться другой подвид этого двигателя, отличающийся по принципу действия. Чтобы не путать их друг с другом, «обычный» ВИД, который рассмотрен в этом разделе, мы на кафедре электропривода в МЭИ, а также на фирме ООО «НПФ ВЕКТОР» называем «вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением» или коротко ВИД СВ, что подчеркивает принцип возбуждения и отличает его от машины, рассмотренной далее. Но другие исследователи его также называют ВИД с самоподмагничиванием, иногда реактивный ВИД (что отражает суть образования вращающего момента).


Конструктивно это самый простой двигатель и по принципу действия похож на некоторые шаговые двигатели. Ротор – зубчатая железка. Статор – тоже зубчатый, но с другим числом зубцов. Проще всего принцип работы поясняет вот эта анимация:


Подавая постоянный ток в фазы в соответствии с текущим положением ротора можно заставить двигатель вращаться. Фаз может быть разное количество. Форма тока реального привода для трех фаз показа на рисунке (токоограничение 600А):


Однако за простоту двигателя приходится платить. Так как двигатель питается однополярными импульсами тока, напрямую «на сеть» его включать нельзя. Обязательно требуется преобразователь и датчик положения ротора. Причем преобразователь не классический (типа шестиключевой инвертор): для каждой фазы у преобразователя для SRD должны быть полумосты, как на фото в начале этого раздела. Проблема в том, что для удешевления комплектующих и улучшения компоновки преобразователей силовые ключи и диоды часто не изготавливаются отдельно: обычно применяются готовые модули, содержащие одновременно два ключа и два диода – так называемые стойки. И именно их чаще всего и приходится ставить в преобразователь для ВИД СВ, половину силовых ключей просто оставляя незадействованной: получается избыточный преобразователь. Хотя в последние годы некоторые производители IGBT модулей выпустили изделия, предназначенные именно для SRD.

Следующая проблема – это пульсации вращающего момента. В силу зубчатой структуры и импульсного тока момент редко получается стабильным – чаще всего он пульсирует. Это несколько ограничивает применимость двигателей для транспорта – кому хочется иметь пульсирующий момент на колесах? Кроме того, от таких импульсов тянущего усилия не очень хорошо себя чувствуют подшипники двигателя. Проблема несколько решается специальным профилированием формы тока фазы, а также увеличением количества фаз.

Однако даже при этих недостатках двигатели остаются перспективными в качестве регулируемого привода. Благодаря их простоте сам двигатель получается дешевле классического асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель легко сделать многофазным и многосекционным, разделив управление одним двигателем на несколько независимых преобразователей, которые работают параллельно. Это позволяет повысить надежность привода – отключение, скажем, одного из четырех преобразователей не приведет к остановке привода в целом – трое соседей будут какое-то время работать с небольшой перегрузкой. Для асинхронного двигателя такой фокус выполнить так просто не получается, так как невозможно сделать несвязанные друг с другом фазы статора, которые бы управлялись отдельным преобразователем полностью независимо от других. Кроме того, ВИД очень хорошо регулируются «вверх» от основной частоты. Железку ротора можно раскручивать без проблем до очень высоких частот.
Мы на фирме ООО «НПФ ВЕКТОР» выполнили несколько проектов на базе этого двигателя. Например, делали небольшой привод для насосов горячего водоснабжения, а также недавно закончили разработку и отладку системы управления для мощных (1,6 МВт) многофазных резервируемых приводов для обогатительных фабрик АК «АЛРОСА». Вот машинка на 1,25 МВт:

Вся система управления, контроллеры и алгоритмы были сделаны у нас в ООО «НПФ ВЕКТОР», силовые преобразователи спроектировала и изготовила фирма ООО «НПП «ЦИКЛ+». Заказчиком работы и проектировщиком самих двигателей являлась фирма ООО «МИП «Мехатроника» ЮРГТУ (НПИ)».

Это совсем другой тип двигателя, отличающийся по принципу действия от обычного ВИД. Исторически известны и широко используются вентильно-индукторные генераторы такого типа, применяемые на самолетах, кораблях, железнодорожном транспорте, а вот именно двигателями такого типа почему-то занимаются мало.


На рисунке схематично показана геометрия ротора и магнитный поток обмотки возбуждения, а также изображено взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, при этом ротор на рисунке установлен в согласованное положение (момент равен нулю).

Ротор собран из двух пакетов (из двух половинок), между которыми установлена обмотка возбуждения (на рисунке показана как четыре витка медного провода). Несмотря на то, что обмотка висит «посередине» между половинками ротора, крепится она к статору и не вращается. Ротор и статор выполнены из шихтованного железа, постоянные магниты отсутствуют. Обмотка статора распределенная трехфазная – как у обычного асинхронного или синхронного двигателя. Хотя существуют варианты такого типа машин с сосредоточенной обмоткой: зубцами на статоре, как у SRD или BLDC двигателя. Витки обмотки статора охватывают сразу оба пакета ротора.

Упрощенно принцип работы можно описать следующим образом: ротор стремится повернуться в такое положение, при котором направления магнитного потока в статоре (от токов статора) и роторе (от тока возбуждения) совпадут. При этом половина электромагнитного момента образуется в одном пакете, а половина – в другом. Со стороны статора машина подразумевает разнополярное синусоидальное питание (ЭДС синусоидальна), электромагнитный момент активный (полярность зависит от знака тока) и образован за счет взаимодействия поля, созданного током обмотки возбуждения с полем, созданного обмотками статора. По принципу работы эта машина отлична от классических шаговых и SRD двигателей, в которых момент реактивный (когда металлическая болванка притягивается к электромагниту и знак усилия не зависит от знака тока электромагнита).

С точки зрения управления ВИД НВ оказывается эквивалентен синхронной машине с контактными кольцами. То есть, если вы не знаете конструкцию этой машины и используете её как «черный ящик», то она ведет себя практически неотличимо от синхронной машины с обмоткой возбуждения. Можно сделать векторное управление или автокоммутацию, можно ослаблять поток возбуждения для повышения частоты вращения, можно усиливать его для создания большего момента – всё так, как будто это классическая синхронная машина с регулируемым возбуждением. Только ВИД НВ не имеет скользящего контакта. И не имеет магнитов. И ротор в виде дешевой железной болванки. И момент не пульсирует, в отличие от SRD. Вот, например, синусоидальные токи ВИД НВ при работе векторного управления:

Кроме того, ВИД НВ можно создавать многофазным и многосекционным, аналогично тому, как это делается в ВИД СВ. При этом фазы оказываются несвязанными друг с другом магнитными потоками и могут работать независимо. Т.е. получается как будто бы несколько трехфазных машин в одной, к каждой из которых присоединяется свой независимый инвертор с векторным управлением, а результирующая мощность просто суммируется. Координации между преобразователями при этом не требуется никакой – только общее задание частоты вращения.

Минусы этого двигателя тоже есть: напрямую от сети он крутиться не может, так как, в отличие от классических синхронных машин, ВИД НВ не имеет асинхронной пусковой обмотки на роторе. Кроме того, он сложнее по конструкции, чем обычный ВИД СВ (SRD).

На основе данного двигателя мы также сделали несколько успешных проектов. Например, один из них – это серия приводов насосов и вентиляторов для районных теплостанций г. Москвы мощностью 315-1200кВт (ссылка на проект). Это низковольтные (380В) ВИД НВ с резервированием, где одна машина «разбита» на 2, 4 или 6 независимых трехфазных секций. На каждую секцию ставится свой однотипный преобразователь с векторным бездатчиковым управлением. Таким образом можно легко наращивать мощность на базе однотипной конструкции преобразователя и двигателя. При этом часть преобразователей подключено к одному вводу питания районной теплостанции, а часть к другому. Поэтому если происходит «моргушка питания» по одному из вводов питания, то привод не встает: половина секций кратковременно работают в перегрузке, пока питание не восстановится. Как только оно восстанавливается, на ходу в работу автоматически вводятся отдыхавшие секции. Вообще, наверное, этот проект заслуживал бы отдельной статьи, поэтому пока про него закончу, вставив фото двигателя и преобразователей:

К сожалению, двумя словами здесь не обойтись. И общими выводами про то, что у каждого двигателя свои достоинства и недостатки – тоже. Потому что не рассмотрены самые главные качества – массогабаритные показатели каждого и типов машин, цена, а также их механические характеристики и перегрузочная способность. Оставим нерегулируемый асинхронный привод крутить свои насосы напрямую от сети, тут ему конкурентов нет. Оставим коллекторные машины крутить дрели и пылесосы, тут с ними в простоте регулирования тоже потягаться сложно.

Давайте рассмотрим регулируемый электропривод, режим работы которого – длительный. Коллекторные машины здесь сразу исключаются из конкуренции по причине ненадежности коллекторного узла. Но остались еще четыре – синхронный, асинхронный, и два типа вентильно-индукторных. Если мы говорим о приводе насоса, вентилятора и чего-то похожего, что используется в промышленности и где масса и габариты особо не важны, то здесь из конкуренции выпадают синхронные машины. Для обмотки возбуждения требуются контактные кольца, что является капризным элементом, а постоянные магниты очень дороги. Конкурирующими вариантами остаются асинхронный привод и вентильно-индукторные двигатели обоих типов.

Как показывает опыт, все три типа машин успешно применяются. Но – асинхронный привод невозможно (или очень сложно) секционировать, т.е. разбить мощную машину на несколько маломощных. Поэтому для обеспечения большой мощности асинхронного преобразователя требуется делать его высоковольтным: ведь мощность – это, если грубо, произведение напряжения на ток. Если для секционируемого привода мы можем взять низковольтный преобразователь и наставить их несколько, каждый на небольшой ток, то для асинхронного привода преобразователь должен быть один. Но не делать же преобразователь на 500В и ток 3 килоампера? Это провода нужны с руку толщиной. Поэтому для увеличения мощности повышают напряжение и снижают ток. А высоковольтный преобразователь – это совсем другой класс задачи. Нельзя просто так взять силовые ключи на 10кВ и сделать из них классический инвертор на 6 ключей, как раньше: и нет таких ключей, а если есть, они очень дороги. Инвертор делают многоуровневым, на низковольтных ключах, соединенных последовательно в сложных комбинациях. Такой инвертор иногда тянет за собой специализированный трансформатор, оптические каналы управления ключами, сложную распределенную систему управления, работающую как одно целое… В общем, сложно всё у мощного асинхронного привода. При этом вентильно-индукторный привод за счет секционирования может «отсрочить» переход на высоковольтный инвертор, позволяя сделать привода до единиц мегаватт от низковольтного питания, выполненные по классической схеме. В этом плане ВИПы становятся интереснее асинхронного привода, да еще и обеспечивают резервирование. С другой стороны, асинхронные привода работают уже сотни лет, двигатели доказали свою надежность. ВИПы же только пробивают себе дорогу. Так что здесь надо взвесить много факторов, чтобы выбрать для конкретной задачи наиболее оптимальный привод.

Но всё становится еще интереснее, когда речь заходит о транспорте или о малогабаритных устройствах. Там уже нельзя беспечно относиться к массе и габаритам электропривода. И вот там уже нужно смотреть на синхронные машины с постоянными магнитами. Если посмотреть только на параметр мощности деленной на массу (или размер), то синхронные машины с постоянными магнитами вне конкуренции. Отдельные экземпляры могут быть в разы меньше и легче, чем любой другой «безмагнитный» привод переменного тока. Но здесь есть одно опасное заблуждение, которое я сейчас постараюсь развеять.

Если синхронная машина в три раза меньше и легче – это не значит, что для электротяги она подходит лучше. Всё дело в отсутствии регулировки потока постоянных магнитов. Поток магнитов определяет ЭДС машины. На определенной частоте вращения ЭДС машины достигает напряжения питания инвертора и дальнейшее повышение частоты вращения становится затруднительно. Тоже самое касается и повышения момента. Если нужно реализовать больший момент, в синхронной машине нужно повышать ток статора – момент возрастет пропорционально. Но более эффективно было бы повысить и поток возбуждения – тогда и магнитное насыщение железа было бы более гармоничным, а потери были бы ниже. Но опять же поток магнитов повышать мы не можем. Более того, в некоторых конструкциях синхронных машин и ток статора нельзя повышать сверх определенной величины – магниты могут размагнититься. Что же получается? Синхронная машина хороша, но только лишь в одной единственной точке – в номинальной. С номинальной частотой вращения и номинальным моментом. Выше и ниже – всё плохо. Если это нарисовать, то получится вот такая характеристика частоты от момента (красным):

На рисунке по горизонтальной оси отложен момент двигателя, по вертикальной – частота вращения. Звездочкой отмечена точка номинального режима, например, пусть это будет 60кВт. Заштрихованный прямоугольник – это диапазон, где возможно регулирование синхронной машины без проблем – т.е. «вниз» по моменту и «вниз» по частоте от номинала. Красной линией отмечено, что можно выжать из синхронной машины сверх номинала – небольшое повышение частоты вращения за счет так называемого ослабления поля (на самом деле это создание лишнего реактивного тока по оси d двигателя в векторном управлении), а также показана некоторая возможная форсировка по моменту, чтобы было безопасно для магнитов. Всё. А теперь давайте поставим эту машину в легковое транспортное средство без коробки передач, где батарея рассчитана на отдачу 60кВт. Желаемая тяговая характеристика изображена синим. Т.е. начиная с самой низкой скорости, скажем, с 10км/ч привод должен развивать свои 60кВт и продолжать их развивать вплоть до максимальной скорости, скажем 150км/ч. Синхронная машина и близко не лежала: её момента не хватит даже чтобы заехать на бордюр у подъезда (или на поребрик у парадной, для полит. корректности), а разогнаться машина сможет лишь до 50-60км/ч.

Что же это значит? Синхронная машина не подходит для электротяги без коробки передач? Подходит, конечно же, просто надо по-другому её выбрать. Вот так:


Надо выбрать такую синхронную машину, чтобы требуемый тяговый диапазон регулирования был весь внутри её механической характеристики. Т.е. чтобы машина одновременно могла развить и большой момент, и работать на большой частоте вращения. Как вы видите из рисунка… установленная мощность такой машины будет уже не 60кВт, а 540кВт (можно посчитать по делениям). Т.е. в электромобиль с батареей на 60кВт придется установить синхронную машину и инвертор на 540кВт, просто чтобы «пройти» по требуемому моменту и частоте вращения.

Конечно же, так как описано, никто не делает. Никто не ставит машину на 540кВт вместо 60кВт. Синхронную машину модернизируют, пытаясь «размазать» её механическую характеристику из оптимума в одной точке вверх по скорости и вниз по моменту. Например, прячут магниты в железо ротора (делают инкорпорированными), это позволяет не бояться размагнитить магниты и ослаблять поле смелее, а также перегружать по току побольше. Но от таких модификаций синхронная машина набирает вес, габариты и становится уже не такой легкой и красивой, какой она была раньше. Появляются новые проблемы, такие как «что делать, если в режиме ослабления поля инвертор отключился». ЭДС машины может «накачать» звено постоянного тока инвертора и выжечь всё. Или что делать, если инвертор на ходу пробился — синхронная машина замкнется и может токами короткого замыкания убить и себя, и водителя, и всю оставшуюся живой электронику — нужны схемы защиты и т.п.

Поэтому синхронная машина хороша там, где большого диапазона регулирования не требуется. Например, в сегвее, где скорость с точки зрения безопасности может быть ограничена на 30км/ч (или сколько там у него?). А еще синхронная машина идеальна для вентиляторов: у вентилятора сравнительно мало изменяется частота вращения, от силы раза в два – больше особо нет смысла, так как воздушный поток ослабевает пропорционально квадрату скорости (примерно). Поэтому для небольших пропеллеров и вентиляторов синхронная машина – это то, что нужно. И как раз она туда, собственно, успешно ставится.

Тяговую кривую, изображенную на рисунке синим цветом, испокон веков реализуют двигатели постоянного тока с регулируемым возбуждением: когда ток обмотки возбуждения изменяют в зависимости от тока статора и частоты вращения. При увеличении частоты вращения уменьшается и ток возбуждения, позволяя машине разгоняться выше и выше. Поэтому ДПТ с независимым (или смешанным) управлением возбуждением классически стоял и до сих пор стоит в большинстве тяговых применений (метро, трамваи и т.п.). Какая же электрическая машина переменного тока может с ним поспорить?

К такой характеристике (постоянства мощности) могут лучше приблизиться двигатели, у которых регулируется возбуждение. Это асинхронный двигатель и оба типа ВИПов. Но у асинхронного двигателя есть две проблемы: во-первых, его естественная механическая характеристика – это не кривая постоянства мощности. Потому что возбуждение асинхронного двигателя осуществляется через статор. А поэтому в зоне ослабления поля при постоянстве напряжения (когда на инверторе оно закончилось) подъем частоты в два раза приводит к падению тока возбуждения в два раза и моментоообразующего тока тоже в два раза. А так как момент на двигателе – это произведение тока на поток, то момент падает в 4 раза, а мощность, соответственно, в два. Вторая проблема – это потери в роторе при перегрузке с большим моментом. В асинхронном двигателе половина потерь выделяется в роторе, половина в статоре. Для уменьшения массогабаритных показателей на транспорте часто применяется жидкостное охлаждение. Но водяная рубашка эффективно охладит лишь статор, за счет явления теплопроводности. От вращающегося ротора тепло отвести значительно сложнее – путь отвода тепла через «теплопроводность» отрезан, ротор не касается статора (подшипники не в счет). Остается воздушное охлаждение путем перемешивая воздуха внутри пространства двигателя или излучение тепла ротором. Поэтому ротор асинхронного двигателя получается своеобразным «термосом» — единожды перегрузив его (сделав динамичный разгон на машине), требуется долгое время ждать остывания ротора. А ведь его температуру еще и не измерить… приходится только предсказывать по модели.

Здесь нужно отметить, как мастерски обе проблемы асинхронного двигателя обошли в Тесла в своей Model S. Проблему с отводом тепла из ротора они решили… заведя во вращающийся ротор жидкость (у них есть соответствующий патент, где вал ротора полый и он омывается внутри жидкостью, но достоверно я не знаю, применяют ли они это). А вторую проблему с резким уменьшением момента при ослаблении поля… они не решали. Они поставили двигатель с тяговой характеристикой, почти как у меня нарисована для «избыточного» синхронного двигателя на рисунке выше, только у них не 540кВт, а 300кВт. Зона ослабления поля в тесле очень маленькая, где-то два крата. Т.е. они поставили «избыточный» для легкового автомобиля двигатель, сделав вместо бюджетного седана по сути спорт-кар с огромной мощностью. Недостаток асинхронного двигателя обратили в достоинство. Но если бы они попытались сделать менее «производительный» седан, мощностью 100кВт или меньше, то асинхронный двигатель, скорее всего, был бы точно таким же (на 300кВт), просто его искусственно задушили электроникой бы под возможности батареи.

А теперь ВИПы. Что могут они? Какая тяговая характеристика у них? Про ВИД СВ я точно сказать не могу – это по своему принципу работы нелинейный двигатель, и от проекта к проекту его механическая характеристика может сильно меняться. Но в целом он скорее всего лучше асинхронного двигателя в плане приближения к желаемой тяговой характеристике с постоянством мощности. А вот про ВИД НВ я могу сказать подробнее, так как мы на фирме им очень плотно занимаемся. Видите вон ту желаемую тяговую характеристику на рисунке выше, которая нарисована синим цветом, к которой мы хотим стремиться? Это на самом деле не просто желаемая характеристика. Это реальная тяговая характеристика, которую мы по точкам по датчику момента сняли для одного из ВИД НВ. Так как ВИД НВ имеет независимое внешнее возбуждение, то его качества наиболее приближены к ДПТ НВ, который тоже может сформировать такую тяговую характеристику за счет регулирования возбуждения.

Так что же? ВИД НВ – идеальная машина для тяги без единой проблемы? На самом деле нет. Проблем у него тоже куча. Например, его обмотка возбуждения, которая «висит» между пакетами статора. Хоть она и не вращается, от неё тоже сложно отводить тепло – получается ситуация почти как ротором асинхронника, лишь немного получше. Можно, в случае надобности, «кинуть» трубку охлаждения со статора. Вторая проблема – это завышенные массогабаритные показатели. Глядя на рисунок ротора ВИД НВ, можно видеть, что пространство внутри двигателя используется не очень эффективно – «работают» только начало и конец ротора, а середина занята обмоткой возбуждения. В асинхронном двигателе, например, вся длина ротора, всё железо «работает». Сложность сборки – засунуть обмотку возбуждения внутрь пакетов ротора надо еще суметь (ротор делается разборным, соответственно, есть проблемы с балансировкой). Ну и просто массогабаритные характеристики пока получаются не очень-то выдающимися по сравнению с теми же асинхронными двигателями Тесла, если накладывать тяговые характеристики друг на друга.
А также есть еще общая проблема обоих типов ВИД. Их ротор – пароходное колесо. И на высоких частотах вращения (а высокая частота нужна, так высокочастотные машины при той же мощности меньше тихоходных) потери от перемешивания воздуха внутри становятся очень значительными. Если до 5000-7000 об/мин ВИД еще можно сделать, то на 20000 об/мин это получится большой миксер. А вот асинхронный двигатель на такие частоты и гораздо выше сделать вполне можно за счет гладкого статора.

Так что же лучше всего в итоге для электротяги? Какой двигатель самый лучший?
Понятия не имею. Все плохие. Надо изобретать дальше. Но мораль статьи такова – если вы хотите сравнить между собой разные типы регулируемого электропривода, то нужно сравнивать на конкретной задаче с конкретной требуемой механической характеристикой по всем-всем параметрам, а не просто по мощности. Также в этой статье не рассмотрены еще куча нюансов сравнения. Например, такой параметр как длительность работы в каждой из точек механической характеристики. На максимальном моменте обычно ни одна машина не может работать долго – это режим перегрузки, а на максимальной скорости очень плохо себя чувствуют синхронные машины с магнитами – там у них огромные потери в стали. А еще интересный параметр для электротяги – потери при движении выбегом, когда водитель отпустил газ. Если ВИПы и асинхронные двигатели будут крутиться как болванки, то у синхронной машины с постоянными магнитами останутся почти номинальные потери в стали из-за магнитов. И так далее, и так далее…
Поэтому нельзя вот так просто взять и выбрать лучший электропривод.

UPD:
Обобщая замечания в комментариях, необходимо дополнить некоторые важные, как оказалось, вещи, которые я изначально опустил как маловажные.
1. Асинхронные двигатели до эры преобразователей частоты регулировали за счет применения так называемого фазного ротора — когда ротор делался в виде обмотки, а не беличьей клетки, а через контактные кольца (как у синхронной машины) фазы ротора выводились наружу. Включая в цепь ротора резисторы можно было мягко пускать АД и безопасно регулировать частоту вращения, изменяя сопротивление. Проблема в том, что очень много энергии при этом терялось в резисторах — иногда до половины от подводимой к приводу мощности.

2. В статье не упомянуты синхронные реактивные машины и их совмещение с синхронными машинами с постоянными магнитами. Если сделать ротор синхронной машины с магнитами явнополюсным — например таким, как нарисован ротор SRD двигателя на gif анимации, то развиваемый момент может быть не только активным, но и реактивным — как у SRD. Подбирая оптимальное сочетание активного и реактивного момента можно частично исключить проблемы классической синхронной машины с магнитами, значительно расширив диапазон работы с постоянством мощности. Получается некий гибрид реактивной машины и синхронной с магнитами.

3. Шаговые двигатели не рассмотрены, потому что по принципу действия они в первом приближении схожи либо с синхронными машинами с постоянными магнитами, либо с SRD двигателями — зависит от конкретного типа шаговика. Только шаговые двигатели, в отличие от «силовых» приводов, имеют гораздо большее количество пар полюсов (зубцов) для увеличения коэффициента электрической редукции: чтобы одному периоду тока соответствовало меньшее угловое перемещение вала. Управление шаговиками обычно тривиальное — последовательный перебор фаз друг за другом (шаги). Более продвинутые системы дробят шаг, подавая в двигатель «микрошаги» — по сути приближая управление к синусоидальному. Еще более продвинутые используют датчик положения ротора и применяют полноценное векторное управление. Но в таком случае и машину нужно делать более качественную, а называться в сумме это будет уже настоящим сервоприводом.

Двигатель постоянного тока асинхронный или синхронный. Типы электродвигателей и принципы работы

Электродвигатель переменного тока

Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD-плееру, к игрушке, к дисководу)

Электрический двигатель — это, электрическая машина , в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.

Классификация электродвигателей

  • Двигатель постоянного тока постоянным током ;
    • Коллекторные двигатели постоянного тока. Разновидности:
    • Бесколлекторные двигатели постоянного тока (вентильные двигатели) с электронным переключателем тока;
  • Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током , имеет две разновидности:
    • Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения;
    • Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением.
  • Однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь
  • Многофазные
  • Шаговые двигатели — Электродвигатели, которые имеют конечное число положений ротора. Заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие.
  • Вентильные двигатели — Электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора (ДПР), системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора).
  • Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе.

Из-за связи с низкой частотой сети (50 Герц) асинхронные и синхронные двигатели имеют больший вес и размеры, чем коллекторный двигатель постоянного тока и универсальный коллекторный двигатель той же мощности. При применении выпрямителя и инвертора с частотой значительно большей 50 Гц вес и размеры асинхронных и синхронных двигателей приближаются к весу и размерам коллекторного двигателя постоянного тока и универсального коллекторного двигателя той же мощности.

Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.

История.

Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлова. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Электродвигатель переменного тока» в других словарях:

    электродвигатель переменного тока — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN ас motor …

    Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором Двигатель постоянного тока электрическая машина, ма … Википедия

    Машина переменного тока, предназначенная для работы в режиме двигателя (см. Переменного тока машина). П. т. э. подразделяют на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели (См. Синхронный электродвигатель) применяют в… …

    Электрическая машина, применяемая для получения переменного тока (генератор) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатель) либо в электрическую энергию другого напряжения или частоты (преобразователь) П. т. м.… … Большая советская энциклопедия

    Машина перем. тока, предназнач. для работы в режиме двигателя. П. т. э. подразделяют на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели применяют в электроприводах в осн. тогда, когда требуется постоянство угловой скорости. Из асинхронных… … Большой энциклопедический политехнический словарь

    электропривод переменного тока — электропривод постоянного [переменного] тока Электропривод, содержащий электродвигатель постоянного [переменного] тока. [ГОСТ Р 50369 92] Тематики электропривод EN ac drivealternating current drive DE Wechselstromantrieb … Справочник технического переводчика

    электропривод постоянного (переменного) тока — 3.1.3 электропривод постоянного (переменного) тока: Привод, содержащий электродвигатель постоянного (переменного) тока и редуктор;

Явление электромагнитной индукции стало основой возникновения и развития всех электрических машин. Первооткрывателем этого явления в конце 19 века был Майкл Фарадей, английский учёный — экспериментатор. Он провёл опыты с первыми электрическими машинами. Сейчас без них невозможно представить нашу жизнь. Электродвигатели стали одними из самых распространённых электрических машин.

Для работы электромотора необходимо напряжение, свойства которого определяют его конструкцию. На переменном напряжении и токе работают такие электродвигатели:

на постоянном напряжении и токе работают:

  • коллекторные;
  • униполярные;
  • шаговые.

Синхронные и асинхронные электродвигатели

Синхронные и асинхронные электромоторы имеют общие условия для своей работы. Для этого необходимо магнитное поле, максимальная величина которого перемещается в пространстве. Такое поле может быть создано двумя или большим числом обмоток. Обычные конструкции синхронных и асинхронных электромоторов содержат две или три обмотки.

Они размещаются на массивных ферримагнитных сердечниках, усиливающих магнитное поле. Для трёх обмоток применяется трёхфазное напряжение, для двух обмоток – двухфазное или одна фаза с фазосдвигающим конденсатором. Но с таким конденсатором к однофазной сети можно подключить и трёхфазные двигатели.

Если ротор электромотора создаёт постоянное магнитное поле, либо от постоянных магнитов, либо от встроенного в ротор источника питания постоянного тока, либо от внешнего источника питания постоянного тока через кольца со щётками такой двигатель является синхронным. В нём частота оборотов и частота напряжения источника питания одинаковы. В асинхронных двигателях используется немагнитный ротор без явно выраженных полюсов, колец со щётками, встроенных выпрямителей и комбинированных деталей из различных материалов. Исключением является синхронный гистерезисный двигатель.


Ротор асинхронного двигателя работает как вторичная обмотка трансформатора, которая замкнута накоротко. Но ток в его роторе может возникнуть только при более медленном вращении в сравнении с магнитным полем статора. Такое различие скоростей называется скольжением. Простота конструкции и соответствующая надёжность делают асинхронный электромотор наиболее широко используемым.

Коллекторные машины

Однако у синхронных и асинхронных электромоторов есть один непреодолимый недостаток – частота питающего напряжения. Она определяет скорость вращения магнитного поля и вала в этих двигателях. Никакими конструктивными изменениями в них при заданной частоте питающего напряжения невозможно получить частоту вращения вала большую, чем частота питающего напряжения. При необходимости большего числа оборотов используются коллекторные электромоторы.


В этих двигателях происходит постоянное переключение обмоток ротора коллектором. Каждая обмотка по сути это рамка с током, которая, как известно из опытов Фарадея, поворачивается в магнитном поле. Но одна рамка повернётся и остановится. Поэтому рамок — обмоток сделано несколько и каждой из них соответствует пара пластин в коллекторе. Ток подаётся через щётки, скользящие по коллектору.

Конструкция такого электромотора позволяет работать от источника либо постоянного, либо переменного напряжения, который обеспечивает ток и в статоре и в роторе. При переменном напряжении направление тока в статоре и роторе изменяется одновременно и поэтому направление действия силы вращающей ротор сохраняется. Частота питающего напряжения никак не влияет на частоту вращения ротора. Она зависит только от величины напряжения, питающего электромотор. Скользящий контакт щётки с коллектором ограничивает возможности этих электродвигателей по сроку службы и месту применения, поскольку искрение в щётках довольно быстро разрушает скользящий контакт и недопустимо в условиях повышенной взрывоопасности.

Униполярные и шаговые варианты

Однако есть такие конструкции электромоторов постоянного тока, в которых коллектора нет. Это униполярные электромоторы.


В этих электродвигателях ротор выполнен в виде диска, расположенного между полюсами постоянных магнитов. Щётки расположенные диаметрально противоположно питают током диск – ротор. Под воздействием силы Лоренца диск вращается. Несмотря на привлекательную простоту конструкции, такой электромотор не имеет широкого практического использования, поскольку требует слишком больших значений тока и магнитного поля. Тем не менее, существуют уникальные лабораторные разработки униполярных электромоторов со щётками из жидкого металла, которые развивают обороты немыслимые для иных конструкций двигателей.

Шаговый двигатель это ещё одна конструкция, работающая на постоянном токе.


В целом этот двигатель подобен синхронному электромотору с ротором из постоянных магнитов. Отличие в том, что число обмоток здесь больше, и они управляются ключами, которые подают на каждую обмотку питающее напряжение. В результате ротор меняет своё положение, притягиваясь к подключенной обмотке. Число обмоток определяет минимальный угол поворота ротора, а коммутаторы – скорость вращения ротора. В шаговом двигателе ротор может вращаться почти как угодно, поскольку ключи связаны с электронной схемой управления.

Рассмотренные конструкции электромоторов являются базовыми. На их основе для решения определённых задач создано много специальных разновидностей электромоторов. Но это уже совсем другая история…

В быту, коммунальном хозяйстве, на любом производстве двигатели электрические являются неотъемлемой составляющей: насосы, кондиционеры, вентиляторы и пр. Поэтому важно знать типы наиболее часто встречающихся электродвигателей.

Электродвигатель является машиной, которая преобразует в механическую энергию электрическую. При этом выделяется тепло, являющееся побочным эффектом.

Видео: Классфикация электродвигателей

Все электродвигатели разделить можно на две большие группы:

  • Электродвигатели постоянного тока
  • Электродвигатели переменного тока.

Электродвигатели, питание которых осуществляется переменным током, называются двигателями переменного тока, которые имеют две разновидности:

  • Синхронные – это те, у которых ротор и магнитное поле питающего напряжения вращаются синхронно.
  • Асинхронные . У них отличается частота вращения ротора от частоты, создаваемого питающим напряжением магнитного поля. Бывают они многофазными, а также одно-, двух- и трехфазными.
  • Электродвигатели шаговые отличаются тем, что имеют конечное число положений ротора. Фиксирование заданного положения ротора происходит за счет подачи питания на определенную обмотку. Путем снятия напряжения с одной обмотки и передачи его на другую осуществляется переход в другое положение.


К электродвигателям постоянного тока относят те, которые питаются постоянным током. Они, в зависимости от того, имею или нет щёточно-коллекторный узел, подразделяются на:

Коллекторные также, в зависимости от типа возбуждения, бывают нескольких видов:

  • С возбуждением постоянными магнитами.
  • С параллельным соединением обмоток соединения и якоря.
  • С последовательным соединением якоря и обмоток.
  • Со смешанным их соединением.


Электродвигатель постоянного тока в разрезе. Коллектор со щетками – справа

Какие электродвигатели входят в группу «электродвигатели постоянного тока»

Как уже говорилось, электродвигатели постоянного тока составляют группу, в которую входят коллекторные электродвигатели и бесколлекторные, которые выполнены в виде замкнутой системы, включающей датчик положения ротора, систему управления и силовой полупроводниковый преобразователь. Принцип работы бесколлекторных электродвигателей аналогичен принципу работы двигателей асинхронных. Устанавливают их в бытовых прибора, например, вентиляторах.

Что собой представляет коллекторный электродвигатель

Длина электродвигателя постоянного тока зависит от класса. Например, если речь идет о двигателе 400 класса, то его длина составит 40 мм. Отличием коллекторных электродвигателей от бесколлектрных собратьев является простота в изготовлении и эксплуатации, следовательно, и стоимость его будет более низкой. Их особенность — наличие щеточно-коллекторного узла, при помощи которого осуществляется соединение цепи ротора с расположенными в неподвижной части мотора цепями. Состоит он из расположенных на роторе контактов – коллектора и прижатых к нему щеток, расположенных вне ротора.


Ротор


Используют эти электродвигатели в радиоуправляемых игрушках: подав на контакты такого двигателя напряжение от источника постоянного тока (той же батарейки), вал приводится в движение. А, чтобы изменить его направление вращения, достаточно изменить полярность, подаваемого напряжения питания. Небольшой вес и размеры, низкая цена и возможность восстановления щеточно-коллекторного механизма делают эти электродвигатели наиболее используемыми в бюджетных моделях, несмотря на то, что он значительно уступает по надежности бесколлекторному, поскольку не исключено искрение, т.е. чрезмерный нагрев подвижных контактов и их быстрый износ при попадании пыли, грязи или влаги.

На коллекторный электродвигатель нанесена, как правило, маркировка, указывающая на число оборотов: чем оно меньше, тем скорость вращения вала больше. Она, к слову, очень плавно регулируется. Но, существуют и двигатели этого типа высокооборотистые, не уступающие бесколлекторным.

Преимущества и недостатки бесколлекторных электродвигателей

В отличие от описанных, у этих электродвигателей подвижной частью является статор с постоянным магнитом (корпус), а ротор с трехфазной обмоткой – неподвижен.

К недостаткам этих двигателей постоянного тока отнести можно менее плавную регулировку скорости вращения вала, но зато они способны за доли секунды набрать максимальные обороты.


Бесколлекторный электродвигатель помещен в закрытый корпус, поэтому он более надежен при неблагоприятных условиях эксплуатации, т.е. ему не страшны пыль и влага. К тому же, его надежность возрастает благодаря отсутствию щеток, как и скорость, с которой вращается вал. При этом, по конструкции мотор более сложен, следовательно, не может быть дешевым. Стоимость его в сравнении с коллекторным, выше в два раза.

Таким образом, коллекторный электродвигатель, работающий на переменном и на постоянном токе, является универсальным, надежным, но более дорогим. Он и легче, и меньше по размерам двигателя переменного тока той же мощности.

Поскольку электродвигатели переменного тока, питающиеся от 50 Гц (питание промышленной сети) не позволяют получать высокие частоты (выше 3000 об/мин), при такой необходимости, используют коллекторный двигатель.

Между тем, его ресурс ниже, чем у асинхронных электродвигателей переменного тока, который зависит от состояния подшипников и изоляции обмоток.

Как работает синхронный электродвигатель

Синхронные машины применяют часто в качестве генераторов. Он синхронно работают с частотой сети, поэтому он с датчиком положения инвертора и ротора, является электронным аналогом коллекторного электродвигателя постоянного тока.

Строение синхронного электродвигателя

Свойства

Эти двигатели не являются механизмами самозапускающимися, а требуют внешнего воздействия для того, чтобы набрать скорость. Применение они нашли в компрессорах, насосах, прокатных станках и подобном оборудовании, рабочая скорость которого не превышает отметки пятьсот оборотов в минуту, но требуется увеличение мощности. Они достаточно большие по габаритам, имеют «приличный» вес и высокую цену.

Запустить синхронный электродвигатель можно несколькими способами:

  • Используя внешний источник тока.
  • Пуск асинхронный.

В первом случае, с помощью мотора вспомогательного, в качестве которого выступать может электродвигатель постоянного тока или индукционный трехфазный мотор. Изначально ток постоянный на мотор не подается. Он начинает вращаться, достигая близкой к синхронной скорости. В этот момент подается постоянный ток. После замыкания магнитного поля, разрывается связь с вспомогательным двигателем.

Во втором варианте необходима установка в полюсные наконечники ротора дополнительной короткозамкнутой обмотки, пересекая которую магнитное вращающееся поле индуцирует токи в ней. Они, взаимодействуя с полем статора, вращают ротор. Пока он не достигнет синхронной скорости. С этого момента крутящий момент и ЭДС уменьшаются, магнитное поле замыкается, сводя к нулю крутящий момент.

Эти электродвигатели менее чувствительны, чем асинхронные, к колебаниям напряжения, отличаются высокой перегрузочной способностью, сохраняют неизменной скорость при любых нагрузках на валу.

Однофазный электродвигатель: устройство и принцип работы

Использующий после пуска только одну обмотку статора (фазу) и не нуждающийся в частном преобразователе электродвигатель, работающий от электросети однофазного переменного тока, является асинхронным или однофазовым.

Однофазовый электродвигатель имеет вращающуюся часть – ротор и неподвижную – статор, который и создает магнитное поле, необходимое для вращения ротора.


Из двух, расположенных в сердечнике статора друг к другу под углом 90 градусов обмоток, рабочая занимает 2/3 пазов. Другая обмотка, на долю которой приходится 1/3 пазов, называется пусковой (вспомогательной).


Ротор – это тоже короткозамкнутая обмотка. Его стержни из алюминия или меди замкнуты с торцов кольцом, а пространство между ними залито алюминиевым сплавом. Может быть выполнен ротор в виде полого ферромагнитного или немагнитного цилиндра.


Однофазный электродвигатель, мощность которого может быть от десятков ватт до десятка киловатт, применяются в бытовых приборах, устанавливаются в деревообрабатывающих станках, на транспортерах, в компрессорах и насосах. Преимущество их – возможность использования в помещениях, где нет трехфазной сети. По конструкции они не сильно отличаются от электродвигателей асинхронных трехфазного тока.

Для того чтобы понять принцип работы электродвигателя переменного тока, поместим изогнутый проводник в равномерном магнитном поле, создаваемом полюсами магнита.

Разница между генераторами переменного и постоянного тока заключается в отсутствии коллектора.

Асинхронные трехфазные электродвигатели являются прямыми энергетическими потребителями трехфазного тока. Такие модели применяются во многих отраслях производства.

На рисунке 2 изображена схема электродвигателя переменного тока. Синхронный генератор имеет такой же статор рис. 1. Питание обмотки статора переменным током происходит от трехфазной сети.

Изменение тока в фазах будет происходить также в фазах генератора. На рис. 2 ротор представлен как цилиндр с пазами, который установлен на медные либо алюминиевые стержни, связанные между собой кольцами на поверхностях ротора с торца.

Ток проходит в замкнутых проводниках. Вращение ротора асинхронного устройства различно от частоты магнитного поля.

Рис. 1 Принцип работы генератора переменного тока.

При одинаковом вращении проводники роторной обмотки перестают пересекать магнитное поле, и тогда исчезает вращающий момент. Потому электродвигатель переменного тока и получил название асинхронного (т.е. несинхронного). Круговое вращающее магнитное поле условно представляют полем полюсов постоянных магнитов, которые вращаются с частотой . Помещая в поле статора асинхронного трехфазного прибора ротор, у которого короткозамкнута обмотка (рис. 3), вращающееся поле статора проходит через проводники обмотки ротора и направляет них э.д.с . Направление э.д.с обусловливаться правилом правой руки. Когда обмотка ротора замкнута, то в ее проводниках появляются токи . Ток любого проводника ротора, взаимодействуя с полем статора, формирует электромагнитную силу , течение которой обусловливается правилом левой руки.

Группа электромагнитных сил формирует электромагнитный момент , который приводит ротор в обращение с частотой в направлении поля вращения. Электрическая энергия, которая поступает в обмотку статора из сети, реорганизуется в механическую энергию верчения ротора.

Рис. 2 Трехфазный асинхронный двигатель

Рис. 3 Схема однофазного электродвигателя

Частота верчения электродвигателя переменного тока всегда меньше частоты верчения поля статора , от чего и его название — асинхронный. Когда ротор АД вращается с частотой , тогда проводники обмотки ротора не пересекают поле статора. Следовательно, в них не наводятся э.д.с, не возникают токи, не создается вращающий момент.

Отличие между частотами вращения ротора и поля статора имеет название частота скольжения . На практике чаще используется понятие скольжения — отношение частоты вращения поля статора к частоте скольжения:

Между частотой вращения ротора и скольжением также имеется связь:

Когда работает АД, частота вращения ротора изменяется от при пуске двигателя до на идеальном холостом ходу. Следовательно, двигательному режиму работы асинхронной машины отвечает широта изменений скольжения от 1 до 0. Частота верчения ротора, а следовательно и скольжение находятся в зависимости от нагрузки на валу (внешнего момента сопротивления ). При увеличении нагрузки уменьшается частота вращения ротора, а скольжение возрастает. В асинхронных приборах общего применения начальное скольжение составляет , т.е. при начальной нагрузке ротор АД крутится с частотой, которая близка к частоте вращения поля. Частота э.д.с и токов, наводимых в проводах ротора, определяется частотой скольжения. Учитывая, что определим .

Постоянное переключение батареи равносильно питанию оборудования переменным током. Разница лишь в том, что у такого переменного тока низкая частота, так как за секунду можно 3-5 раз перевернуть батарейку, а у переменного тока направление изменяется 100 раз в секунду.

Если от понижающего трансформатора присоединить два проводника к зажимам прибора с одинаковым с батареей напряжением, то устройство электродвигателя переменного тока будет работать. Однако якорь его будет крутиться несколько медленнее, чем, если бы было питание постоянным током. При переменном токе появляется индуктивное сопротивление обмоток электродвигателя. Прикоснувшись рукой спустя 10-15 мин к его корпусу, можно заметить, что он нагрелся.

А при работе от батареи этого не происходит. При питании переменным током в стенках корпуса и в полюсах появляются потери от перемагничивания переменным потоком и вихревых токов. Для снижения этих потерь, корпус и полюсы однофазной коллекторной модели переменного тока собираются из штампованных листов электротехнической стали, которые изолированы пленкой лака один от другого и скреплены заклепками (рис. 4).

Рис. 4 Статор коллекторного электродвигателя

1 — Катушка; 2 — наконечник полюса; 3 — заклепка.

Коллекторные электродвигатели переменного тока работают только с последовательным возбуждением, и благодаря катушке параллельного возбуждения имели бы огромное индуктивное сопротивление при переменном токе.

Механические качества однофазного устройства подобны качествам двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Вследствие этого они применяются тогда, когда от прибора требуется большая пусковая и высокая перегрузочная способность.

Применение коллекторных электродвигателей рассчитано на любую частоту вращения, тогда как у асинхронных, питающихся переменным током частотой 50 Гц, имеется максимальная синхронная частота вращения 3000 об/мин. Этот признак делает незаменимыми коллекторные модели для бытовых приборов, в частности для пылесосов. Коллекторные устройства легче асинхронных однофазовых в 2-3 раза.

Такие электродвигатели изготавливаются для низкого напряжения и питаются они от понижающего трансформатора и для напряжения сети 127 или 220 В. Для снижения опасности поражения электрическим током эти приборы используют в движущихся игрушках (электрические железные дороги, подъемные краны).

Электрические двигатели, питаемые от сети переменного тока, используются в пылесосах, швейных машинках, электробритвах и других электробытовых приборах.


Посредством электродвигателя электрическая энергия преобразуется в механическую. Мощность, количество оборотов в минуту, напряжение и тип питания являются основными показателями электродвигателей. Также, большое значение имеют массогабаритные и энергетические показатели.

Электродвигатели обладают большими преимуществами. Так, по сравнению с тепловыми двигателями сопоставимой мощности, по размеру электрические двигатели намного компактнее. Они прекрасно подходят для установки на небольших площадках, например в оборудовании трамваев, электровозов и на станках различного назначения.

При их использовании не выделяется пар и продукты распада, что обеспечивает экологическую чистоту. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока, шаговые электродвигатели, серводвигатели и линейные.

Электродвигатели переменного тока, в свою очередь, подразделяются на синхронные и асинхронные.

Электродвигатели постоянного тока

Используются для создания регулируемых электроприводов с высокими динамическими и эксплуатационными показателями. К таким показателям относятся высокая равномерность вращения и перезагрузочная способность. Их используют для комплектации бумагоделательных, красильно-отделочных и подъемно-транспортных машин, для полимерного оборудования, буровых станков и вспомогательных агрегатов экскаваторов. Часто они применяются для оснащения всех видов электротранспорта.

Электродвигатели переменного тока

Пользуются более высоким спросом, чем двигатели постоянного тока. Их часто используют в быту и в промышленности. Их производство намного дешевле, конструкция проще и надежнее, а эксплуатация достаточно проста. Практически вся домашняя бытовая техника оборудована электродвигателями переменного тока. Их используют в стиральных машинах, кухонных вытяжных устройствах и т.д. В крупной промышленности с их помощью приводится в движение станковое оборудование, лебедки для перемещения тяжелого груза, компрессоры, гидравлические и пневматические насосы и промышленные вентиляторы.

Шаговые электродвигатели

Действуют по принципу преобразования электрических импульсов в механическое перемещение дискретного характера. Большинство офисной и компьютерной техники оборудовано ими. Такие двигатели очень малы, но высокопродуктивны. Иногда и востребованы в отдельных отраслях промышленности.

Серводвигатели

Относятся к двигателям постоянного тока. Они высокотехнологичны. Их работа осуществляется посредством использования отрицательной обратной связи. Такой двигатель отличается особой мощностью и способен развивать высокую скорость вращения вала, регулировка которого осуществляется с помощью компьютерного обеспечения. Такая функция делает его востребованным при оборудовании поточных линий и в современных промышленных станках.

Линейные электродвигатели

Обладают уникальной способностью прямолинейного перемещения ротора и статора относительно друг друга. Такие двигатели незаменимы для работы механизмов, действие которых основано на поступательном и возвратно-поступательном движении рабочих органов. Использование линейного электродвигателя способно повысить надежность и экономичность механизма благодаря тому, что значительно упрощает его деятельность и почти полностью исключает механическую передачу.

Синхронные двигатели

Являются разновидностью электродвигателей переменного тока. Частота вращения их ротора равняется частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре. Их используют для компрессоров, крупных вентиляторов, насосов и генераторов постоянного тока, так как они работают с постоянной скоростью.

Асинхронные двигатели

Также, относятся к категории электродвигателей переменного тока. Частота вращения их ротора отличается от частоты вращения магнитного поля, которое создается током обмотки статора. Асинхронные двигатели разделяются на два типа, в зависимости от конструкции ротора: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Конструкция статора в обоих видах одинакова, различие только в обмотке.

Электродвигатели незаменимы в современном мире. Благодаря им значительно облегчается работа людей. Их использование помогает снизить затрату человеческих сил и сделать повседневную жизнь намного комфортнее.

Выбор правильного электродвигателя

Производители все чаще задумываются об энергоэффективности . Более зеленая и экологически чистая экономика — одна из целей Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года, которую взяли на себя многие государства. Но прежде всего в целях ограничения потребления и экономии в последние годы промышленность приобретает более энергоэффективное оборудование. Согласно исследованию Европейской комиссии, на двигатели приходится 65% промышленного потребления энергии в Европе.Поэтому принятие мер в отношении двигателей является важным шагом на пути к сокращению выбросов CO2. Комиссия даже прогнозирует, что к 2020 году можно повысить энергоэффективность двигателей европейского производства на 20–30%. В результате будет на 63 миллиона тонн меньше CO2 в атмосфере и 135 миллиардов киловатт-часов.

Если вы также хотите интегрировать энергоэффективные двигатели и получить экономию, внося свой вклад в развитие планеты, вам сначала нужно будет взглянуть на стандарты энергоэффективности для двигателей в вашей стране или географической области .Но будьте осторожны, эти стандарты распространяются не на все двигатели, а только на асинхронные электродвигатели переменного тока .

Международные стандарты

  • Международная электротехническая комиссия (МЭК) определила классы энергоэффективности для электродвигателей, размещаемых на рынке, известные как код IE, которые кратко изложены в международном стандарте МЭК
  • .
  • IEC определила четыре уровня энергоэффективности, которые определяют энергетические характеристики двигателя:
    • IE1 относится к СТАНДАРТНОЙ эффективности
    • IE2 относится к ВЫСОКОЙ эффективности
    • IE3 относится к ПРЕМИУМ-КПД
    • IE4 , все еще изучается, обещает СУПЕР ПРЕМИУМ эффективность
  • МЭК также внедрила стандарт IEC 60034-2-1: 2014 для испытательных электродвигателей .Многие страны используют национальные стандарты испытаний, а также ссылаются на международный стандарт IEC 60034-2-1.

В Европе

ЕС уже принял несколько директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей размещать на рынке энергоэффективные двигатели:

  • Класс IE2 является обязательным для всех двигателей с 2011 г.
  • Класс IE3 является обязательным с января 2015 года для двигателей мощностью 7.От 5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты)
  • Класс IE3 является обязательным с января 2017 года для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели имеют преобразователь частоты).

В США

В США действуют стандарты, определенные американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования). С 2007 года минимальный требуемый уровень установлен на IE2.
Та же классификация применяется к Австралия и Новой Зеландии .

Азия

В China корейские стандарты MEPS (минимальный стандарт энергоэффективности) применяются к трехфазным асинхронным двигателям малого и среднего размера с 2002 года (GB 18693). В 2012 году стандарты MEPS были согласованы со стандартами IEC, перейдя от IE1 к IE2, а теперь и к IE3.

Япония гармонизировала свои национальные правила с классами эффективности IEC и включила электродвигатели IE2 и IE3 в свою программу Top Runner в 2014 году.Представленная в 1999 году программа Top Runner вынуждает японских производителей постоянно предлагать на рынке новые модели, которые более энергоэффективны, чем предыдущие поколения, тем самым стимулируя эмуляцию и инновации в области энергетики.

Индия имеет знак сравнительной эффективности с 2009 года и национальный стандарт на уровне IE2 с 2012 года.

Генератор на постоянных магнитах | Alxion

Генератор с постоянными магнитами — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.В этом устройстве обмотки ротора заменены постоянными магнитами. Эти устройства не требуют отдельного источника постоянного тока для цепи возбуждения или имеют контактные кольца и контактные щетки. Эти машины являются превосходной альтернативой традиционным асинхронным двигателям, которые могут быть соединены с турбинами, дизельными генераторами и использоваться в гибридных транспортных средствах. Другим важным преимуществом является то, что эти машины не требуют какой-либо конкретной рабочей среды и, следовательно, могут использоваться в ветряных и водяных машинах.

PMG может быть машиной постоянного напряжения с щетками и вращающимся коллектором или, что гораздо чаще, синхронной многофазной машиной переменного тока, в то время как магнитные поля статора и ротора вращаются с одинаковой скоростью. Это исключает потери возбуждения в роторе, которые обычно составляют от 20 до 30 процентов от общих потерь генератора. Уменьшение потерь также приводит к меньшему повышению температуры в генераторе, что означает, что можно использовать меньшую и более простую систему охлаждения. Если вы рассматриваете генератор постоянного тока с постоянными магнитами, то индуктор будет находиться на статоре с массивом постоянных магнитов.Но в случае генератора переменного тока индуктор расположен на роторе со сборкой постоянных магнитов.

PMG снижает потери в роторе на 20–30 процентов. Таким образом, мы получаем гораздо более крутую систему. Это снижение температуры также снижает температуру подшипников и, следовательно, повышает надежность и срок службы подшипников. Недавние разработки в технологии PMG стали возможными благодаря значительному усовершенствованию магнитных материалов за последнее десятилетие. Небольшой кусочек неодима-борно-железа (NeFeB) в 10 раз прочнее традиционных, сделанных из ферритового магната.Таким образом, при дальнейших исследованиях мы сможем повысить прочность и надежность этих устройств.

Спрос на эти устройства растет день ото дня. С ростом стоимости электроэнергии люди ищут альтернативный источник энергии, и генератор на постоянных магнитах идеально подходит для этого места. Эти устройства не используют никаких ресурсов окружающей среды для производства энергии и, следовательно, являются экологически чистыми. Кроме того, в процессе выработки энергии из этих устройств не образуются отходы или побочные продукты.Эксперты по окружающей среде рекомендуют использовать генераторы с постоянными магнитами, так как они могут снизить воздействие загрязнения на 50%.

ALXION производит трехфазные генераторы с постоянными магнитами, см. Ассортимент генераторов STK.

Дополнительные определения моментных двигателей и генераторов

Как работают электромобили | Электромобили

Аккумулятор для электромобилей

Ключевые компоненты аккумуляторного электромобиля:

  • Электродвигатель
  • Инвертор
  • Аккумулятор
  • Зарядное устройство
  • Контроллер
  • Зарядный кабель

Электродвигатель

Электродвигатели можно найти во всем: от соковыжималок и зубных щеток, стиральных и сушильных машин до роботов.Они привычные, надежные и очень прочные. Двигатели электромобилей используют переменный ток.

Инвертор

Инвертор — это устройство, которое преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока, используемую в двигателе электромобиля. Инвертор может изменять скорость вращения двигателя, регулируя частоту переменного тока. Он также может увеличивать или уменьшать мощность или крутящий момент двигателя, регулируя амплитуду сигнала.

Аккумулятор

В электромобиле используется аккумулятор для хранения готовой к использованию электроэнергии.Аккумуляторная батарея состоит из нескольких ячеек, сгруппированных в модули. Как только аккумулятор накопит достаточно энергии, автомобиль готов к работе.

Аккумуляторные технологии значительно улучшились за последние годы. Текущие батареи для электромобилей сделаны на литиевой основе. У них очень низкая скорость разряда. Это означает, что электромобиль не должен терять заряд, если его не водят несколько дней или даже недель.

Зарядное устройство

Зарядное устройство для аккумулятора преобразует мощность переменного тока, имеющуюся в нашей электросети, в мощность постоянного тока, хранящуюся в аккумуляторе.Он контролирует уровень напряжения элементов батареи, регулируя скорость заряда. Он также будет контролировать температуру элементов и контролировать заряд, чтобы поддерживать работоспособность батареи.

Контроллер

Контроллер похож на мозг транспортного средства, управляющий всеми его параметрами. Он контролирует скорость заряда, используя информацию от аккумулятора. Он также передает давление на педаль акселератора для регулировки скорости в инверторе двигателя.

Зарядный кабель

Зарядный кабель для стандартной зарядки входит в комплект поставки автомобиля и хранится в нем.Он используется для зарядки дома или в стандартных общественных точках зарядки. У точки быстрой зарядки будет собственный кабель.

U.S. MOTORS — Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Q: Где я могу найти детали для моего двигателя HVAC или двигателя общего назначения с дробной мощностью в лошадиных силах?

A: Доступные детали можно получить через EIS / Holden (800-367-1212), используя идентификационный номер двигателя.

Q: Где я могу найти запчасти для мотора для бассейна / спа?

A: Доступные детали можно получить через EIS / Holden (800-367-1212) или Parts Company of America (800-323-0620), используя идентификационный номер двигателя.

Q: Где я могу получить двигатель на замену? Я не могу найти его в вашем каталоге двигателей на замену.

A: Варианты замены могут зависеть от использования двигателя. Некоторые устройства производятся для производителей оригинального оборудования и их конкретного применения. Они являются вашим основным источником замены, если в каталоге нет эквивалента. Наши оптовые торговцы системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и промышленные дистрибьюторы могут посоветовать вам другие варианты, если OEM-производитель больше не может предоставить замену.Может потребоваться физический осмотр двигателя. Домовладельцы, желающие заменить двигатели в своих установках отопления или кондиционирования воздуха, должны обратиться за помощью к местному подрядчику по ОВК.

Q: С кем мне связаться по поводу обслуживания моего двигателя?

A: Ваш местный магазин EASA может посоветовать варианты обслуживания. Если вашему двигателю меньше года, вам следует отнести его и квитанцию ​​обратно в пункт покупки для гарантийной замены.

Для оценки интегральной мощности в лошадиных силах бренда US MOTORS® в разделе поддержки этого сайта есть ссылки на авторизованные сервисные станции и другие контакты по вопросам обслуживания и гарантии.

Q: Где я могу найти детали для моего продукта Integral Horsepower под торговой маркой US MOTORS®?

A: Любой из дистрибьюторов, указанных в поиске дистрибьюторов, может помочь вам с определением и заказом запчастей.

Q: Где мне найти электрическую схему для моего двигателя?

A: Онлайн-схемы подключения доступны только для продуктов текущего каталога в нашем электронном каталоге. Для получения дополнительных оценок вам нужно будет отправить нам запрос на диаграмму. Обязательно укажите идентификационный номер с паспортной таблички двигателя.

Q: Какие типы дополнительных проводов можно найти на U.Продукция бренда S. MOTORS®?

A: Используемые вспомогательные провода включают обогреватели, детекторы подшипников и детекторы обмоток. См. Подробные сведения о температурной защите обмотки для краткого описания некоторых из них.

Q: Можно ли подключить к линии многожильный двигатель? Если да, то как это сделать?

A: Да, это возможно. Чтобы подключить к линии многожильный двигатель, необходимо использовать соединение «ПУСК» для соответствующего напряжения, указанного на соединительной пластине.Например, на схеме ниже показано соединение «РАБОТА» как соединение с полной обмоткой. Выводы двигателя T1 и T7 объединены и подключены к линии 1. Выводы T2 и T8 объединены и подключены к линии 2. Выводы T3 и T9 объединены и подключены к линии 3. Для получения дополнительной информации см. Следующую схему и таблицу.

Таблица 4

Напряжение

L1

L2

L3

ОТКРЫТЬ

Полная намотка

(Т1, Т7)

(Т2, Т8)

(Т3, Т9)

———

Деталь обмотки

Т1

Т2

T3

(T7) (T8) (T9)

Примечание: Чтобы изменить направление вращения, поменяйте местами соединения L1 и L2.

Каждый вывод может иметь один или несколько кабелей, составляющих этот вывод. В таком случае каждый кабель будет помечен соответствующим номером провода.

В: Как правильно отрегулировать осевой люфт ротора после разборки и повторной сборки двигателя?

A: В случае разборки двигателя по какой-либо причине необходимо отрегулировать осевой люфт ротора. В зависимости от типа упорного подшипника используйте одну из следующих процедур:

1. Сферические Упорные роликовые подшипники и радиально-упорные подшипники (с пружинами)

На сферических роликовых или радиально-упорных упорных подшипниках с пружинами установка правильного осевого люфта для предварительного натяга требует контролируемого метода сборки из-за различных отклонений внутри двигателя и трения резьбы контргайки от силы пружины. Настройка осевого люфта от 0,005 до 0,008 дюйма необходима для того, чтобы нижний направляющий подшипник мог вернуться в положение разгрузки, когда к двигателю прилагается внешнее усилие (см. Рисунок 5).Осевой люфт можно правильно отрегулировать с помощью следующей рекомендованной процедуры:

  1. Поместите держатель пружины без пружин и нижней упорной шайбы подшипника в отверстие подшипника верхнего кронштейна.

  2. Глубинным микрометром измерьте расстояние между верхом нижней упорной шайбы и лицевой поверхностью наверху корпуса подшипника. Запишите этот размер с точностью до трех десятичных знаков.
  3. Добавьте 0,005 и 0,008 дюйма к зарегистрированному размеру, чтобы получить правильный минимальный и максимальный диапазон настроек для устройства.
  4. Собрать подшипник с пружинами; Теперь двигатель готов к установке люфта.

ПРИМЕЧАНИЕ : Некоторые конструкции двигателей требуют снятия сборной стальной или литой алюминиевой масляной перегородки, чтобы обеспечить доступ для измерений глубинным микрометром .

Двигатели с упорными сферическими роликовыми подшипниками или радиально-упорными подшипниками с пружинами требуют минимальной внешней осевой нагрузки, достаточной для сжатия верхних пружин и разгрузки нижнего направляющего подшипника от осевого усилия пружины.Обратитесь к упорной пластине пружины двигателя, чтобы узнать необходимое минимальное усилие.

ПРИМЕЧАНИЕ : Не запускайте двигатель без нагрузки более пятнадцати минут, так как это может повредить нижний подшипник, а неправильная посадка упорного подшипника может вызвать вибрацию.

2. Радиально-упорные шарикоподшипники (без пружин)

Для установки осевого люфта предварительные измерения не требуются. Конец игры может быть установлен любым из следующих способов, описанных в этом разделе.

  1. Для правильной регулировки осевого люфта ротора на агрегатах с радиально-упорными шарикоподшипниками необходимо установить циферблатный индикатор для считывания осевого перемещения вала. (Расположение циферблатного индикатора см. На рис. 7.) Контргайку регулировки ротора следует поворачивать до тех пор, пока не перестанет отображаться движение вала вверх. Затем контргайку ослабляют до тех пор, пока не будет получен осевой люфт от 0,005 до 0,008, зафиксируйте контргайку с помощью стопорной шайбы.
  2. Двигатели с двумя противолежащими радиально-упорными подшипниками, заблокированными на опоре для движения вверх и вниз, не требуют регулировки осевого люфта ротора.Однако вал должен быть установлен в исходное положение «AH» (удлинение вала), чтобы направляющий подшипник в нижнем кронштейне не воспринимал внешнее усилие.

Методы регулировки люфта в конце

Метод 1 (см. Рисунки 6 и 7)

Этот метод требует, чтобы пользователь установил цепь с болтовым соединением от опоры подшипника обратно к подъемной проушине и повернул контргайку с помощью гаечного ключа и стержня длиной 8 футов до тех пор, пока циферблатный индикатор не покажет отсутствие движения на конце вала.Затем контргайку следует ослаблять до тех пор, пока не будет получен осевой люфт от 0,005 до 0,008. Зафиксируйте контргайку стопорной шайбой. (Расположение циферблатного индикатора см. На рисунке 7.)

ПРИМЕЧАНИЕ : Это самая низкая стоимость из трех методов и требует наименьшего количества оборудования. Однако этот метод может быть менее желательным, чем метод 2, поскольку на узлах с пружинными пружинами может возникнуть значительный крутящий момент контргайки.

Требуемое специальное оборудование:

Метод 2 (см. Рисунок 8 — Используется только на подпружиненных подшипниках)

В этом методе используется распорная штанга и цепи для обертывания подъемных проушин, гидравлический домкрат (пять тонн) и кран для подъема распорной штанги.Гидравлический домкрат поддерживается двумя стальными блоками одинаковой толщины наверху опоры подшипника, при этом домкрат прижимается к распорной штанге. На очень тяжелых роторах со сплошным валом ротор можно поднять, поместив второй домкрат под двигатель, чтобы контргайку можно было легко поворачивать. После получения правильного диапазона (записанного ранее) заблокируйте контргайку стопорной шайбой.

ПРИМЕЧАНИЕ : В этом методе используется обычное торговое оборудование и инструменты.Настройки торцевого люфта можно быстро проверить на более крупных вертикальных двигателях. Контргайка поднимает только вес ротора.

Требуемое специальное оборудование включает:

Метод 3 (см. Рисунок 9)

В этом методе используется стальной диск толщиной один дюйм с центральным отверстием для болта на конце вала и два резьбовых гидравлических домкрата, соединенных с одним насосом. Подкладывайте нагрузку на гидравлический домкрат до тех пор, пока циферблатный индикатор не покажет отсутствие движения на конце вала.(Расположение циферблатного индикатора см. На рисунке 7.) Давление из гидравлического домкрата следует сбрасывать до тех пор, пока не будет достигнут осевой люфт от 0,005 до 0,008. Зафиксируйте контргайку стопорной шайбой.

ВНИМАНИЕ — Не следует использовать чрезмерное гидравлическое давление при настройке осевого люфта, иначе может произойти повреждение подшипников.

ПРИМЕЧАНИЕ : Этот метод можно использовать непосредственно на двигателях со сплошным валом, а также на некоторых двигателях HOLLOSHAFT ® с использованием длинного стержня с резьбой и пластины.Его очень легко применить, и настройки можно быстро проверить, особенно в полевых условиях. Контргайка не воспринимает вес ротора или усилие пружины и легко поворачивается.

Требуемое специальное оборудование включает:

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: После установки конечного люфта любым из вышеперечисленных методов запустите устройство на пятнадцать минут и еще раз проверьте настройку конечного люфта. Если он выходит за пределы допустимого диапазона, необходимо сбросить люфт. Все ослабленные или снятые детали необходимо собрать и затянуть в соответствии с исходными спецификациями.Перед подачей питания на двигатель держите все инструменты, цепи, оборудование и т. Д. Подальше от агрегата.

3. Вертикальные рамы NEMA с упорным подшипником в нижнем корпусе

Установка осевого люфта на вертикальных двигателях с рамой NEMA с упорным подшипником на нижнем конце двигателя достигается за счет использования регулировочных шайб на внешней стороне верхнего направляющего подшипника. Перед разборкой следует определить осевой люфт с помощью циферблатного индикатора на конце вала.После завершения ремонта двигатель следует собрать заново с оригинальными регулировочными шайбами. Следует проверить осевой люфт, чтобы убедиться в сохранении исходной настройки. Если невозможно определить исходный люфт из-за повреждения или по другим причинам, свяжитесь со службой поддержки продуктов для получения значений.

Q: Что вы рекомендуете в качестве настроек температуры аварийной сигнализации и отключения для обмоток RTD?

A: В следующих таблицах (Таблицы 1 и 2) показаны температуры аварийной сигнализации и отключения, основанные на эксплуатационном коэффициенте двигателя, номинальной мощности и классе повышения температуры.Эти температуры применимы к термопарам с обмоткой и термопарам . См. Раздел «Датчики температуры обмотки» для получения информации о температурах срабатывания сигнализации / отключения термостатов и термисторов.

Таблица 1: Мониторы с аварийной сигнализацией и отключением

ТЕМПЕРАТУРА, ° C

Изоляция

КЛАСС A

КЛАСС B

КЛАСС F

Рейтинг

Тревога

Поездка

Тревога

Поездка

Тревога

Поездка

1.0SF <1500 л.с.

110

120

130

140

140

150

1.0SF> 1500 л.с.

105

115

125

135

140

150

1.15SF <1500 л.с.

120

130

140

150

160

165

1.15SF> 1500 л.с.

115

125

135

145

160

165

Таблица 2: Мониторы только с выключением

ИЗОЛЯЦИЯ

ТЕМПЕРАТУРА, ° C

РЕЙТИНГ

КЛАСС A

КЛАСС B

КЛАСС F

1.0SF <1500 л.с.

110

130

140

1.0SF> 1500 л.с.

105

125

140

1.15SF <1500 л.с.

120

140

160

1,15SF> 1500 л.с.

115

135

160

Q: Подшипники на моем устройстве слишком горячие, и я опасаюсь, что это может быть проблема.Что такое нормальная / безопасная температура подшипников?

A: Подшипники могут быть «слишком горячими на ощупь» — это нормально. Ниже приводится список стандартных температур для подшипников, смазываемых как минеральным, так и синтетическим маслом.

Подшипники с минеральной смазкой:

  • рабочая температура: 80 ° по Цельсию
  • температура сигнала тревоги: 90 ° по Цельсию
  • температура отключения: 100 ° по Цельсию

Подшипники с синтетической масляной смазкой:

  • рабочая температура: 110 ° по Цельсию
  • температура сигнала тревоги: 120 ° по Цельсию
  • температура отключения: 130 ° по Цельсию

Эти температуры применимы к подшипникам с консистентной и масляной смазкой. Кроме того, для новых подшипников часто требуется период обкатки до 100 часов. В это время можно немного повысить температуру и уровень шума. Однако после этого периода обкатки эти уровни должны несколько снизиться.

Q: Какие типы подшипников наиболее часто используются в продукции марки U.S. MOTORS®?

A: Чаще всего мы используем подшипники качения / качения .Эти подшипники характеризуются телами качения, которые отделяют неподвижную часть от вращающейся. К конкретным типам этих подшипников относятся:

  • Радиальные шарикоподшипники (Conrad)
  • Тороидальный роликовый подшипник CARB
  • Двухрядные угловые шарикоподшипники
  • Цилиндрические роликоподшипники
  • Сферические роликоподшипники радиальные
  • Радиально-упорные шарикоподшипники
  • Сферические роликоподшипники упорные

Ниже приводится краткое описание каждого из перечисленных типов подшипников:

Радиальные шарикоподшипники (Conrad)

Типичные используемые номера серий подшипников находятся в диапазоне от 6200 до 6400 .

Радиальные шарикоподшипники

выпускаются в виде подшипников открытого типа, экранированных подшипников (одинарных или двойных) и герметичных подшипников. Подшипники Conrad открытого типа, которые поставляются во взрывозащищенных корпусах 180 и выше и ODP / TEFC 400 и выше, требуют, чтобы крышки подшипников содержали смазку в корпусе. Экранированные подшипники, поставляемые на всех 140 рамах (от ODP / TEFC до рамы 360 и для всех автомобильных режимов), могут использоваться на двигателях без крышек подшипников. Подшипники с уплотнениями, которые смазаны на весь срок службы, обладают пониженным пределом скорости из-за трения уплотнения.Эти герметичные подшипники поставляются только для специальных нужд клиентов.

Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники

Радиальные шарикоподшипники являются наиболее распространенным типом подшипников для электродвигателей. Эти подшипники подходят для умеренных радиальных и осевых нагрузок. Они используются в вертикальных двигателях большой тяги в качестве направляющего подшипника для мгновенного подъема.

Типичные используемые серийные номера подшипников находятся в диапазоне от 5200 до 5400 .

Двухрядные угловые шарикоподшипники очень похожи на однорядные подшипники Conrad с добавлением дополнительного ряда шариков. Благодаря этому дополнению эти двухрядные подшипники могут выдерживать большие радиальные и осевые нагрузки, чем подшипники Conrad. Двухрядные угловые шарикоподшипники, открытые, экранированные или закрытые, используются как в горизонтальных, так и в вертикальных моноблочных насосах, а также в более крупных обычных упорных двигателях в качестве упорных подшипников. Размеры больше 5316 недоступны.

Цилиндрические роликоподшипники

Типичные серийные номера серий подшипников предваряются буквой «N». Например: N2XX или NU2XX.

Цилиндрические роликоподшипники используются в горизонтальных двигателях, где присутствуют высокие радиальные нагрузки. Хотя цилиндрические подшипники по размеру эквивалентны шарикоподшипникам Conrad, они имеют более низкий предел скорости и доступны только в виде подшипников открытого типа. Эти подшипники недоступны для двигателей с прямым подключением и предоставляются по специальному заказу только для двигателей с радиальной нагрузкой.

Сферические роликоподшипники радиальные

Типичные используемые номера серий подшипников находятся в диапазоне от 22000 до 24 500 .

Сферические роликовые радиальные подшипники используются в горизонтальных двигателях, которые обладают чрезвычайно высокой радиальной нагрузкой, или в двигателях, которым требуется увеличенный срок службы подшипников. Как правило, эти подшипники шире, чем шариковые подшипники Conrad. усложняя специальную инженерию.Кроме того, они имеют более низкий предел скорости, чем цилиндрические роликоподшипники. Радиальные сферические роликоподшипники не выдерживают осевых нагрузок.

Радиально-упорные шарикоподшипники

Типичные используемые серийные номера подшипников находятся в диапазоне от 7200 до 7400.

Радиально-упорные шарикоподшипники поставляются только с вертикальными двигателями. Вертикальные двигатели с высокой тягой, в которых используются одиночные радиально-упорные подшипники, способны создавать постоянную тягу только в одном направлении.Шарикоподшипники с множественным радиально-упорным контактом могут устанавливаться либо спина к спине для повышения / опускания осевого усилия, либо в тандемных наборах из двух или более подшипников для обеспечения сверхвысокой осевой нагрузки.

Упорные сферические роликоподшипники

Типичные используемые номера серий подшипников находятся в диапазоне от 29300 до 29400 .

Упорные сферические роликоподшипники поставляются только с вертикальными двигателями. Эти подшипники могут выдерживать чрезвычайно высокие осевые нагрузки (до 300% от стандартной осевой нагрузки) и умеренные радиальные нагрузки.Пружины с предварительным натягом необходимы для обеспечения минимальной тяги к подшипникам при запуске, чтобы предотвратить проскальзывание подшипников. Кроме того, двигателю всегда требуется минимальная сила тяги для сжатия пружин предварительной нагрузки и разгрузки нижнего направляющего подшипника для обеспечения максимального срока службы. Обычно требуется водяное охлаждение.

Q: Как определить вибрацию машины?

A: Критериями, используемыми для определения вибрации корпуса подшипника, является пиковое значение нефильтрованной скорости вибрации в дюймах в секунду.Наибольшее значение, измеренное в установленных точках измерения, определяет вибрацию машины.

Q: После запроса двигателя, оснащенного изоляцией класса «F», я получил блок, на котором класс изоляции помечен «B». Произошла ли путаница в моем заказе?

A: Нет, путаницы не было. Мы производим все наши двигатели с изоляцией класса «F» или лучше. Если на паспортной табличке указан класс «B», это означает, что двигатель рассчитан на работу в пределах класса «B» по превышению температуры.Эти пределы составляют 80 градусов по Цельсию при эксплуатационном коэффициенте 1,0 и 90 градусов по Цельсию при эксплуатационном коэффициенте 1,15. В течение многих лет наша политика заключалась в том, чтобы маркировать двигатели с открытой защитой от капель, отвечающие этому критерию превышения температуры, с классом изоляции «B», независимо от фактического типа изоляции. Это дает конечному пользователю информацию о том, что температура двигателя повышается на 90 градусов по Цельсию или меньше при эксплуатационном коэффициенте 1,15.

Q: Я потерял из виду выводы девятипроводного трехфазного двигателя.Как я могу повторно идентифицировать этих потенциальных клиентов?

A: Для этого теста лучше всего подходит фонарь на шесть или девять вольт. Используйте вольт-омметр постоянного тока со шкалой 20 кОм на вольт постоянного тока. Провода аккумулятора и вольтметра должны быть правильно идентифицированы. Зажимы типа «крокодил» следует использовать на обоих. Мотор должен быть полностью собран. Проверьте девять проводов на целостность с помощью омметра, чтобы определить, подключен ли двигатель звездой (звезда) или треугольником. Двигатель, подключенный по схеме треугольника, будет иметь три набора из трех проводов с непрерывным соединением между ними.С другой стороны, двигатель, подключенный звездой, будет иметь только один набор из трех проводов с непрерывностью между ними и три набора из двух проводов с непрерывностью. Ниже приведены конкретные шаги, которые необходимо предпринять при идентификации выводов двигателя, подключенного как звездой, так и треугольником.

Двигатель с подключением по схеме треугольника:

С помощью омметра определите три группы по три провода. Разделите эти группы, связав их лентой. Подключите выводы к паре проводов в группе и наблюдайте за падением напряжения от каждой пары проводов под напряжением к третьему выводу в этой группе.Продолжайте до тех пор, пока не будет найдена комбинация, которая дает падение напряжения от каждого из находящихся под напряжением выводов к третьему выводу, равное половине напряжения батареи. Таким образом, провод, расположенный на полпути между двумя другими, будет угловым проводом дельты. Повторите это для каждой группы отведений, отмечая угловые отведения №1, №2 и №3.

Затем используйте метод индуктивного теста на удар, чтобы определить правильную маркировку для двух других проводов каждой группы. Две катушки № 3 и № 6 и 3 и № 8, действующие параллельно, будут производить эффект катушки, расположенной посередине между фактическим положением двух катушек.Поток, создаваемый комбинациями № 3 и № 6 и № 3 и № 8, будет перпендикулярен оси № 1 и № 4 и № 2 и № 7. Открытие и закрытие переключателя в этой цепи вызовет удар в катушках № 1 и № 9 и № 2 и № 5, но не приведет к выбросу в катушках № 1 и № 4 и № 2 и № 7.

Следовательно, если батарея подключена от № 3 и № 6 и № 3 и № 8, как показано, размыкая и замыкая цепь аккумуляторной батареи, вольтметр будет идентифицировать провода № 1, № 4 и № 9, и их можно будет отличить, отметив величина, а не полярность.Затем вольтметр можно подключить к клемме №2 для определения выводов №5 и №7. Выводы №2 — №7 будут давать небольшое отклонение или совсем не будут отклоняться, а выводы №2 – №5 будут давать существенное отклонение.

Затем аккумулятор последовательно переносится в угол №1. Свяжите батарею между выводами №1, №4 и №9. Замыкание и размыкание цепи будет происходить перпендикулярно к № 3 и № 8 и № 2 и № 5, что не приведет к отклонению. Однако будет отклонение от выводов №2 и №7 и №3 и №6.Размещение батареи рядом с выводами № 2 и № 5 и № 2 и № 7 будет перпендикулярно проводам № 1 и № 9 и № 3 и № 6, поэтому отклонения не будет. В этом случае выводы №1 и №4, а также №3 и №8 будут отклоняться, что завершает тестирование электродвигателя, подключенного по схеме «треугольник» с девятью выводами.

Двигатель с подключением звездой:

Отметьте непрерывность трех отведений: № 7, № 8 и № 9. Прикрепите аккумулятор к паре №8 и №9, защелкнув одну и вставив другую.Прикрепите вольтметр к каждой паре проводов так, чтобы между ними была неразрывность, пока не будет найдена пара, которая практически не дает «толчка» или отклонения. Эта пара отведений состоит из отведений №1 и №4. Затем переместите батарею в комбинацию №7 и №8, положив положительный провод на провод №7, а отрицательный провод — для прошивки провода №8. Вольтметр размещен в паре №1 и №4 таким образом, чтобы на «замыкании» отрицательного вывода №8 наблюдалось повышенное отклонение.Тогда положительный провод вольтметра является проводом двигателя №1, а отрицательный вольтметр — проводом двигателя №4.

Затем переместите аккумулятор к выводам №7 и №9, положив положительный провод на провод двигателя №9 и отрицательный, чтобы зажечь провод №7. Идентификация вывода двигателя №3 затем определяется высококлассным толчком. Положительный провод вольтметра должен быть на этом проводе, а отрицательный — на проводе двигателя №6. Переместите батарею в пару №8 и №9, положив положительный вывод батареи на провод №8, а отрицательный — для мигания.Высококлассный пинок определит электродвигатель №2. Положительный вывод вольтметра будет находиться на проводе №2, а отрицательный вывод вольтметра будет проводом №5. На этом завершается испытание девятипроводного двигателя, соединенного звездой.

Q: Для чего нужна изоляция подшипников?

A: Изоляция подшипников необходима для предотвращения циркуляции токов в роторе, которые могут повредить подшипники.Мы практикуем изоляцию шейки подшипника вала неприводной стороны керамическим (оксид алюминия) или покрытием Belzona # 1111. Изолированные подшипники скольжения приобретаются с изоляцией наружного диаметра у производителя подшипников. Изолированные подшипники входят в стандартную комплектацию следующих продуктов TITAN® :

  • Все 6-полюсные двигатели
  • Вертикальные двигатели 5800 рамы и больше
  • Горизонтальные двигатели, типоразмер 6800 и больше
  • Двигатели для инверторных приложений
  • Двигатели с подшипником скольжения

Любой продукт по желанию заказчика — размер TITAN® или NEMA (за дополнительную плату).

Q: Необходимо ли изолировать подшипники как приводной стороны, так и неприводной стороны, чтобы исключить циркулирующие токи?

A: На схеме ниже стрелки показывают направление тока, протекающего через ротор и корпус двигателя. Изоляции любого подшипника достаточно для устранения циркулирующих токов, пока двигатель не присоединен к ведомому оборудованию.

;

Если изолирован только подшипник приводной стороны и двигатель подключен к ведомому оборудованию через токопроводящее основание и муфту, циркулирующие токи все равно могут вызвать повреждение подшипника из-за включения ведомого оборудования в цепь.Изолированное основание или муфта также потребуется для разрыва цепи.

Обычно изолируют только подшипник неприводной стороны. Этого достаточно, чтобы исключить прохождение тока.

Q: Существует ли особая процедура изоляции подшипников? Если да, то что это за процедура?

A: Ниже приведены некоторые рекомендации, которым необходимо следовать при изоляции подшипников.Нанесите покрытие из оксида алюминия в количестве, достаточном для окончательного шлифования до исходных размеров шейки подшипника с чистотой поверхности 63 RMS или лучше. Фенольный герметик необходимо наносить после первичной обработки, но перед чистовой шлифовкой.

Предлагаемые изоляционные материалы:

* Оксид алюминия (Metaceram® 25010 или аналог) — P / N

1.
* Связующий материал (Metaceram® 21021 или аналогичный) — P / N

0
+ герметик (Metcosal® AP от «Metco») — P / N

7.

ИЛИ

BELZONA® 1111 (Супер Металл)

Продавцы:

* для материалов Metaceram ® :

Эвтектический Castolin TD
3000 Torch Downers Grove, IL
(800) 323-4845

+ для Metcosal ® Sealer :

Уплотнение Metco (800) 826-3826

Для Belzona :

БЕЛЗОНА, ИНК.
2088 Н.З. СУД
МАЙАМИ, Флорида 33172
WWW.BELZONA.COM

Q: Пожалуйста, объясните пределы вибрации корпуса подшипника.

A: Следующие пределы вибрации относятся к отсоединенным, упруго установленным машинам, работающим без нагрузки. Для машин, испытанных с жестким креплением, приведенные значения следует умножить на 0,8. Приведенные здесь уровни вибрации относятся только к вибрации с внутренним возбуждением.Установленные двигатели (на месте) могут иметь более высокие уровни.

На рисунках 10a и 10b, взятых из NEMA MG1-7.08, показаны пределы уровней вибрации корпуса подшипника для машин, упруго установленных как для нефильтрованных, так и для фильтрованных измерений.

Для нефильтрованной вибрации измеренный уровень скорости не должен превышать предел для соответствующей кривой на рисунке 10a, соответствующей частоте вращения. Для фильтрованной вибрации уровень скорости на каждой составляющей частоты спектрального анализа не должен превышать значение для соответствующей кривой на рисунке 10а на этой частоте.

Рисунок 10: Пределы вибрации машины

Рисунок 10a

Рисунок 10b

Вибрация
Лимит

Тип машины — общие примеры

0.15

Стандартные промышленные двигатели; двигатели для коммерческого или бытового использования

0,08

Двигатели для станков; средние / большие двигатели с особыми требованиями

0,04

Двигатели для шлифовальных кругов; малые двигатели со специальными требованиями

0.02

Прецизионные моторы шпинделя и шлифовального станка

0,01

Прецизионные двигатели со специальными требованиями

Q: Как можно повторно смазать двигатели в эксплуатации?

A: Агрегаты предварительно смазаны на заводе и не требуют первоначальной смазки.Интервал повторной смазки зависит от скорости, типа подшипника и обслуживания. См. Таблицу в Руководстве по эксплуатации и эксплуатации, прилагаемом к двигателю, для получения информации о рекомендуемых интервалах замены смазки и рекомендуемых смазках. Условия эксплуатации могут требовать более частой смазки. Двигатель должен быть в состоянии покоя, а электрические элементы управления должны быть заблокированы в открытом положении, чтобы предотвратить подачу питания во время обслуживания двигателя (см. Раздел «Безопасность»). Если двигатель снимается с хранения, обратитесь к процедурам хранения.

Чтобы повторно смазать подшипники, снимите сливную пробку.Осмотрите слив консистентной смазки и удалите любые засоры с помощью механического щупа, стараясь не повредить подшипник. Ни при каких обстоятельствах нельзя использовать механический зонд во время работы двигателя. Добавьте новую смазку во впускное отверстие для смазки. Новая смазка должна быть совместима с консистентной смазкой, уже находящейся в двигателе (количество пополнения см. В Таблице 1 в Руководстве по эксплуатации и техническому обслуживанию). Дайте двигателю поработать от 15 до 30 минут со снятой сливной пробкой, чтобы удалить излишки смазки.Выключите агрегат и замените сливную пробку. Верните мотор в эксплуатацию.

ВНИМАНИЕ

Избыточная смазка может вызвать чрезмерную температуру подшипника, преждевременное повреждение смазки и выход подшипника из строя. Следует проявлять осторожность, чтобы не допустить чрезмерной смазки.

ВНИМАНИЕ

Смазки на разных основах (литиевая, полимочевина, глина и т. Д.) Могут быть несовместимы при смешивании. Смешивание таких пластичных смазок может привести к сокращению срока службы смазки и преждевременному выходу из строя подшипников.Предотвратите такое перемешивание, разобрав двигатель, удалив всю старую смазку с подшипников и корпусов (включая все отверстия для заливки и слива смазки). Осмотрите и замените поврежденные подшипники. Заполните корпуса подшипников и подшипник новой смазкой примерно на 30%. Удалите излишки смазки, выступающие за края колец подшипников и держателей. См. Рекомендуемые смазки в Таблице 2 Руководства по эксплуатации и техническому обслуживанию.

Q: Влияет ли способ крепления машины на ее вибрацию?

А: Да.При оценке вибрации электрических машин важно понимать установку машины, потому что установка и вибрация тесно связаны. Два пассивных (допускающих незначительные внешние воздействия на машину) метода монтажа двигателя — это упругий монтаж и жесткий монтаж. Ниже приводится краткое описание каждого из них и объяснение их влияния на вибрацию.

Упругое крепление: Упругое крепление подразумевает подвешивание машины на пружине или ее установку на упругой опоре какого-либо типа (резина, пружины и т. Д.)). Частота собственных колебаний системы подвески и машины должна быть менее 25 процентов от частоты, соответствующей самой низкой скорости испытываемой машины. Эффективная масса упругой опоры не должна превышать 10 процентов от массы машины, чтобы уменьшить влияние массы и моментов инерции этих частей на уровень вибрации.

Жесткая установка: Жесткая установка подразумевает крепление машины непосредственно к относительно массивному фундаменту.Согласно NEMA MG1-7.06, относительно массивный фундамент — это фундамент, который имеет вибрацию, ограниченную во время испытаний пиковыми значениями 0,02 дюйма / с (пиковая величина 0,5 мм / с) по сравнению с любыми фоновыми вибрациями. Горизонтальные и вертикальные собственные частоты всей испытательной установки не должны совпадать в пределах +10 процентов от частоты вращения машины, в пределах +5 процентов от двукратной частоты вращения или в пределах +5 процентов от одно- и двукратной частоты вращения. частота электрической сети.

Q: После длительного хранения мотора я готов к его установке.Есть ли какая-то конкретная процедура проверки, которую необходимо соблюдать?

А: Да. После хранения на одном из наших авторизованных сервисных центров необходимо провести тщательный осмотр двигателя. Эта проверка должна включать следующие элементы:

  1. Выполните внешний осмотр двигателя, чтобы убедиться, что устройство чистое, вентиляционные отверстия свободны от препятствий и отсутствуют повреждения.

  2. Выполните испытание обмоток двигателя мегомметром, чтобы убедиться в удовлетворительном сопротивлении изоляции.

  3. Проверните вал, чтобы проверить наличие шероховатости подшипников или столкновения между вращающимися и неподвижными частями.

  4. Выполните стендовое испытание устройства, чтобы убедиться в отсутствии чрезмерного тока. рисование, шум или вибрация.

  5. Смажьте подшипники двигателя (если применимо) в соответствии с инструкциями по эксплуатации устройства.

  6. Авторизованный сервисный центр должен установить табличку / бирку с указанием даты проверки.Внесите необходимые исправления, которые показывает осмотр.

В: Как класс системы изоляции двигателя соотносится с повышением температуры обмотки?

A: В таблице 3 приведены средние превышения температуры обмоток для различных двигателей. Температура поверхности рамы обычно на 15-20 градусов по Цельсию ниже средней температуры обмотки, в зависимости от размера и типа двигателя, а также от стандартных вариантов изготовления.Например, двигатель класса F с эксплуатационным коэффициентом 1,15 имеет допустимое повышение средней температуры обмотки 115 градусов по Цельсию. Этот двигатель имеет общую температуру 155 градусов по Цельсию с учетом максимально допустимой температуры окружающей среды 40 градусов по Цельсию. Следовательно, температура поверхности корпуса двигателя может достигать 135–140 градусов по Цельсию в зависимости от условий окружающей среды и нагрузки.

Таблица 3: Повышение средней температуры обмотки

(при максимальной температуре окружающей среды 40 ° C; температуры указаны в градусах C)

Класс изоляции

А

Б

Факс

H

Двигатели с 1.0 коэффициент обслуживания, кроме указанных ниже

60

80

105

125

Все двигатели с 1.15 или выше коэффициент обслуживания

70

90

115

——

Полностью закрытые невентилируемые двигатели с 1.0 коэффициент обслуживания

65

85

110

130

Двигатели с герметизированными обмотками и с 1.0 сервисный коэффициент, все корпуса

65

85

110

——

Q: Как мне получить запчасти для старого U.Двигатели марки S. MOTORS® или двигатели все еще находятся на гарантии?

A: Чтобы получить детали для ваших старых двигателей марки U.S. MOTORS® или двигателей, все еще находящихся на гарантии, вы должны связаться с одним из наших дистрибьюторов.

Q: Что вызывает вспенивание смазочного масла в моем вертикальном двигателе?

A: Вспенивание масла обычно происходит из-за попадания влаги, чистящих растворителей и т. Д., Которые попадают в масло.Загрязнения обесцвечивают масло, придавая ему молочный вид, а пузырьки очень медленно рассеиваются после остановки двигателя.

Основной метод устранения пенообразования заключается в том, чтобы масляный резервуар и связанные с ним детали тщательно очищались паром и сушились. Основное внимание уделяется тому, чтобы убедиться, что все загрязнения удалены, а в резервуаре нет влаги. Если проблема не исчезнет, ​​можно использовать пеногасители в качестве добавки, предотвращающей пенообразование.

Q: У моего двигателя есть соединительная пластина, на которой написано: запуск по схеме «звезда» двойного напряжения, работа по треугольнику с PWS при низком напряжении. Как мне это подключить?

A: Этот двигатель очень универсален и может использоваться в нескольких источниках питания. Это машина с двойным напряжением и может использоваться с любым напряжением, указанным на соединительной пластине. Он разработан для использования с пускателем по схеме звезда и треугольник. Это специальный контактор двигателя, который запускает двигатель через соединение звездой для ограничения броска тока, а затем переключается на треугольник для работы. Двигатель не должен работать по схеме звезды более 30 секунд, так как это может привести к серьезному повреждению обмотки. Этот двигатель также может запускаться через линию и работать по схеме треугольника.

Кроме того, двигатель можно использовать в низковольтном соединении в качестве пускового двигателя с частичной обмоткой, также для ограничения требуемого броска тока. Через короткое время он переключается на полную обмотку.

Q: Какова процедура изменения направления вращения двигателей TEFC?

А: У.Двигатели TEFC марки S. MOTORS® оснащены одним из трех типов внешних охлаждающих вентиляторов:

  1. Тип пропеллера (большинство двухполюсных двигателей и некоторые двигатели меньшего размера)
  2. Sirocco тип (большинство четырехполюсных двигателей)
  3. Радиальный тип (некоторые двух- и четырехполюсные двигатели; все шестиполюсные и более медленные двигатели)

Вентиляторы радиальные типа двунаправленные. Однако винты типа и sirocco являются однонаправленными.Хотя для изменения направления вращения двигателя, оснащенного пропеллером типа , требуется другой вентилятор, тип sirocco можно изменить в полевых условиях, выполнив следующие действия:

  1. Снимите кожух вентилятора, чтобы получить доступ к нему.

  2. Снимите вентилятор с вала. Для этого может потребоваться нагрев ступицы вентилятора, чтобы она отделилась от вала.

  3. Снимите перегородку с корпуса вентилятора и установите ее с противоположной стороны. Для этого потребуется просверлить и нарезать новые крепежные отверстия (используйте «перегородку» в качестве шаблона).

  4. Отбалансируйте переделанный вентиляторный блок.

  5. Установите вентилятор обратно на вал так, чтобы «перегородка» была обращена к двигателю.

  6. Установите на место кожух вентилятора.

  7. Удалите любую стрелку (-и) направления вращения, поверните на 180 градусов и установите на место.

  8. Поменяйте местами провода, если необходимо, чтобы получить желаемое направление вращения.

ПРИМЕЧАНИЕ. Перед выполнением любой из описанных выше процедур убедитесь, что питание отключено и приняты меры для предотвращения случайного перезапуска двигателя.

Q: К кому мне обратиться, чтобы получить данные перемотки для конкретного двигателя?

A: Если вы являетесь одним из наших авторизованных сервисных центров, вы можете получить данные перемотки, связавшись с нашим распределительным центром в Саутхэвене по телефону 662-342-7373 . Однако, если вы не являетесь авторизованным сервисным центром, вы должны связаться с дистрибьютором, чтобы получить эту информацию.

В: Существует ли особая процедура, которой следует придерживаться при перемотке двигателей с инверторным режимом производства США MOTORS®? Если да, не могли бы вы объяснить это.

A: Ниже приведены инструкции по перемотке двигателей с инвертором марки U.S. MOTORS®:

  1. Используйте магнитный провод инверторного класса.Если его нет в наличии, его можно заменить тройной проволокой.

  2. Избегайте ослабления обмоток — при необходимости используйте заглушки для пазов.

  3. Изолируйте между фазами, в центре каждой группы катушек, между концевыми витками и в пазах.

  4. Надежные концевые витки — свяжите или обвяжите оба конца обмотки.

  5. Будьте особенно осторожны, чтобы не повредить обмоточный магнитный провод.

  6. Рекомендовать два цикла обработки VPI для всех перемоток.

Q: Какое значение имеет обогреватель и как он влияет на гарантию?

A: Электродвигатели часто устанавливают обогреватели по запросу заказчика, чтобы предотвратить конденсацию влаги в двигателе, когда он не работает. В приложениях, где возможность конденсации не является фактором или где непрерывная работа двигателя предотвращает образование конденсата, обогреватели не требуются.

Наша гарантийная политика распространяется на производственные дефекты и позволяет произвести ремонт или замену для устранения любых ситуаций, которые могут возникнуть в течение гарантийного периода. Отказ двигателя из-за конденсации не попадает в эту категорию и, следовательно, не рассматривается в качестве гарантии. Если проектные планы и спецификации не требуют обогревателей, то обогреватели, присутствующие в блоке, можно оставить неподключенными, а гарантийную табличку на обогреватель можно удалить.Однако, как указывалось ранее, отказ двигателя из-за конденсации не подлежит гарантии.

Q: Почему существуют требования к минимальному внешнему давлению для двигателей, построенных с подпружиненными упорными подшипниками? Что это за требования?

A: Двигатели, оснащенные подпружиненным упорным подшипником, требуют минимальной внешней осевой нагрузки, достаточной для сжатия верхних пружин и разгрузки нижнего направляющего подшипника от осевого усилия пружины.См. Таблицу 5, где указаны требуемые минимальные значения усилия, соответствующие номерам подшипников.

Таблица 5: Минимальное постоянное внешнее давление вниз

Заводская базовая

Номер подшипника

Минимум Непрерывный

Внешняя опора

7226BCB

2000 фунтов.

7322 BEAMCB — КОЛ-ВО 2

4000 фунтов.

29328 EJ

4000 фунтов.

29330 EJ

6500 фунтов.

29334 EJ

6000 фунтов.

29338 EJ

8000 фунтов.

29344 EJ

8000 фунтов.

29422 EJ

4000 фунтов.

29426 EJ

3800 фунтов.

29428 EJ

4500 фунтов.

29430 EJ

4500 фунтов.

29438 EJ

12500 фунтов.

ПРИМЕЧАНИЕ : Не запускайте двигатель без нагрузки более пятнадцати минут, так как это может привести к повреждению нижнего подшипника, а неправильная посадка упорного подшипника может вызвать вибрацию.

Q: Каковы ваши расценки на техническое обслуживание / ввод в эксплуатацию?

A: См. Таблицу тарифов (Таблица 9) в Руководстве по обслуживанию продукта для получения информации о конкретных тарифах и условиях. Ниже приведены различные положения, касающиеся этих ставок.

  1. Приобретение технических услуг / услуг по вводу в эксплуатацию по тарифам, указанным ниже, дает заказчику право на услуги инженера по запуску:
    1. Визуально осмотрите все оборудование, представленное в покрытом заказе на поставку, чтобы убедиться, что все такое оборудование находится в надлежащем состоянии для запуска и работы.
    2. Следите за работой оборудования, чтобы убедиться, что все оборудование марки U.S. MOTORS® работает в соответствии со спецификациями и не имеет электрических и механических дефектов.
    3. Проведите обучение по надлежащему обслуживанию, смазке и эксплуатации оборудования марки U.S. MOTORS®.
  2. Заказчик должен уведомить о запуске за две (2) недели. В случае, если запуск не может быть завершен из-за того, что какое-либо оборудование не готово к запуску, с клиента будет взиматься плата за всю поездку, и потребуется дополнительная авторизация или новый заказ на поставку, если необходимы последующие поездки.
  3. В случае, если техническое обслуживание / пуско-наладочные работы не могут быть выполнены из-за проблем с гарантийным обслуживанием оборудования марки U.S. MOTORS®, с клиента не будет взиматься плата за время, необходимое для внесения исправлений в такое оборудование. Если из-за таких гарантийных проблем потребуются дополнительные поездки, дополнительные поездки будут за наш счет.
  4. В результате этой покупки технического обслуживания / услуги по вводу в эксплуатацию мы не несем ответственности за выполненные работы или оборудование, предоставленное другими лицами, и не распространяем никакой дополнительной гарантии.

ПРИМЕЧАНИЕ. Минимальный счет за техническое обслуживание сторонних поставщиков составляет 300 долларов США.00 нетто. (НЕ ВКЛЮЧАЯ РАСХОДЫ.)

В: Как класс системы изоляции двигателя соотносится с повышением температуры обмотки?

A: Согласно NEMA MG1 12.15-16, превышение температуры обмотки над температурой охлаждающей среды (окружающей температуры) не должно превышать значений, приведенных в следующей таблице (Таблица 3). См. Также «Изоляция класса« B »по сравнению с классом« F »».

Таблица 3: Повышение средней температуры обмотки

(при максимальной температуре окружающей среды 40 ° C; температуры указаны в градусах C)

Класс изоляции

А

В

Ф

H

Двигатели с 1.0 коэффициент обслуживания, кроме перечисленных ниже

60

80

105

125

Все двигатели с эксплуатационным коэффициентом 1,15 или выше

70

90

115

——

Полностью закрытые невентилируемые двигатели с 1.0 сервисный коэффициент

65

85

110

130

Двигатели с герметизированными обмотками и коэффициентом использования 1,0, все корпуса

65

85

110

——

Q: Есть ли стандартный метод проверки вибрации двигателя? Если да, объясните, пожалуйста.

A: Да, существует стандартный метод проверки вибрации. Следующие диаграммы иллюстрируют эту процедуру как для горизонтальных (рис. 1), так и для вертикальных (рис. 2) двигателей.

Рисунок 1: Горизонтальные двигатели
(вид двигателя сверху)

Рисунок 2: Вертикальные двигатели
(вид двигателя спереди)

Q: Правда ли, что использование подогрева капельным напряжением дает преимущества перед обычными обогревателями? Если да, то каковы эти преимущества?

A: Да, у нагревателя капельным напряжением есть некоторые явные преимущества, особенно когда он применяется в полевых условиях после сборки двигателя.Подогрев капельным напряжением не требует снятия и разборки двигателя. Кроме того, он выгодно отличается по стоимости, обеспечивает улучшенное распределение тепла и не требует дополнительной проводки к двигателю. Спецификации для добавления нагрева капельным напряжением доступны в отделе обслуживания продуктов.

Q: Что такое вибрационные полосы?

A: Banding — это метод разделения частотного диапазона на частотные диапазоны и применения предела вибрации к каждой отдельной полосе.Распределение по полосам определяет, что уровень вибрации на различных частотах является функцией источника возбуждения и группируется или разбивается на полосы, кратные частоте вращения.

Q: Пожалуйста, объясните пределы вибрации без фильтрации для стандартных машин.

A: Для стандартных машин, установленных упруго, нефильтрованная вибрация не должна превышать уровни скорости, показанные на верхней кривой рисунка 10a.Например, пределы частоты вращения показаны в Таблице 11:

.

Таблица 11: Пределы нефильтрованной вибрации

Скорость, об / мин

Частота вращения, Гц

Скорость, пиковая, дюйм / с (мм / с)

3600

60

0.15 (3,8)

1800

30

0,15 (3,8)

1200

20

0.15 (3,8)

900

15

0,12 (3,0)

720

12

0.09 (2,3)

600

10

0,08 (2,0)

Q: Какие типы датчиков температуры обмоток используются в продукции марки US MOTORS®?

A: Конкретные типы датчиков температуры обмоток включают термостаты, RTD, термисторы и термопары.Ниже приводится краткое описание каждого из них.


Термостаты обмотки

Термостаты с обмотками представляют собой биметаллические переключатели мгновенного действия с терморегулирующим устройством. Их цель состоит в том, чтобы активировать предупреждающее устройство или просто выключить двигатель при чрезмерных температурах обмотки, когда они подключены к цепи управления двигателем.

Термостаты изготавливаются либо с нормально замкнутыми контактами (разомкнутые при высоких температурах), либо с нормально разомкнутыми контактами (замкнутыми при высоких температурах).Точка переключения температуры термостата предварительно откалибрована производителем и не регулируется. Сброс происходит автоматически после понижения температуры. Термостаты обычно устанавливаются на присоединительных концевых витках обмотки двигателя. Стандартная процедура заключается в соединении трех термостатов в один комплект, по одному термостату, встроенному в каждую фазу обмотки. Открытые термостаты обычно подключаются параллельно, а закрытые — последовательно. Дополнительную информацию см. На рисунке ниже

Как видно на рисунке выше, только два провода выходят на выходную коробку двигателя.Выводы нормально замкнутого (Н.З. термостата) имеют маркировку P1 и P2 . У нормально открытого термостата есть маркировка P3 и P4 .

См. Таблицу ниже (Таблица 6) для получения информации о температурах аварийной сигнализации и отключения термостата.

Таблица 6: График температуры термостата

Температуры указаны в ° C

Коэффициент обслуживания

1.00

1,15 и выше

Назначение

Тревога

Выключение

Тревога

Выключение

Темп.Повышение класса

А

В

Ф

А

В

Ф

А

В

Ф

А

В

Ф

Открытые двигатели

Н.О.

95

118

140

106

132

150

106

132

150

118

140

160

Без

Н.С.

100

120

140

110

130

150

110

130

150

120

140

160

Воздуховоды:

Н.С. (R&T)

100

120

140

110

130

150

110

130

150

120

140

160

Открытые двигатели

Н.О.

106

132

150

118

140

160

118

140

150

132

150

160

с воздуховодами и

Н.С.

110

130

150

120

140

160

120

140

150

130

150

160

TEFC Двигатели:

Н.С. (R&T)

110

130

150

120

140

160

120

140

150

130

150

160

Терморезисторы сопротивления

представляют собой прецизионные резисторы с проволочной обмоткой с известной температурной характеристикой сопротивления.Мы используем плоские термометры сопротивления с литой полосой толщиной всего 0,030 дюйма. RTD устанавливаются в пазу двигателей с цилиндрической обмоткой, а также в паз или концевые витки двигателей с цилиндрической обмоткой.

RTD, используемые в обмотках двигателя, имеют сопротивление 10 Ом, 100 Ом или 120 Ом. Каждый тип RTD имеет свою собственную характеристику сопротивления. Основные детекторы перечислены ниже в Таблице 7.

Таблица 7: Обмотка RTD

ОМ

ЭЛЕМЕНТ

# LEADS

10 Ом при 25 ° C

Медный провод

3

100 Ом при 0 ° C

Платиновый провод

3

120 Ом при 0 ° C

Никелевая проволока

2 *

* Также доступен с 3 выводами.

Все выводы RTD выведены в коробку вывода двигателя. Выводы RTD идентифицируются наборами, используя C1 , T1 , T1 и C11 , T11 , T11 для той же фазы. Так как выводы всегда подводятся к клеммным колодкам, выводы заканчиваются вилочными выводами.

См. Температуру аварийного сигнала и отключения на основе эксплуатационного фактора двигателя, номинальной мощности и класса повышения температуры.

Термисторы обмотки

Термистор — это датчик температуры с нелинейным сопротивлением, изготовленный из полупроводящего материала.Мы используем термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC), сопротивление которых увеличивается с увеличением температуры. Каждый отдельный термистор имеет свою уникальную характеристику зависимости сопротивления от температуры. Термисторы обычно устанавливают на концевых витках двигателя. В зависимости от контроллера они подключаются последовательно или по «схеме с общим выводом». Обе схемы показаны ниже.

Ниже приводится краткое описание контроллеров и термисторов, поставляемых различными компаниями:

Power Control Corporation (PCC)

В прошлом мы поставляли термисторы серии PCC 600, 900, 8000 и 9000.Сейчас мы используем только термисторы серии 8000. В схеме с общим выводом устанавливается не более трех термисторов серии PCC 8000. Не устанавливайте их последовательно, иначе это может привести к ложному срабатыванию. Компания PCC производит множество контроллеров, в том числе специальный контроллер для системы терморегулирования. Торговая марка контроллера PCC — «MOTOGUARD». Для термисторов PCC, не предназначенных для термостата, термисторы имеют внутреннюю разводку в конфигурациях с общими выводами с выводами, обозначенными TM5 , TM6 , TM7 и TM8 .Свинец TM5 — это обычный вывод.

Техасский инструмент (TI)

TI в настоящее время использует термисторы PTC серий 4BA и 7BA. Термисторы серии 4BA обычно используются в новых и перемотанных двигателях и содержат медный коллектор тепла для быстрого реагирования. Серия 7BA обычно используется на существующих двигателях и содержит только небольшой буртик термистора для облегчения установки. Термисторы TI подключены последовательно. Три термистора могут быть установлены последовательно без ложного срабатывания контроллера.Наша процедура состоит в том, чтобы вывести все шесть проводов и произвести последовательное соединение в розетке. Пары выводов термистора имеют маркировку TM1 , TM2 и TM3 . Стандартный контроллер TI — это модуль управления 50AA.

Сименс

В настоящее время мы используем термистор Siemens Q63100-P, PTC. Термисторы Сименс должны быть подключены последовательно. Шесть термисторов могут быть подключены последовательно без ложного срабатывания контроллера. Наша стандартная процедура состоит в том, чтобы последовательно установить три термистора и вывести все шесть выводов, сделав последовательное соединение в выходной коробке.Пары выводов термистора имеют маркировку TM1 , TM2 и TM3 . Стандартный контроллер Siemens представляет собой модуль управления устройством отключения 3UN, имеющий нормально открытый контакт. и контакт NC.

В следующей таблице (Таблица 8) показаны температуры аварийного сигнала и отключения (в ° C) для термисторов 1,0 и 1,15 SF в зависимости от требуемого класса повышения температуры.

В новой системе Thermasentry® используются последовательно соединенные термисторы Siemens B59100M и контроллер Siemens 3RN1010.

Таблица 8: Таблица настройки температуры термистора

Температуры указаны в ° C

Коэффициент обслуживания

1,0

1.15 — UP

Назначение

ТРЕВОГА

ВЫКЛЮЧЕНИЕ

ТРЕВОГА

ВЫКЛЮЧЕНИЕ

Класс температуры.Подъем

А

В

Ф

А

В

Ф

А

В

Ф

А

В

Ф

Открытые двигатели без воздуховодов

PCC, PTC 8000

105

115

145

115

125

155

105

125

155

115

135

165

TI, 4BA серии

105

115

145

115

125

155

105

125

155

115

135

165

TI, 7BA серии

105

115

145

115

125

155

105

125

155

115

135

165

Сименс

100

120

140

110

130

155

110

130

155

120

140

160

Открытые с воздуховодами и двигателями TEFC

PCC, PTC 8000

105

125

155

115

135

165

115

135

155

125

145

165

TI, 4BA серии

105

125

155

115

135

165

115

135

155

125

145

165

TI, 7BA серии

105

125

155

115

135

165

115

135

155

125

145

165

Сименс

110

130

150

120

140

160

120

140

155

130

150

160

Термопары

Термопара — это пара разнородных проводников, соединенных в одной точке таким образом, что возникает электродвижущая сила (ЭДС) из-за термоэлектрических эффектов.Любой заданный набор проводов термопары имеет известную зависимость ЭДС от температуры. Термопары могут генерировать только низковольтный маломощный сигнал в диапазоне милливольт. Есть много типов термопар. Стандартные типы включают медь-константан, хромель-константан и железо-константан. Термопары обычно устанавливаются в паз между сторонами катушки, как на двигателях с кашицей, так и на двигателях с формованной обмоткой. Однако при необходимости их можно установить и в конечных поворотах. Стандартное количество термопар — шесть, устанавливаемых по две на фазу.Если указаны термопары количества-3, выводы имеют маркировку TC1, TC2 и TC3. Если указано количество-6, выводы помечаются как TC1, TC2, TC3 и TC11, TC22, TC33, так что TC1, TC11 и т. Д. Находятся в одной фазе.

См. Настройки сигнализации для аварийной сигнализации и температуры отключения на основе эксплуатационного фактора двигателя, номинальной мощности и класса повышения температуры.

ИНВЕРТОРНЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ (двигатели и приводы)

Что касается пользователя, на самом деле не имеет значения, какой тип коммутационного устройства используется внутри инвертора, но, вероятно, будет полезно упомянуть четыре наиболее важных семейства устройств, которые используются в настоящее время, чтобы терминология была знакомой, а символы, используемые для каждого устройства, могут быть распознаны.Все четыре устройства объединяет то, что их можно включать и выключать с помощью управляющего сигнала малой мощности, т. Е. Они самокоммутируются. Ранее мы видели, что возможность включения или включения по требованию важна для любого инвертора, который питает пассивную нагрузку, например, асинхронный двигатель.
Каждое устройство кратко обсуждается ниже с широким указанием его наиболее вероятной области применения. Поскольку существует значительное совпадение между конкурирующими устройствами, невозможно быть догматичным и указать, какое устройство лучше, и читатель не должен удивляться, обнаружив, что один производитель может предложить инвертор на 5 кВт, который использует полевые МОП-транзисторы, в то время как другой предпочитает использовать IGBT. .Весь бизнес силовой электроники все еще развивается: есть другие устройства (например, на основе карбида кремния), которым еще только предстоит появиться на рынке приводов. Одной из тенденций, которая продолжается, является интеграция схемы привода и защиты в тот же корпус, что и коммутационное устройство (или устройства). Это, очевидно, приводит к значительному упрощению и экономии при создании всего преобразователя.

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Исторически биполярный переходной транзистор был первым, который использовался для переключения мощности.Из двух версий (npn и pnp) только npn широко использовался в инверторах для приводов, в основном в приложениях с диапазоном напряжений до нескольких киловатт и нескольких сотен вольт.
Версия npn показана на рисунке 2.18: основной ток (нагрузки) течет в коллектор (C) и выходит из эмиттера (E), как показано стрелкой на символе устройства. Чтобы включить устройство (то есть сделать сопротивление цепи коллектор-эмиттер низким, чтобы ток нагрузки мог быть низким), небольшой ток должен быть понижен от базы (B) к эмиттеру.Когда ток база-эмиттер равен нулю, сопротивление цепи коллектор-эмиттер очень велико, и устройство отключается.

Рисунок 2.18 Условные обозначения для самокоммутирующихся устройств
Преимущество биполярного транзистора в том, что когда он включен, напряжение коллектор-эмиттер низкое (см. Рисунок 2.3), и, следовательно, рассеиваемая мощность мала по сравнению с мощность нагрузки, т. е. устройство является эффективным переключателем мощности. Недостатком является то, что, хотя мощность, необходимая в схеме база-эмиттер, мала по сравнению с мощностью нагрузки, она немалая и в транзисторах самой большой мощности может составлять несколько десятков ватт.Это означает, что сложность и стоимость схемы базового привода могут быть значительными.


Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор)

С 1980-х годов силовой MOSFET заменил BJT в инверторах для приводов. Как и BJT, MOSFET представляет собой трехполюсное устройство и доступно в двух версиях: n-канальный и p-канальный. N-канал является наиболее широко используемым и показан на рис. 2.18. Основной ток (нагрузка) падает в сток (D) и выходит из истока (S).(Как ни странно, ток нагрузки в этом случае уменьшается в направлении, противоположном стрелке на символе.) В отличие от BJT, который управляется током базы, MOSFET управляется напряжением затвор-исток.
Для включения устройства напряжение затвор-исток должно быть выше порогового значения в несколько вольт. Когда напряжение впервые подается на затвор, токи низкие в паразитных емкостях затвор-исток и затвор-сток, но как только эти емкости заряжены, входной ток на затвор становится незначительным, поэтому мощность управления затвором в установившемся режиме минимальна. .Чтобы выключить устройство, паразитные емкости должны быть разряжены, а напряжение затвор-исток должно быть ниже порогового уровня.
Основным преимуществом полевого МОП-транзистора является то, что это устройство, управляемое напряжением, которому требуется незначительная мощность для удержания его во включенном состоянии. Таким образом, схема управления затвором менее сложная и дорогостоящая, чем схема управления базой эквивалентного биполярного устройства. Недостатком полевого МОП-транзистора является то, что в состоянии «включено» эффективное сопротивление стока-истока выше, чем у эквивалентного биполярного устройства, поэтому рассеиваемая мощность выше и устройство гораздо менее эффективно в качестве переключателя мощности.МОП-транзисторы используются в инверторах малой и средней мощности до нескольких киловатт с напряжением, обычно не превышающим 700 В.

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

IGBT (рисунок 2.18) — это гибридное устройство, которое сочетает в себе лучшие характеристики MOSFET (то есть простоту включения и выключения затвора из маломощных логических схем) и BJT (относительно низкое рассеивание мощности в главном коллекторе-эмиттере. схема). Эти очевидные преимущества дают IGBT преимущество над MOSFET и BJT и объясняют их доминирование во всех приводах, кроме небольших.Они особенно хорошо подходят для диапазона средней мощности, среднего напряжения (до нескольких сотен киловатт).
Путь для основного тока (нагрузки) идет от коллектора к эмиттеру, как в биполярном npn-устройстве.

Затвор запорный тиристор (ГТО)

GTO (рисунок 2.18) включается импульсом тока в цепи затвор-катод почти так же, как и обычный тиристор. Но в отличие от обычного тиристора, который нельзя выключить затвором, GTO можно выключить отрицательным током затвор-катод.Основной (нагрузочный) ток снижается от анода к катоду, как в обычном тиристоре. Пути с двумя стрелками на выводе затвора (рис. 2.18) показывают, что управляющее действие достигается как прямым, так и обратным токами затвора. (В американской литературе вместо двух стрелок используется одиночный вывод затвора с короткой перекладиной.)
Требования к приводу затвора более высокие, чем для обычного тиристора, а характеристики в открытом состоянии хуже при прямом напряжении. падение возможно на 3 В по сравнению с 1.5 В, но это штрафы, которые должны быть оплачены в обмен на дополнительную гибкость. GTO имеет значительно более высокие номинальные значения напряжения и тока (до 3 кВ и 2 кА), чем три других устройства, и поэтому используется в мощных инверторах.

Системы кондиционирования воздуха для самолетов

Сердцем системы кондиционирования воздуха является холодотурбинная установка, также известная как машина воздушного цикла (ACM). Он состоит из компрессора, который приводится в действие турбиной на общем валу.Системный воздух поступает из первичного теплообменника в компрессор ACM. По мере сжатия воздуха его температура повышается. Затем он направляется во вторичный теплообменник, аналогичный первичному теплообменнику, расположенному в воздуховоде набегающего воздуха. Повышенная температура сжатого воздуха ACM способствует легкой передаче тепловой энергии набегающему воздуху. Охлажденный воздух системы, все еще находящийся под давлением непрерывного воздушного потока системы и компрессора ACM, выходит из вторичного теплообменника. Он направлен в сторону турбины ACM.Крутой угол наклона лопастей турбины ACM извлекает больше энергии из воздуха, когда он проходит, и приводит в движение турбину. На выходе воздух расширяется на выходе из ACM, охлаждая еще больше. Суммарные потери энергии из воздуха, который сначала приводит в движение турбину, а затем расширяются на выходе из турбины, понижают температуру воздуха в системе почти до нуля. [Рисунок 6]

Рисунок 6. Схема в разрезе машины с воздушным циклом. Главный корпус поддерживает единственный вал, к которому прикреплены компрессор и турбина.Масло смазывает и охлаждает подшипники вала

Водоотделитель

Холодный воздух из машины с воздушным циклом больше не может удерживать то количество воды, которое он мог бы в теплом состоянии. Водоотделитель используется для удаления воды из насыщенного воздуха перед ее отправкой в ​​салон самолета. Сепаратор работает без движущихся частей. Туманный воздух из ACM входит и проходит через носок из стекловолокна, который конденсирует и объединяет туман в более крупные капли воды.Запутанная внутренняя структура сепаратора закручивает воздух и воду. Вода собирается по бокам сепаратора и стекает вниз и выходит из устройства, в то время как сухой воздух проходит через него. На случай блокировки встроен байпасный клапан. [Рис. 7]

Рис. 7. Водоотделитель объединяет и удаляет воду путем завихрения смеси воздуха и воды из расширительной турбины ACM. Центробежная сила направляет воду к стенкам коллектора, где она стекает из блока
Перепускной клапан охлаждения

Как уже упоминалось, воздух, выходящий из турбины ACM, расширяется и охлаждается.Становится настолько холодным, что вода в водоотделителе может замерзнуть, что затрудняет или блокирует поток воздуха. Датчик температуры в сепараторе управляет перепускным клапаном охлаждения, предназначенным для поддержания температуры воздуха, протекающего через водоотделитель, выше температуры замерзания. Клапан также обозначается другими названиями, такими как клапан контроля температуры, клапан 35 °, антиобледенительный клапан и т. Д. При открытии он обходит теплый воздух вокруг ACM. Воздух вводится в расширительный канал непосредственно перед водоотделителем, где он нагревает воздух ровно настолько, чтобы предотвратить его замерзание.Таким образом, перепускной клапан охлаждения регулирует температуру выходящего воздуха ACM, чтобы он не замерзал при прохождении через водоотделитель. Этот клапан показан на Рисунке 1 и схематически изображен в системе на Рисунке 2.

Во всех системах кондиционирования воздуха с воздушным циклом используется по крайней мере один теплообменник набегающего воздуха и машина воздушного цикла с турбодетандером для отвода тепловой энергии от отбираемого воздуха. но существуют вариации. Пример системы, отличной от описанной выше, можно найти на McDonnell Douglas DC-10.Отводимый из пневматического коллектора воздух сжимается компрессором машины с воздушным циклом, прежде чем он поступает в единственный теплообменник. Конденсированная вода из водоотделителя распыляется в набегающий воздух на входе в теплообменник, чтобы отобрать дополнительное тепло от сжатого отбираемого воздуха по мере испарения воды. Триммерный воздушный клапан для каждой зоны кабины смешивает обводной отбираемый воздух с кондиционированным воздухом в соответствии с индивидуальными переключателями температуры для каждой зоны. Когда потребности в охлаждающем воздухе низкие, байпасный клапан турбины направляет часть воздуха теплообменника непосредственно в коллектор кондиционированного воздуха.[Рисунок 8].

Рис. 8. В системе кондиционирования воздуха воздушного судна транспортной категории DC-10 используется только один теплообменник на каждый ACM

Система контроля температуры в салоне
Типовая работа системы

Большинство систем контроля температуры в кабине работают аналогичным образом. Температура контролируется в кабине, кабине, кондиционируемых воздуховодах и распределительных воздуховодах.Эти значения вводятся в регулятор температуры или регулятор температуры, обычно расположенный в отсеке электроники. Селектор температуры в кабине может быть отрегулирован для ввода желаемой температуры. [Рис. 9] Контроллер температуры сравнивает фактические температурные сигналы, полученные от различных датчиков, с желаемой температурой на входе. Логика схемы для выбранного режима обрабатывает эти входные сигналы. Выходной сигнал отправляется на клапан в системе кондиционирования воздуха.Этот клапан имеет разные названия в зависимости от производителя самолета и конструкции систем контроля окружающей среды (например, смесительный клапан, клапан контроля температуры, воздушный клапан триммера). Он смешивает теплый отбираемый воздух, который не охлаждает процесс охлаждения воздушного цикла, с производимым им холодным воздухом. Путем регулирования клапана в ответ на сигнал от контроллера температуры воздух выбранной температуры направляется в кабину через систему распределения воздуха.

Рисунок 9. Типовые переключатели температуры на панели управления температурой самолета транспортной категории в кабине (слева) и бизнес-джете (справа). На больших самолетах переключатели температуры могут быть расположены на панелях управления, расположенных в определенной зоне распределения воздуха в салоне

Кондиционер с паровым циклом

Отсутствие источника отбираемого воздуха на самолетах с поршневым двигателем позволяет использовать воздушный цикл система непрактична для кондиционирования воздуха в салоне.Кондиционирование воздуха с паровым циклом используется на большинстве нетурбинных самолетов, оборудованных кондиционерами. Однако он не является источником сжатого воздуха, поскольку воздух, кондиционированный системой воздушного цикла, находится на самолетах с турбинным двигателем. Система парового цикла только охлаждает кабину. Если самолет, оборудованный системой кондиционирования воздуха с паровым циклом, находится под давлением, он использует один из источников, описанных в разделе повышения давления выше. Кондиционирование воздуха с паровым циклом — это закрытая система, используемая исключительно для передачи тепла изнутри кабины наружу.Может работать как на земле, так и в полете.

Теория холода

Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена; однако его можно трансформировать и перемещать. Это то, что происходит при кондиционировании воздуха с паровым циклом. Тепловая энергия перемещается из воздуха кабины в жидкий хладагент. За счет дополнительной энергии жидкость превращается в пар. Пар сжимается и становится очень горячим. Он удаляется из кабины, где очень горячий парообразный хладагент передает свою тепловую энергию наружному воздуху.При этом хладагент охлаждается и снова конденсируется в жидкость. Хладагент возвращается в кабину, чтобы повторить цикл передачи энергии. [Рис. 10]

Рис. 10. При кондиционировании воздуха с паровым циклом тепло переносится из кабины в наружный воздух с помощью хладагента, который превращается из жидкости в пар и обратно

Тепло — это выражение энергии, обычно измеряемое температурой.Чем выше температура вещества, тем больше энергии в нем содержится. Тепло всегда течет от горячего к холодному. Эти термины выражают относительное количество энергии, присутствующей в двух веществах. Они не измеряют абсолютное количество тепла. Без разницы в уровнях энергии нет передачи энергии (тепла).

Добавление тепла к веществу не всегда приводит к повышению его температуры. Когда вещество меняет состояние, например, когда жидкость превращается в пар, тепловая энергия поглощается. Это называется скрытой теплотой.Когда пар конденсируется в жидкость, эта тепловая энергия выделяется. Температура вещества остается постоянной при изменении его состояния. Вся поглощенная или отданная энергия, скрытое тепло, используется для процесса изменения. Когда изменение состояния завершено, добавленное к веществу тепло повышает его температуру. После того, как вещество переходит в пар, повышение температуры пара, вызванное добавлением еще большего количества тепла, называется перегревом.

Температура, при которой вещество превращается из жидкости в пар при добавлении тепла, называется точкой кипения.Это та же самая температура, при которой пар конденсируется в жидкость при отводе тепла. Температура кипения любого вещества напрямую зависит от давления. Когда давление на жидкость увеличивается, ее точка кипения увеличивается, а когда давление на жидкость уменьшается, ее точка кипения также уменьшается. Например, вода закипает при 212 ° F при нормальной температуре воздуха (14,7 фунтов на кв. Дюйм). Когда давление на жидкую воду увеличивается до 20 фунтов на квадратный дюйм, она не кипит при 212 ° F. Чтобы преодолеть повышение давления, требуется больше энергии.Температура кипения составляет примерно 226,4 ° F. Обратное также верно. Вода также может закипать при гораздо более низкой температуре, просто уменьшив давление на нее. При давлении всего 10 фунтов на квадратный дюйм на жидкую воду она закипает при температуре 194 ° F. [Рисунок 11]

Рисунок 11. Точка кипения воды изменяется при изменении давления

Давление пара — это давление пара, который существует над жидкостью, находящейся в закрытый контейнер при любой заданной температуре.Давление пара, создаваемое различными веществами, уникально для каждого вещества. Вещество, которое считается летучим, образует высокое давление пара при стандартной дневной температуре (59 ° F). Это связано с тем, что температура кипения вещества намного ниже. Температура кипения тетрафторэтана (R134a), хладагента, используемого в большинстве систем кондиционирования воздуха с паровым циклом самолетов, составляет приблизительно –15 ° F. Давление пара при 59 ° F составляет около 71 фунт / кв. Дюйм. Давление пара любого вещества напрямую зависит от температуры.

Basic Vapor Cycle

Кондиционер с паровым циклом — это замкнутая система, в которой хладагент циркулирует по трубкам и различным компонентам. Назначение — отвод тепла из салона самолета. Во время циркуляции хладагент меняет состояние. Путем управления скрытой теплотой, необходимой для этого, горячий воздух заменяется холодным воздухом в салоне самолета.

Для начала R134a фильтруется и хранится под давлением в резервуаре, известном как приемный осушитель.Хладагент находится в жидкой форме. Он течет из приемного осушителя по трубопроводу к расширительному клапану. Внутри клапана ограничение в виде небольшого отверстия блокирует большую часть хладагента. Поскольку он находится под давлением, часть хладагента проходит через отверстие. Он появляется в виде брызг крошечных капель в трубке после клапана. Трубка свернута в узел радиаторного типа, известный как испаритель. Вентилятор предназначен для обдува кабины воздухом над поверхностью испарителя.При этом тепло в воздухе кабины поглощается хладагентом, который использует его для изменения состояния с жидкого на пар. Поглощается так много тепла, что воздух в кабине, обдуваемый вентилятором через испаритель, значительно охлаждается. Это кондиционированный воздух с паровым циклом, который снижает температуру в салоне.


Газообразный хладагент, выходящий из испарителя, втягивается в компрессор. Там давление и температура хладагента повышаются. Газообразный хладагент под высоким давлением и высокой температурой течет по трубопроводу в конденсатор.Конденсатор похож на радиатор, состоящий из труб большой длины с прикрепленными ребрами для обеспечения теплопередачи. Наружный воздух направляется над конденсатором. Температура хладагента внутри выше, чем температура окружающего воздуха, поэтому тепло передается от хладагента к наружному воздуху.

Количество выделяемого тепла достаточно для охлаждения хладагента и его конденсации обратно в жидкость под высоким давлением. Он течет по трубопроводу и обратно в приемный осушитель, завершая паровой цикл.

Система кондиционирования воздуха с паровым циклом имеет две стороны. Один принимает тепло и известен как низкая сторона. Другой отдает тепло и известен как высокая сторона. Низкое и высокое значение относятся к температуре и давлению хладагента. Таким образом, компрессор и расширительный клапан являются двумя компонентами, которые отделяют низкую сторону от высокой стороны цикла. [Рис. 12] Хладагент на стороне низкого давления характеризуется низким давлением и температурой. Хладагент на стороне высокого давления имеет высокое давление и температуру.

Рис. 12. Базовая система кондиционирования воздуха с паровым циклом. Компрессор и расширительный клапан — это два компонента, которые отделяют низкую сторону от высокой стороны цикла. Этот рисунок иллюстрирует это разделение. Хладагент на стороне низкого давления характеризуется низким давлением и температурой. Хладагент на стороне высокого давления имеет высокое давление и температуру

Компоненты системы кондиционирования воздуха с паровым циклом

Изучив каждый компонент системы кондиционирования воздуха с паровым циклом, можно лучше понять ее функцию.

Оборудование для обслуживания систем кондиционирования воздуха с паровым циклом

Специальное оборудование для обслуживания используется для обслуживания систем кондиционирования воздуха с паровым циклом. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) объявило незаконным выброс хладагента R12 в атмосферу. Оборудование предназначено для улавливания хладагента в процессе обслуживания. Хотя R134a не имеет этого ограничения, в некоторых местах его выброс в атмосферу является незаконным, и в ближайшем будущем это может стать повсеместным.Хорошая практика — улавливать все хладагенты для использования в будущем, а не выбрасывать их в отходы или наносить вред окружающей среде, выбрасывая их в атмосферу. Улавливание хладагента — это простой процесс, разработанный для надлежащего сервисного оборудования. Техник должен всегда проявлять бдительность при использовании одобренного хладагента для обслуживаемой системы и выполнять все инструкции производителя.

Комплект коллектора, манометры, шланги и фитинги, -Блоки полного цикла восстановления, рециркуляции, откачки и заправки хладагента, -Источник хладагента, -Вакуумные насосы, -Детекторы утечек Разъяснение

Схема, которая позволяет пользователю линейно управлять скоростью подключенного двигателя путем вращения подключенного потенциометра, называется схемой контроллера скорости двигателя.

Здесь представлены 3 простых в сборке схемы регулятора скорости для двигателей постоянного тока: одна с использованием полевого МОП-транзистора IRF540, вторая с использованием IC 555 и третья концепция с IC 556 с обработкой крутящего момента.

Дизайн № 1: Контроллер скорости двигателя постоянного тока на основе Mosfet

Очень крутая и простая схема контроллера скорости двигателя постоянного тока может быть построена с использованием всего одного МОП-транзистора, резистора и потенциометра, как показано ниже:

Использование Эмиттерный повторитель BJT

Как видно, МОП-транзистор настроен как повторитель источника или общий режим стока, чтобы узнать больше об этой конфигурации, вы можете обратиться к этому сообщению, в котором обсуждается версия BJT, тем не менее принцип работы остается тем же .

В приведенной выше конструкции контроллера двигателя постоянного тока регулировка потенциометра создает изменяющуюся разность потенциалов на затворе МОП-транзистора, а вывод истока МОП-транзистора просто следует за значением этой разности потенциалов и соответственно регулирует напряжение на двигателе.

Это означает, что источник всегда будет на 4 или 5 В отставать от напряжения затвора и будет изменяться вверх / вниз с этой разницей, представляя переменное напряжение между 2 и 7 В на двигателе.

Когда напряжение затвора составляет около 7 В, вывод источника будет подавать минимум 2 В на двигатель, вызывая очень медленное вращение двигателя, и 7 В будет доступно на выводе источника, когда регулировка потенциометра генерирует полное напряжение 12 В на затворе. МОП-транзистора.

Здесь мы можем ясно видеть, что вывод истока mosfet, кажется, «следует» за затвором и, следовательно, за повторителем источника имени.

Это происходит из-за того, что разница между затвором и истоком МОП-транзистора всегда должна быть около 5В, чтобы МОП-транзистор работал оптимально.

В любом случае, вышеуказанная конфигурация помогает обеспечить плавное регулирование скорости двигателя, и конструкция может быть построена довольно дешево.

BJT может также использоваться вместо MOSFET, и фактически BJT будет обеспечивать более высокий диапазон регулирования от 1 В до 12 В на двигателе.

Video Demo

Когда дело доходит до управления скоростью двигателя равномерно и эффективно, контроллер на основе PWM становится идеальным вариантом, здесь мы узнаем больше о простой схеме для реализации этой операции.

Использование полевого МОП-транзистора в качестве потенциометра высокой мощности

На следующем рисунке ниже показана очень простая схема контроллера скорости двигателя постоянного тока, в которой полевой МОП-транзистор используется в качестве мощного потенциометра (реостата).Схема предназначена для работы с двигателями постоянного тока на 12 В, имеющими пиковый ток ниже 5 А.

Питание переменного тока от сети подается через двухпозиционный переключатель S1 на первичную обмотку развязывающего и понижающего трансформатора T1. Двухтактная схема выпрямителя D1 и D2 в двухполупериодном режиме выпрямляет выходной сигнал T1, и результирующий нефильтрованный выходной сигнал постоянного тока сглаживается до определенной степени с помощью C1 для создания относительно постоянного потенциала постоянного тока.

На этом выходе постоянного тока может быть значительный уровень пульсации, однако в данном приложении это неважно.Tr1 обеспечивает питание нагрузки и смещается через резистивный делитель, состоящий из R1, VR1 и R2.

Напряжение смещения затвора, подаваемое на Tr1, может быть недостаточным для того, чтобы полевой МОП-транзистор мог нормально вести себя со скребком VR1 на конце его вращения R2, ​​и двигатель не будет работать. Перемещение грязесъемника VR1 к противоположному концу его вращения позволяет постоянно увеличивать смещение, подаваемое на Tr1, что приводит к неуклонно уменьшающемуся сопротивлению стока к истоку.

Из-за этого мощность, подаваемая на двигатель, увеличивается вместе со скоростью двигателя, пока Tr1 не достигнет насыщения (когда двигатель работает на полной скорости). Таким образом, VR1 можно использовать для изменения скорости двигателя с минимальной на максимальную.

C2 отфильтровывает любые сетевые шумы или другие электрические шумы, которые в противном случае могли бы быть уловлены высокоомной схемой затвора Tr1, предотвращая снижение скорости двигателя до нуля. D3 — это предохранительный диод, который предотвращает любые чрезмерные всплески обратного напряжения, которые могут возникнуть в результате чрезмерно индуктивной нагрузки двигателя.

Дизайн № 2: ШИМ-управление двигателем постоянного тока с помощью IC 555

Конструкцию простого контроллера скорости двигателя, использующего ШИМ, можно понять следующим образом:
Первоначально, когда схема запитана, контакт триггера находится в низком логическом положении, поскольку конденсатор С1 не заряжается.

Вышеупомянутые условия инициируют цикл колебаний, переводя выходной сигнал на высокий логический уровень.
Высокий выходной сигнал теперь заставляет конденсатор заряжаться через D2.

При достижении уровня напряжения, составляющего 2/3 напряжения питания, вывод № 6, который является порогом срабатывания триггера IC.
Момент срабатывает на контакте №6, на контактах №3 и №7 устанавливается низкий логический уровень.

При низком уровне на выводе №3 C1 снова начинает разряжаться через D1, и когда напряжение на C1 падает ниже уровня, составляющего 1/3 напряжения питания, выводы №3 и №7 снова становятся высокими, вызывая цикл. следовать и повторять.

Интересно отметить, что C1 имеет два дискретно установленных пути для процесса зарядки и разрядки через диоды D1, D2 и через резистивные плечи, устанавливаемые потенциометром, соответственно.

Это означает, что сумма сопротивлений, с которыми сталкивается C1 во время зарядки и разрядки, остается неизменной независимо от того, как установлен потенциометр, поэтому длина волны выходного импульса всегда остается неизменной.

Однако, поскольку периоды времени зарядки или разрядки зависят от значения сопротивления, встречающегося на их пути, горшок дискретно устанавливает эти периоды времени в соответствии с его настройками.

Поскольку периоды времени зарядки и разрядки напрямую связаны с рабочим циклом выхода, они меняются в соответствии с настройкой потенциометра, давая форму предполагаемым изменяющимся импульсам ШИМ на выходе.

Средний результат отношения метка / пространство дает выход ШИМ, который, в свою очередь, управляет скоростью двигателя постоянного тока.

Импульсы ШИМ подаются на затвор МОП-транзистора, который реагирует и регулирует ток подключенного двигателя в ответ на настройку потенциометра.

Уровень тока двигателя определяет его скорость и, таким образом, реализует управляющий эффект через потенциометр.

Частоту на выходе ИС можно рассчитать по формуле:

F = 1.44 (VR1 * C1)

МОП-транзистор может быть выбран в соответствии с требованиями или током нагрузки.

Принципиальная схема предлагаемого регулятора скорости двигателя постоянного тока представлена ​​ниже:

Прототип:

Видео-тестовое доказательство:

В приведенном выше видеоролике мы можем увидеть, как IC 555 основан на конструкция используется для управления скоростью двигателя постоянного тока. Как вы можете видеть, хотя лампочка отлично работает в ответ на ШИМ и меняет свою интенсивность от минимального свечения до максимально слабого, двигатель этого не делает.

Двигатель изначально не реагирует на узкие ШИМ, а запускается рывком после того, как ШИМ настроены на значительно более высокие значения длительности импульса.

Это не означает, что в цепи есть проблемы, это потому, что якорь двигателя постоянного тока плотно зажат между парой магнитов. Чтобы инициировать запуск, якорь должен совершить скачок своего вращения через два полюса магнита, что не может произойти при медленном и плавном движении. Он должен начинаться с укола.

Именно поэтому двигатель изначально требует более высоких настроек ШИМ, и как только начинается вращение, якорь получает некоторую кинетическую энергию, и теперь достижение более низкой скорости становится возможным с помощью более узких ШИМ.

Тем не менее, перевод в состояние «еле-еле медленно» может быть невозможным по той же причине, что и объяснено выше.

Я изо всех сил старался улучшить отклик и добиться максимально медленного ШИМ-управления, сделав несколько модификаций на первой диаграмме, как показано ниже:

Сказав это, двигатель мог бы показать лучшее управление на более медленных уровнях, если бы двигатель прикреплен или обвязан грузом через шестерни или систему шкивов.

Это может произойти из-за того, что нагрузка действует как демпфер и помогает обеспечить контролируемое движение во время регулировки более низкой скорости.

Дизайн № 3: Использование IC 556 для улучшенного управления скоростью

Изменение скорости двигателя постоянного тока может показаться не таким сложным, и вы можете найти множество схем для этого.

Однако эти схемы не гарантируют постоянных уровней крутящего момента при более низких скоростях двигателя, что делает их работу весьма неэффективной.

Кроме того, на очень низких скоростях из-за недостаточного крутящего момента двигатель имеет тенденцию останавливаться.

Еще одним серьезным недостатком является то, что в этих схемах нет функции реверсирования двигателя.

Предлагаемая схема полностью лишена вышеуказанных недостатков и способна создавать и поддерживать высокие уровни крутящего момента даже при минимально возможных скоростях.

Работа схемы

Прежде чем обсуждать предложенную схему контроллера двигателя с ШИМ, мы также хотели бы изучить более простую альтернативу, которая не так эффективна. Тем не менее, его можно считать достаточно хорошим, если нагрузка на двигатель невелика, и пока скорость не снижена до минимального уровня.

На рисунке показано, как одну микросхему 556 IC можно использовать для управления скоростью подключенного двигателя, мы не будем вдаваться в подробности, единственным заметным недостатком этой конфигурации является то, что крутящий момент прямо пропорционален скорости двигателя. .

Возвращаясь к предлагаемой схеме контроллера скорости с высоким крутящим моментом, здесь мы использовали две микросхемы 555 вместо одной или, скорее, одну микросхему 556, которая содержит две микросхемы 555 в одном корпусе.

Принципиальная схема

Основные характеристики

Вкратце, предлагаемый контроллер двигателя постоянного тока включает следующие интересные особенности:

Скорость можно плавно изменять от нуля до максимума, без остановки.

На крутящий момент никогда не влияют уровни скорости и он остается постоянным даже при минимальных уровнях скорости.

Вращение двигателя можно изменить или изменить за доли секунды.

Скорость регулируется в обоих направлениях вращения двигателя.

Двум микросхемам 555 назначены две отдельные функции. Одна секция сконфигурирована как нестабильный мультивибратор, генерирующий такты прямоугольной волны 100 Гц, которые подаются на предыдущую секцию 555 внутри корпуса.

Вышеупомянутая частота отвечает за определение частоты ШИМ.

Транзистор BC 557 используется в качестве источника постоянного тока, который поддерживает заряженным соседний конденсатор на его плече коллектора.

При этом на вышеуказанном конденсаторе создается пилообразное напряжение, которое сравнивается внутри микросхемы 556 IC с напряжением образца, приложенным извне по показанной схеме контактов.

Примерное напряжение, подаваемое извне, может быть получено с помощью простой схемы источника питания с переменным напряжением 0–12 В.

Это изменяющееся напряжение, подаваемое на микросхему 556 IC, используется для изменения ШИМ импульсов на выходе и, в конечном итоге, используется для регулирования скорости подключенного двигателя.

Переключатель S1 используется для мгновенного изменения направления вращения двигателя, когда это необходимо.

Список деталей

  • R1, R2, R6 = 1K,
  • R3 = 150K,
  • R4, R5 = 150 Ом,
  • R7, R8, R9, R10 = 470 Ом,
  • C1 = 0,1 мкФ,
  • C2, C3 = 0,01 мкФ,
  • C4 = 1 мкФ / 25VT1,
  • T2 = TIP122,
  • T3, T4 = TIP127
  • T5 = BC557,
  • T6, T7 = BC547,
  • D1 — D4 = 1N5408,
  • Z1 = 4V7 400 мВт
  • IC1 = 556,
  • S1 = Тумблер SPDT

Приведенная выше схема была вдохновлена ​​следующей схемой драйвера двигателя, которая была опубликована давно в журнале Elecktor Electronic India.

Управление крутящим моментом двигателя с помощью IC 555

Первую схему управления двигателем можно значительно упростить, используя DPDT-переключатель для реверсирования двигателя и транзистор эмиттерного повторителя для реализации управления скоростью, как показано ниже:

Улучшено Крутящий момент на низкой скорости с использованием управления CMOS PWM

Хотя схемы контроллера скорости линейного двигателя с одним MOSFET-транзистором, описанные в начале статьи, включают преимущество простоты, но они могут иметь несколько недостатков.Один из них заключается в том, что в полевом МОП-транзисторе существует значительный уровень рассеивания, особенно когда двигатель настроен примерно на 50 процентов от оптимальной скорости. Однако это может быть, конечно, не серьезной проблемой, и просто требуется установка радиатора умеренно большого размера на полевой МОП-транзистор.

Гораздо более серьезное беспокойство вызывает то, что двигатель может заглохнуть, как только этот тип линейного регулятора настроен на более низкие скорости. Это связано с тем, что полевой МОП-транзистор в этой ситуации имеет относительно высокое сопротивление, что обеспечивает вход питания со значительно высоким выходным сопротивлением.

Когда нагрузка на двигатель увеличивается, он пытается потреблять чрезмерное количество тока питания, но это приводит к большему падению напряжения на транзисторе и более низкому напряжению питания на двигателе. В результате мощность, подаваемая на двигатель, существенно не меняется, а скорее уменьшается. Из-за этого у мотора есть склонность к заглоханию. Кроме того, существует обратная реакция, при которой снижение нагрузки на двигатель сокращает потребление тока, что приводит к увеличению напряжения питания и значительному увеличению скорости двигателя.

Используя контроллер, который подает импульсный сигнал ШИМ на двигатель, вы можете добиться гораздо лучшего управления скоростью двигателя.

Улучшенный крутящий момент с использованием управления скоростью CMOS PWM

Один из способов реализации этого, и тот, который используется здесь, — это иметь схему, которая обеспечивает фиксированную длительность выходного импульса при изменении частоты импульсов для изменения скорости двигателя. Низкая частота создает большие промежутки между импульсами и подает на двигатель относительно небольшую мощность.

При увеличении частоты нет заметных промежутков между импульсами, и двигатель получает почти постоянный сигнал.Это приводит к высокой средней мощности двигателя, который работает на полной скорости. Преимущество этой системы заключается в том, что когда двигатель работает в импульсном режиме, он, по сути, получает полную мощность в периоды включения импульсов и может потреблять большой ток питания, если нагрузка на двигатель действительно этого требует.

В результате двигатель приводится в действие последовательностью сильных импульсов, которые предотвращают остановку и обеспечивают улучшенный крутящий момент даже при пониженных скоростях.

На следующем рисунке изображена принципиальная схема импульсного управления скоростью двигателя постоянного тока.Здесь T1, D1, D2 и C1 получают достаточное питание постоянного тока от сети переменного тока. Tr1 подключен последовательно с двигателем, но его клемма затвора получает выходной сигнал от нестабильной схемы мультивибратора.

Эта схема ШИМ построена с использованием двух из четырех вентилей устройства CMOS 4001, которые используются в нестабильной схеме CMOS, которая представляет собой вполне обычную конструкцию.

Можно увидеть пару синхронизирующих резисторов, подключенных между выходом затвора 1 и переходом R1 и C2, что отличается от традиционной конструкции ШИМ.VR1 и R2 — это два резистора вместе с направляющими диодами D3 и D4, подключенными последовательно с выходом логического элемента И-НЕ 1.

Эти два диода гарантируют, что R2 работает как синхронизирующее сопротивление всякий раз, когда на выходе нестабильного устройства высокий уровень, а VR1 функционирует как временное сопротивление, когда выход низкий.

Период выходных импульсов постоянен, так как R2 имеет заданное значение. Интервал между ними можно было изменить, варьируя VR1. Это будет почти нулевое значение при настройке на самое низкое сопротивление.Расстояние между метками вывода больше десяти к одному при максимальном сопротивлении.

VR1, следовательно, можно отрегулировать для создания желаемой скорости двигателя с эффективным крутящим моментом, при этом самая низкая скорость достигается при полном сопротивлении, а самая высокая скорость — при нулевом сопротивлении.

Прецизионное управление двигателем с помощью одного операционного усилителя

Чрезвычайно тонкое или сложное управление постоянным током. Двигатель может быть получен с помощью операционного усилителя и тахогенератора. Операционный усилитель выполнен в виде переключателя, чувствительного к напряжению.В схеме, показанной ниже, как только выходная мощность тахогенератора становится ниже, чем заданное опорное напряжение, переключающий транзистор включается, и на двигатель подается 100% мощность.

Переключение операционного усилителя произойдет всего за пару милливольт от опорного напряжения. Вам понадобится двойной источник питания, который может быть просто стабилитроном.

Этот контроллер мотора обеспечивает плавную регулировку диапазона без каких-либо механических проблем.

Выходной сигнал операционного усилителя составляет всего +/- 10% от уровня шины питания, таким образом, используя двойной эмиттерный повторитель, можно контролировать огромные скорости двигателя.

Опорное напряжение может быть зафиксировано с помощью термисторов или LDR и т. Д. Экспериментальная установка, указанная на принципиальной схеме, использовала операционный усилитель RCA 3047A и двигатель мощностью 0,25 Вт 6 В в качестве тахогенератора, который генерировал около 4 В при 13000. об / мин для предполагаемой обратной связи.

Дополнительные схемы :

ШИМ-управление двигателем с использованием только BJT

Следующая схема также использует принцип ШИМ для желаемого управления скоростью двигателя, однако он не зависит от каких-либо интегральных схем или ИС, а использует только обычные BJT. для реализации.Я взял это со страницы старого журнала.

Цепи управления двигателем с использованием LM3524

IC LM3524 представляет собой специализированную схему ШИМ-контроллера, которая позволяет нам конфигурировать очень полезные и точные схемы управления скоростью двигателя, как описано ниже:

На приведенной выше диаграмме показана базовая схема управления ШИМ-двигателем с использованием IC LM3524. Конструкция дополнительно включает управление обратной связью на основе датчика через микросхему LM2907.

Небольшой магнит прикреплен к валу двигателя, так что во время вращения магнит проходит вплотную к трансформатору со считывающей катушкой с железным сердечником.Этот механизм заставляет вращающийся магнит индуцировать резкий электрический импульс в считывающей катушке, который используется LM2907 в качестве триггерного входа и соответствующим образом обрабатывается как импульс управления обратной связью для LM3524 IC.

Система обратной связи гарантирует, что заданная скорость никогда не может отклоняться от заданного значения, обеспечивая точное управление скоростью. Гнездо на штыре № 2 LM3524 используется для управления скоростью двигателя.

Бездатчиковое управление, без обратной ЭДС двигателя

Следующая конструкция ШИМ-управления скоростью LM3525 позволяет осуществлять управление с обратной связью без использования сложного механизма тахометра или громоздких датчиков, как это было реализовано в предыдущей конструкции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *