Электрические двигатели переменного тока принцип работы и устройство

Электрические машины тока

Электрическая машина – это устройство, в котором энергия электрического тока преобразуется в энергию механическую, заставляя рабочие агрегаты вращаться или совершать возвратно-поступательные движения.

Принцип действия и устройство электрических машин

Принцип действия таких устройств основан на взаимодействии магнитных и электрических полей. Машины, в которых такое взаимодействие происходит при помощи магнитных полей, называются индуктивными, а в устройства с электрическим полем – емкостными. Последний тип не нашел применения в современной технике из-за неустойчивой работы во влажной среде.

Основные типы электрических машин это:

  • электродвигатели – оборудование, преобразующие электрическую энергию в механическое движение.
  • генераторы – устройства, позволяющие вырабатывать электрическую энергию при механическом воздействии.

Электрические машины переменного тока

Машины, использующие при преобразовании электрической энергии в механическую переменный ток промышленной частоты, могут быть синхронными и асинхронными. Эти два типа отличаются конструктивным исполнением ротора и статора, имеют разные схемы подключения питания и регулировки частоты вращения.

Электрические машины постоянного тока

Электрические машины постоянного тока более сложны в изготовлении, но при этом обладает существенным преимуществом: более стабильной работе при любых оборотах вращающейся части.

Регулировка частоты вращения производится напряжением, подаваемым в электродвигатель. Именно электрические машины постоянного тока устанавливаются на самых ответственных местах, начиная от автомобилей и электровозов и заканчивая атомными подводными лодками.

Электрические машины-генераторы постоянного тока

Для преобразования возвратно-поступательного механического действия или вращения в электрическую энергию постоянного тока применяются специальные машины-генераторы.

Принцип действия генератора прост – в однородном вращающемся магнитном поле, в проводнике возникает ЭДС, которую можно снять через специальные щетки и использовать по своему усмотрению.

Величина и сила тока генератора зависит от количества вращающихся обмоток, витков в них, сечения используемого провода.

Простейшие генераторы постоянного тока уже с начала прошлого века устанавливались на автомобилях и использовались для подзарядки аккумуляторной батареи.

По типу возбуждения такие устройства подразделяются:

  • генераторы с внешним, независимым возбуждением;
  • самовозбуждающиеся генераторы (с параллельным, последовательным или смешанным способом возбуждения).

Технические расчеты показывают, что КПД генераторов постоянного тока тем выше, чем больше его мощность, и может достигать 90%.

Производители и поставщики электрических машин переменного и постоянного тока

Производство современных электрических машин – это наукоемкое предприятие, требующее:

  • серьезных инвестиций;
  • дорогостоящего оборудования;
  • квалифицированного персонала.

В России работают предприятия, которые имеют большой опыт в проектирование и создании электрических машин переменного и постоянного тока, которые рассчитаны на любые классы напряжений и потребляемых мощностей.

Лидером в данном направлении – это Государственное предприятие завод «Электротяжмаш», продукция которого является известным мировым брендом.

ЗАО «Росэнергомаш» – этот концерн объединил несколько предприятий в России и за её пределами, успешно конкурирующие с аналогичной импортной продукцией.

ООО «Торговый Дом «Электромашина» осуществляет прямые поставки любого электротехнического оборудования на территории Российской Федерации, обеспечивает его гарантийное и сервисное сопровождение.

Больше об электрических машинах переменного и постоянного тока можно узнать на выставке «Электро».

Принцип действия электродвигателя

Электродвигателем называется устройство, принцип действия которого преобразование электрической энергии в механическую. Такое преобразование используется для запуска в работу всевозможных видов техники, начиная от самого простого рабочего оборудования и заканчивая автомобилями. Однако при всей полезности и продуктивности такого преобразования энергий, в данном свойстве есть небольшой побочный эффект, который проявляется в повышенном выделении тепла. Именно поэтому электрические двигатели оснащаются дополнительным оборудованием, которое способно охладить его и позволить работать в бесперебойном режиме.

Принцип работы электродвигателя — основные функциональные элементы

Любой электрический двигатель состоит из двух основных элементов, один из которых является неподвижным, такой элемент называется статором. Второй элемент является подвижным, эта часть двигателя называется ротором. Ротор электрического двигателя может быть выполнен в двух вариантах, а именно может быть короткозамкнутым и с обмоткой. Хотя последний тип на сегодняшний день является достаточно большой редкостью, поскольку сейчас повсеместно используются такие устройства, как частотные преобразователи.

Принцип действия электродвигателя основана на выполнении следующих этапов работы. Во время включения в сеть, в статоре начинает осуществлять вращение возникшее поле магнитного типа. Оно действует на обмотку статора, в которой при этом возникает ток индукционного типа. Согласно закону Ампера, ток начинает действовать на ротор, который под этим действием начинает свое вращение. Непосредственно частота вращения ротора напрямую зависит от того, какой силы действия возникает ток, а так же от того, какое количество полюсов при этом возникает.

Принцип работы электродвигателя — разновидности и типы

На сегодняшний день наиболее распространенными считаются двигатели, которые имеют магнитоэлектрический тип. Есть еще тип электродвигателей, которые называют гистерезисные, однако они не являются распространенными. Первый тип электродвигателей, магнитоэлектрического вида, могут подразделяться еще на два подтипа, а именно электродвигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.

Читать еще:  Двигатель 401 уаз технические характеристики

Первый вид двигателей осуществляет свою работу от постоянного тока, эти типы электродвигателей используются тогда, когда возникает необходимость регулировки скоростей. Данные регулировки осуществляются посредством изменений напряжения в якоре. Однако сейчас существует большой выбор всевозможных преобразователей частот, поэтому такие двигатели стали применяться все реже и реже.

Двигатели переменного тока соответственно работают посредством действия тока переменного типа. Здесь так же имеется своя классификация, и двигатели делятся на синхронные и асинхронные. Их основным различием становится разница во вращении необходимых элементов, в синхронном движущая гармоника магнитов движется с той же скоростью, что и ротор. В асинхронных двигателях наоборот, ток возникает за счет разницы в скоростях движения магнитных элементов и ротора.

Благодаря своим уникальным характеристикам и принципам действия электродвигатели на сегодняшний день распространенны гораздо больше, чем скажем двигатели внутреннего сгорания, поскольку они обладают рядом преимуществ перед ними. Так коэффициент полезного действия электродвигателей является очень высоким, и может достигать почти 98%. Так же электродвигатели отличаются высоким качеством и очень долгим рабочим ресурсом, они не издают много шума, и во время работы практически не вибрируют. Большим преимуществом такого типа двигателей является то, что они не нуждаются в топливе, и как результат не выделяют в атмосферу никаких загрязняющих веществ. К тому их использование является намного более экономичным, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.

Принцип работы электродвигателя

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

Электродвигатель постоянного тока

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

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

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

Для упрощения запуска электрического двигателя используют два варианта возбуждения:

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

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

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

Двигатель постоянного тока

Электродвигатель переменного тока

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

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

Читать еще:  Чуть плавают обороты двигателя

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

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

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

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

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

Двигатель переменного тока

Линейные электродвигатели

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

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

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

Использование электромоторов переменного тока в однофазной сети

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

Формула изменений такова:

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

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

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

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

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

Читать еще:  Mail что такое контрактный двигатель

Видео

Принцип работы электродвигателя

Еще на уроках физики изучают принцип работы электродвигателя, однако полноценно описать процесс могут немногие. Компания UA MOTOR собрала общие сведения по работе электрических преобразователей и предлагает освежить знания по вопросам принципа работы электродвигателя на примере наиболее востребованных типов преобразователей.

Что такое электрический двигатель, его виды и особенности

Обнаруженная уже более 200 лет назад электрическая энергия стала предметом изучения инженеров того времени, и со временем они научились преобразовывать электричество в механическое движение. Устройство, которое осуществляет подобное преобразование, называется электрическим двигателем.

Сегодня промышленники могут купить электродвигатель трех основных видов: постоянного тока (ДПТ), асинхронные (АД) и синхронные (СД).

Виды электрических двигателей

АД питается от источника переменного тока, который идет напрямую от электростанций через трансформаторы. В зависимости от количества питающих фаз принцип работы электродвигателя различается, а сами устройства разделяются на:

Особое внимания заслуживают асинхронные и синхронные двигатели переменного тока, и именно их рассмотрим подробнее.

Как работает асинхронник и синхронник

Принцип работы асинхронного электродвигателя, как и любого другого, основан на принципе электромагнитной индукции: при изменении магнитного поля образуется электрическое поле, которое наводит электрический ток в движущейся внутри этого поля материальной среде.

В АД присутствует две основные части:

  • статор – статичный элемент, установленный в чугунном или алюминиевом корпусе;
  • ротор – подвижный изолированный сердечник. Он состоит из тонких слоев стали. Такое строение содействует появлению электромагнитной индукции и минимизирует потери на вихревые токи.

Двигатель называется асинхронным, потому что частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения магнитного поля ротора.

Статор изготавливается из набора стальных высокопроницаемых пластин, на внутренней стороне которых выполнены специальные углубления – пазы. В них укомплектовывается обмотка статора. На нее при запуске подается трехфазный переменный ток, который (по принципу э/м индукции) формирует магнитное поле. Так как ток переменный, его изменение провоцирует изменение магнитного поля, которое приводит к появлению в обмотке ротора магнитной индукции. Она наводит ток и по закону Лоренца вызывает вращение ротора. Нередко по этой причине асинхронные двигатели называют индукционными (в роторе возникает электричество из-за магнитной индукции, а не из-за прямого электрического соединения, как в ДПТ и СД) и самозапускающимся.

В соответствии с принципом работы электродвигателя переменного тока скорость вращения поля статора немного выше, чем у ротора. Разница этих скоростей называется скольжением.

Механическая энергия вращения передается через приводной вал и приводит в движение последующее звено приводной цепи – исполнительный механизм.

Выше было описано, как работает асинхронный электродвигатель, принцип работы которого лег в основу создания устройств с синхронной частотой вращения. Машины подобного типа используют для обеспечения высокой точности. В отличие от АД, и на ротор, и на статор синхронного устройства подается напряжение, но на статор – переменное, а на ротор – постоянное. Последний работает как постоянный магнит. В этом случае частота вращения ротора и статора совпадают, а значит, такое оборудование само запуститься не может (его пуск нужно осуществлять дополнительным оборудованием).

Плавный запуск промышленного асинхронника

В соответствии с принципом работы и устройством плавного пуска электродвигателя вы можете регулировать подачу напряжения от нуля до номинального значения.

Устройство плавного пуска – напоминает продвинутых трехфазный диммер (регулятор мощности). Он представляет собой целый программируемый комплекс, который устанавливается индивидуально на каждый двигатель и защищает от затяжного нахождения в режиме повышенных пусковых токов.

В состав этого устройства входит группа симисторов и два тиристора для каждой фазы. Они регулируют напряжение, обрезая волну и способствуют плавному увеличению напряжения. Как только пусковые токи достигли значения токов холостого хода, устройство плавного пуска «выбрасывается» из схемы.

Когда двигателю требуется установка электромагнитного тормоза

Что такое электродвигатель с тормозом и каков принцип работы такого устройства? В состав такого оборудования включается дополнительный механизм. Он состоит из якоря, электромагнита и тормозного диска. В двух словах работа заключается в следующем: при подаче команды от оператора электромагнит подводит диск к вращающейся части двигателя, что, соответственно, прекращает его вращение.

Наличие тормозного устройства является модификацией, которое устанавливается на преобразователь при необходимости контролировать его остановку. Это используется для кранового оборудования, приводов лифтов, станков, эскалаторов и пр.

В компании «ЮА МОТОР» вы можете приобрести все виды промышленных преобразователей электрического тока в механическое движение. Мы предлагаем купить взрывозащищенный электродвигатель, устройства, работающие от источника постоянного тока, и специальные модели, улучшенные по вашему требованию. Мы осуществляем замену, ремонт и обслуживание промышленных двигателей и даем честную гарантию на все виды услуг.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector