Электродвигатели

Электродвигатель это устройство, преобразующее электроэнергию в непрерывную механическую работу - вращательное движение. (Бывают и линейные электродвигатели).

Основные характеристики двигателей

Мощность (Р), обычно указывается активная мощность - Р(кВт);

nоб - число оборотов двигателя

nс – синхронная частота вращения двигателя (частота вращения магнитного поля в статоре связана с частотой переменного тока(50Гц)).

n_р - фактическая частота вращения ротора двигателя. Бывает, как правило, меньше синхронной частоты.

ПВ – продолжительность включения. Бывают устройства, в которых отдельные двигатели работают не постоянно, а короткое время, включаясь и выключаясь несколько раз в течение часа работы машины (например, механизм передвижения башенного крана). Для этих целей целесообразно использовать более дешевый электродвигатель, спроектированный на определенную небольшую продолжительность непрерывной работы (15%, 25%, 40% и т.д).

ПВ =(tр/tц) *100%; tр – время работы; tц – время цикла.

Качественной характеристикой двигателя, описывающей особенности работы двигателя, является «механическая характеристика». Она указывает, как работает двигатель под нагрузкой. Механическая характеристика может быть представлена графиком зависимости частоты вращения ротора электродвигателя от механической нагрузки – крутящего момента от нагрузки на валу двигателя.

nвр. – частота вращения.

n вр.

Мкр.нагр. –крутящий момент нагрузки.

На графике показаны: - абсолютно жесткая (а.ж.) характеристика (когда обороты двигателя под нагрузкой не меняются);

- жесткая (ж.) (когда обороты двигателя под нагрузкой уменьшаются линейно);

- мягкая (м.) (когда обороты двигателя под нагрузкой существенно уменьшаются по нелинейному закону).

Электродвигатели по конструкции бывают следующих видов:

- трехфазные асинхронные и синхронные;

- двигатели постоянного тока.

Трехфазные электродвигатели

Электродвигатель состоит из невращающейся части – статора и вращающейся – ротора.

Асинхронные двигатели бывают: – с короткозамкнутым ротором;

- с фазным ротором;

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым роторам отличаются простотой, надежностью (в них отсутствуют трущиеся контактные пары).

Недостатки: большие пусковые токи (в момент включения скачок тока будет больше в 5-7 раз, чем установившейся ток), крутящие моменты. Проектируются на одну частоту вращения, в них не регулируется скорость вращения.

Схема и временная

диаграмма фазных

токов статора

асинхронного двигателя

Конструктивно ротор таких двигателей состоит из медных стержней, размещенных по окружности, с торцов соединенных (замкнутых друг с другом) электропроводящими кольцами. По виду такой ротор напоминает беличью клетку.

Бывают конструкции и с наклонным расположением стержней относительно образующей цилиндра.

Двигатель работает следующим образом: система трехфазного тока, подводимая к обмоткам статора, создает в нем вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле, перемещаясь, будет индуцировать в стержнях ротора электрический ток. Этот ток будет вызывать вокруг стержней свое магнитное поле. Оно будет взаимодействовать с магнитным полем в статоре, и будет заставлять ротор следовать за ним, т. е. вращаться. Магнитное поле в стержнях будет «догонять» магнитное поле в статоре.

В таких двигателях синхронности не достигается, в нем присутствует отставание скорости вращения ротора от скорости вращения поля в статоре. Скорость магнитного поля в статоре при этом движение определяется частотой переменного тока f=50Гц=3000об/мин. Такая частота в статоре возникает при наличии системы трех обмоток в статоре.

Асинхронные двигатели характеризуются синхронной частотой статора – nс. Чтобы выпускать двигатели с другой синхронной частотой они должны конструироваться с большим числом обмоток в статоре, кратных трем.

Таким образом промышленность выпускает асинхронные двигатели с nс: 600,1000,1500, 3000 об/мин.

Отставание частоты вращения ротора (n_p) в асинхронном двигателе от синхронной частоты вращения магнитного поля в статоре (nс) оценивается параметром S –скольжением.

S = (n с – n р) * 100% / n с; S -скольжение, составляет величину от 1,5 до 7% и зависит от нагрузки на валу двигателя.

Трехфазные асинхронные двигатели с фазным роторам. Эти двигатели характеризуются меньшими пусковыми моментами и токами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. У них есть возможность некоторого плавного регулирование скорости вращения. Они применяются в механизмах, в которых опасна динамика (рывки) в момент включения.

По устройству двигатель с фазным роторам и принципу действия аналогичен двигателю с коротко замкнутым. Отличие: ротор конструируется не в виде «беличьей клетки», он содержит в себе систему трех обмоток, которые замыкаются через систему контактных парне накоротко, а через переменные сопротивления (потенциометры).

Синхронные двигатели

Достоинство: отличаются жесткой механической характеристикой, т.е. под нагрузкой мало изменяют частоту двигателя. Теоретически, в таких двигателях отсутствует скольжение, свойственное асинхронным двигателям. Могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Могут генерировать в сеть электроэнергию, т.е. или работать с «отрицательным cosφ».

Недостатки: требуются 2 вида тока – переменный и постоянный. Такие двигатели обычно выпускаются большой мощности и имеют большие габариты.

В роторе, как правило, выполняется обмотка, подключаемая к источнику постоянного тока. При работе такого двигателя ротор следует за магнитным полем в статоре, т.е. синхронно вращается с магнитным полем статора.

Технически, мгновенно разогнать ротор при включении синхронного двигателя трудно из-за инерции ротора. В таких двигателях для их запуска обычно выполняют некоторые коммутации. Обмотку в роторе, в момент включения двигателя, замыкают на несколько секунд накоротко, делая двигатель по существу асинхронным. Как только ротор раскручивается, обмотка ротора переключается на источник постоянного тока, ротор становится как бы постоянным магнитом, который вращается, увлекаемый магнитным полем в статоре.

Схема и механическая характеристика синхронного электродвигателя

Двигатели постоянного тока

Такие двигатели хороши тем, что у них можно регулировать частоту вращения ротора в широком диапазоне частот. Из-за этого они широко используются в ручных машинах. Развивают крутящий момент, начиная с первого оборота, в отличие от других двигателей, которые работают, например, начиная с оборотов холостого хода (у двигателей внутреннего сгорания), составляющих значения несколько сотен оборотов в минуту.

Дата добавления: 2014-01-06