Электродвигатель предназначен для. Электродвигатели: типы, устройство, принцип работы и основные параметры

Каковы основные типы электродвигателей. Как устроены и работают различные виды электродвигателей. Какие параметры важны при выборе электродвигателя. На что обратить внимание при подборе электродвигателя для различных применений.

Классификация электродвигателей по принципу действия

Электродвигатели можно разделить на несколько основных типов в зависимости от принципа их действия:

• Двигатели постоянного тока (коллекторные и бесколлекторные)
• Асинхронные двигатели переменного тока
• Синхронные двигатели переменного тока
• Универсальные коллекторные двигатели
• Шаговые двигатели
• Вентильные двигатели

Каждый тип имеет свои особенности конструкции, характеристики и области применения. Рассмотрим основные виды подробнее.

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока (ДПТ) работают от источника постоянного напряжения. Их главное преимущество — простота регулирования скорости вращения. Различают:

Коллекторные ДПТ

Классическая конструкция с щеточно-коллекторным узлом. Просты, но требуют периодического обслуживания коллектора и щеток. Применяются в электроинструментах, приводах станков.

Бесколлекторные ДПТ

Более современная конструкция без щеток. Имеют электронную систему управления. Отличаются высокой надежностью и КПД. Используются в бытовой технике, электротранспорте.

Асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели — самый распространенный тип электродвигателей. Их основные особенности:

• Простая и надежная конструкция
• Питание от сети переменного тока
• Скорость вращения ротора отстает от скорости вращения магнитного поля статора
• Широкий диапазон мощностей — от долей до тысяч кВт

Применяются повсеместно — в промышленных установках, насосах, вентиляторах, бытовой технике и т.д.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, индуцированными этим полем в роторе. Рассмотрим основные этапы работы:

1. При подаче трехфазного напряжения на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле.
2. Это поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС.
3. Под действием ЭДС в обмотке ротора возникают токи.
4. Взаимодействие токов ротора с магнитным полем статора создает вращающий момент.
5. Ротор начинает вращаться в направлении вращения поля статора, но с меньшей скоростью (отсюда название «асинхронный»).

Разность между скоростью вращения поля статора и ротора называется скольжением. Именно наличие скольжения обеспечивает работу асинхронного двигателя.

Синхронные двигатели

Синхронные двигатели имеют следующие особенности:

• Скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля статора
• Ротор содержит постоянные магниты или электромагниты
• Высокий КПД и коэффициент мощности
• Сложнее в управлении, чем асинхронные

Применяются в мощных приводах с постоянной скоростью вращения, генераторах, сервоприводах.

Основные параметры электродвигателей

При выборе электродвигателя важно учитывать следующие основные параметры:

Мощность

Мощность двигателя должна соответствовать требуемой мощности механизма с учетом КПД и запаса. Измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт).

Напряжение питания

Определяется доступным источником питания — 220/380В для сети, 12/24/48В для автономных систем.

Частота вращения

Номинальная частота вращения ротора измеряется в оборотах в минуту (об/мин). Для асинхронных двигателей зависит от частоты сети и числа пар полюсов.

Момент

Крутящий момент на валу двигателя измеряется в ньютон-метрах (Н*м). Различают пусковой, номинальный и максимальный момент.

КПД

Коэффициент полезного действия показывает, какая часть потребляемой электроэнергии преобразуется в полезную механическую работу. Современные двигатели имеют КПД 70-95%.

Выбор электродвигателя для различных применений

При подборе электродвигателя для конкретной задачи следует учитывать:

• Требуемую мощность и момент
• Диапазон регулирования скорости
• Режим работы (продолжительный, повторно-кратковременный)
• Условия эксплуатации (температура, влажность, запыленность)
• Конструктивное исполнение (способ монтажа, степень защиты)
• Особые требования (взрывозащита, малые габариты и т.д.)

Правильный выбор типа и параметров электродвигателя обеспечит оптимальную работу привода и экономию электроэнергии.

Современные тенденции в разработке электродвигателей

Основные направления совершенствования электродвигателей в настоящее время:

• Повышение энергоэффективности
• Применение новых магнитных материалов
• Развитие систем управления на основе силовой электроники
• Разработка специализированных двигателей для электротранспорта
• Интеграция двигателей с механизмами (мотор-редукторы, мотор-колеса)
• Миниатюризация двигателей для робототехники

Прогресс в области электродвигателей способствует развитию многих отраслей промышленности и транспорта, повышая их эффективность и экологичность.

Классификация электродвигателей — О компании — ООО ТД «ЭлектроСпецМаш»

Асинхронные трехфазные общепромышленные электродвигатели

Применяются во всех отраслях промышленности, в электроприводах различных устройств, механизмов и машин, не требующих регулирования частоты вращения (насосы, вентиляторы, компрессоры и т.п.)

Основное исполнение- электродвигатель предназначенный для режима работы S1, от сети переменного тока 50 Гц напряжение 380В (220В, 660В) с привязкой мощностей по ГОСТ 51689-2000. Климатическое исполнение и категория размещения У3, степень защиты IP54.

Крановые электродвигатели типа МТ, 4МТ, АМТ, ДМТ

Предназначены для работы в электроприводах металлургических агрегатов и подъемно-транспортных механизмах всех видов и поставляются на комплектацию башенных, козловых, портальных, мостовых и других кранов.

Основное исполнение — асинхронный трехфазный крановый электродвигатель, предназначенный для режима работы S3, с пританием от сети переменного тока 50Гц напряжением 380В(220В, 660В). Климатическое исполнение и категория размещения У1, степень защиты IP54.

Взрывозащищенные электродвигатели серий АИМ, АИМЛ, ВА, АВ, 3В, ВАО2, 1ВАО

Предназначены для привода механизмов внутренних и наружных установок в газавой, нефтеперерабатывающей, химической и других смежных отраслях промышленности (кроме рудничных производств), где могут образовываться взрывоопасные газо- и паро- воздушные смеси, отнесенные к категориям IIA и IIB и группам воспламеняемости Т1, Т2, Т3, Т4.

Основное исполнение — асинхронный трехфазный взрывозащищенный электродвигатель, предназначен для режима работы S1, с питанием от сети переменного тока 50Гц напряжением 380В (220В, 660В). Исполнение по взрывозащите 1ExdIIBT4, климатическое исполнение и категория размещения У2, степень защиты IP54.

Взрывозащищенные рудничные электродвигатели серий АИУ, ВРП, АВР, ЗАВР

Предназначены для привода механизмов в подземных выработках угольных и сланцевых шахт, а также в помещениях и наружных установках, опасных по метану и угольной пыли.

Основное исполнение — асинхронный трехфазный взрывозащищенный электродвигатель, предназначенный для режима работы S1 (допускают работу в режиме S2, S3, S4), с питанием от сети переменного тока 50Гц напряжением 220В, 380В, 660В, 1140В. Исполнение по взрывозащите РВ 3В (ExdI), климатическое исполнение и категория размещения У2,5, степень защиты IP54.

Исполнение рудничных двигателей по взрывозащите

1. Рудничные электродвигатели по уровню взрывозащиты:

РН — рудничные нормальные электродвигатели (не взрывозащищенные)

РП — рудничные электродвигатели повышенной надежности против взрыва (уровень взрывозащиты 2) — электродвигатели повышенной надежности против взрыва: в них взрывозащита обеспечивается только в нормальном режиме работы.

РВ — рудничные взрывозащищенные электродвигатели (уровень взрывозащиты 1) — взрывобезопасные электродвигатели: взрывозащищенность обеспечивается как при нормальных режимах работы, так и при вероятных повреждениях, зависящих от условий эксплуатации, кроме повреждений средст, обеспечивающих взрывозащищенность

РО — рудничные особо взрывобезопасные электродвигатели (уровень взрывозащиты 0) — особо взрывобезопасные электродвигатели, в которых применены специальные меры и средства защиты от взрыва.

2. Рудничные электродвигатели по виду взрывозащиты:

В — взрывонепроницаемая оболочка

• 1В — электродвигатели с напряжением до 100В (ток к.з. не более 100А)
• 2В — электродвигатели с напряжением свыше 100В до 220В (ток к.з. свыше 100А до 600А)
• 3В — электродвигатели с напряжением свыше 220В до 1140В (ток к.з. свыше 100А)
• 4В — электродвигатели с напряжением свыше 1140В (ток к.з. свыше 100А)

К— кварцевое заполнение оболочки

М— масляное заполнение оболочки

А— автоматическое отключение напряжение с токоведущих частей

И— искробезопасная цепь

Электродвигатели брызгозащищенного исполнения 4АМН, 5АН, 5АМН, 5АНМ

Применяются во всех отраслях промышленности, в электроприводах различных устройств, механизмов и машин, не требующих регулирования частоты вращения (насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.).

Более активное охлаждение позволяем в этих электродвигателях, по сравнению с обычными общепромышленными, в таком же габарите получать более высокую мощность.

Основное исплнение — асинхронный трехфазный электродвигатель, предназначенный для режима работы S1, от сети переменного тока 50Гц напряжение 380В (220В, 660В). Климатическое исполнение и категория размещения У3, степень защиты IP23.

Электродвигатели с повышенным скольжением АИРС, 5АС, АС, АДМС

Используются для привода механизмов и машин с большим моментом инерции, работающих при пульсирующих нагрузках и частых пусках, а также при групповом приводе одного механизма.

Производятся на базе стандартных общепропромышленных электродвигателей с обмоткой ротора, залитой алюминиевым сплавом повышенного сопротивления.

Основное (базовое) исполнение — асинхронный трехфазный электродвигатель, предназначенный для режима работы S3, с питанием от сети переменного тока 50 Гц напряжением 380В, климатическое исполнение и категория размещения У3, степень защиты IP54, с типовыми техническими характеристиками, соответствующими требованиям стандартов.

Величина критического скольжения для электродвигателей с повышенным скольжением до 132 габарита включительно составляет 40%, для электродвигателей с высотой оси вращения 160 и выше — 25%.

 

 

Электродвигатели высоковольтные 6-10кВ

Асинхронный электродвигатель — это электрический агрегат с вращающимся ротором, скорость которого отлична от скорости вращения магнитного поля статора.
Перед тем как купить асинхронный электродвигатель необходимо обязательно оценить параметры двигателя. Различия агрегатов могут быть как для однофазных, так и трехфазных асинхронных электродвигателей.

Основными характеристиками асинхронных двигателей являются:
Пусковой момент, ток.

Регулировка скорости вращения ротора. Самые распространенные:
   Регулируется напряжение и частота, применением преобразователей.
   Изменяется количество полюсных пар. Добавляется дополнительная обмотка с режимом переключения.
Рабочие характеристики определяются зависимостью частоты вращения, полезного момента на роторе, коэффициента мощности, тока статора, от полезной мощности.
Тормозные режимы:
   Рекуперативные.
   Противовключение.
   Динамические.

	Электродвигатели общепромышленные асинхронные 5АИ, АИР Электродвигатели 5АИ (взаимозаменяемые с такими маркировками как: А, АИР, АИРМ, 4А, 4АМ, 4АМУ, 5А, 5АМ, 5АМУ, АД, АДМ) с короткозамкнутым ротором, предназначены для продолжительного режима работы S1, частотой переменного тока 50 Гц, напряжением от 220/380/660 В, в зависимости от исполнения. Мощность электродвигателей: от 0,12кВт до 500кВт
	Электродвигатели общепромышленные асинхронные АСВО Электродвигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором специальные обдуваемые вертикальные двухскоростные АСВО предназначены для безредукторного привода вентиляторов градирен Режим работы продолжительный S1 от сети частотой 50 Гц. Вид климатического исполнения: У1, У5. Мощность электродвигателей: от 45кВт до 90кВт
	Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные ВАСО Трехфазные, асинхронные двигатели ВАСО с короткозамкнутым ротором, взрывозащищенные, вертикальные, предназначены для приводов воздушного охлаждения. ВАСО имеют левое направление вращения, продолжительный режим работы — S1, материал обмотки статора класса нагревостойкости — F. Мощность электродвигателей: от 6,5кВт до 90кВт
	Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные ВАО2 Электродвигатели ВАО2 предназначены для продолжительной работы — S1, от сети переменного тока частотой 50Гц и напряжения 380/660В. Данный тип двигателей применяется в области горнодобывающей промышленности,бумажно-целлюлозной, добыче и транспортировке газов, нефтяной промышленности, а также в помещениях с высокой взрывоопасностью. Мощность электродвигателей: от 55кВт до 315кВт
	Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные ВАО7 Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные обдуваемые ВАО7 предназначены для работы в области горнодобывающей промышленности, насыщенной газами и пылью, а также в взрывоопасных помещениях. Режим работы двигателей — S1 продолжительный. Исполнение по взрывозащите — 1ExdIIBT4, PBExdI; PB4B. Вид климатического исполнения — У2; У5; Т2; Т5. Мощность электродвигателей: от 200кВт до 1000кВт
	Электродвигатели высоковольтные асинхронные ДАЗО Двигатели ДАЗО предназначены для механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, таких как насосы, вентиляторы, дымососы и др. Соединения двигателя с приводным механизмов, осуществляется по средству упругой муфты. Контроль температуры обмотки сердечника статора, осуществляется шестью медными термопреобразователями, заложенными в пазы статора. Мощность электродвигателей: от 200кВт до 2000кВт
	Электродвигатели высоковольтные асинхронные А4 Высоковольтные электродвигатели серии А4 с короткозамкнутым ротором применяются для приводов, не требующих частотного регулирования скорости вращения, таких как насосы, вентиляторы и т.п. Двигатели А4 предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50Гц, напряжением 3000, 6000 и 10000В. Серия А4 изготавливается степенью защиты IP23, климатического исполнения У3. Мощность электродвигателей: от 200кВт до 1000кВт
	Электродвигатели высоковольтные асинхронные 4АЗМ Электродвигатели широко применяются для приводов быстроходных механизмов: компрессорное оборудование, холодильные машины, сетевые, центробежные насоса и др. Двигатели 4АЗМ устанавливаются в помещениях не содержащих агрессивных паров и газов, которые могут способствовать разрушению конструкционных материалов и изоляции двигателя. Температура окружающей среды для двигателей с разомкнутой системой вентиляции, не должна превышать 40°С. Мощность электродвигателей: от 315кВт до 8000кВт
	Электродвигатели высоковольтные асинхронные АОД Асинхронные двигатели серии АОД, предназначены для механизмов с тяжелыми условиями запуска, такими как вентиляторы, дымососы и других механизмов с подобными условиями пуска. Двигатели предназначены для работы от сети частотой 50Гц, переменного напряжения 3000В и 6000В. Изготавливаются данные двигатели напряжением 3000 и 6000В в едином габарите, без потери мощности. Мощность электродвигателей: от 400кВт до 1600кВт
	Электродвигатели высоковольтные синхронные СДН/СДН3 Синхронные двигатели предназначены для механизмов, не требующих регулировки скорости вращения. Данные двигатели предназначены для работы в продолжительном режиме — S1 от сети переменного тока частотой 50, 60 Гц. СДН/СДНЗ изготавливаются на напряжение 6000В и 10000В. Двигатели выполняются на подшипниках скольжения с кольцевой и комбинированной смазкой, с одним или двумя валами, на лапах. Мощность электродвигателей: от 315кВт до 3200кВт

 

Компания «ВП-АЛЬЯНС» поставляет только сертифицированное оборудование с гарантией до 5 лет. При потребности заказчика, выполняется выезд мастера на объект, монтаж, пусконаладочные работы, диагностика и ремонт электротехнического оборудования.

Купить электродвигатель для насоса, вентиляции, градирни или др. механизма Вы можете оставив заявку на нашей почте [email protected] или связавшись с нашими менеджерами по телефону (800) 500-06-98.

Виды электродвигателей:

Двигатели А4 с короткозамкнутым ротором, предназначены для электроприводов в устройствах, механизмах, машинах, где не регулируется частота вращения.
Асинхронные серии ВАСО, взрывозащищенные вертикального исполнения с короткозамкнутым ротором применяются в приводах воздушного охлаждения. Редукторы не предусмотрены, эксплуатируются в средах, способных образовать взрывоопасные смеси.
Асинхронные электродвигатели трехфазные с короткозамкнутым ротором, серии ДАЗО используются в приводах, где не регулируется частота вращения. Работают в сетях переменного тока частотой 50 Гц. Питающее напряжение – 3 000, 6 000, 10 000 В..
Серия ВАО2 относится к асинхронным, взрывозащищенным с короткозамкнутым ротором, применяются в приводах, работающих в условиях повышенной концентрации газа, пыли. Используются для работы в средах, образующих взрывоопасные смеси (газы, пары и пыль с воздухом).
Двигатели взрывозащищенные, обдуваемые ВАО4 пригодны к эксплуатации в опасных условиях. Шахты, опасные по газу и пыли, взрывоопасные зоны помещений, установок.

 

NEMA Конструкция электрического двигателя A, B, C и D

NEMA установила четыре различных конструкции A, B, C и D для электрических асинхронных двигателей.

Рекламные ссылки

Различные двигатели с одинаковой номинальной мощностью могут иметь разные пусковой ток, кривые крутящего момента, скорости и другие параметры. При выборе конкретного двигателя для поставленной задачи необходимо учитывать все технические параметры.

Четыре конструкции NEMA (Национальной ассоциации производителей электрооборудования) имеют уникальное соотношение скорости, крутящего момента и скольжения, что делает их подходящими для различных типов приложений.

Конструкция NEMA A

• Максимальное скольжение 5 %
• Пусковой ток от высокого до среднего
• Нормальный крутящий момент заторможенного ротора
• Нормальный пробивной крутящий момент
• Подходит для широкого спектра применений, например, Вентиляторы и насосы NEMA конструкция B
  • максимальное скольжение 5 %
  • низкий пусковой ток
  • высокий крутящий момент при заторможенном роторе
  • нормальный пробивной крутящий момент
  • подходит для широкого спектра применений с нормальным пусковым моментом — общее в Системы HVAC с вентиляторами, воздуходувками и насосами

  NEMA исполнение C

  • максимальное проскальзывание 5%
  • низкий пусковой ток
  • высокий крутящий момент заблокированного ротора
  • нормальный разрывной крутящий момент
  • подходит для оборудования с высокой инерцией и высокой инерцией крутящий момент при пуске — как у поршневых насосов, конвейеров
    

  NEMA исполнение D

  • максимальное скольжение 5-13%
  • низкий пусковой ток
  • очень высокий крутящий момент заблокированного ротора
  • подходит для оборудования с очень высокой инерцией пуска, такого как краны, подъемники и т. д.

  Рекламные ссылки

  Связанные темы !

  Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширения SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, интересными и бесплатными приложениями SketchUp Make и SketchUp Pro. .Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!

  Перевести

  О Engineering ToolBox!

  Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.

  Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложения на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

  Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочитайте Конфиденциальность и условия Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.

  AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочитайте AddThis Privacy для получения дополнительной информации.

  Реклама в ToolBox

  Если вы хотите продвигать свои товары или услуги в Engineering ToolBox — используйте Google Adwords. Вы можете настроить таргетинг на Engineering ToolBox с помощью управляемых мест размещения AdWords.

  Citation

  Эту страницу можно цитировать как

  • Engineering ToolBox, (2004). NEMA Конструкция электродвигателя A, B, C и D . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/nema-a-b-c-d-design-d_650.html [День доступа, мес. год].

  Изменить дату доступа.

  . .

  закрыть

  Основы двигателей. Что такое двигатель, типы двигателей, теория и законы проектирования двигателей

  Вы когда-нибудь задумывались, как вращается двигатель? Какие основные принципы включены? Как это контролируется? Коллекторные двигатели постоянного тока давно присутствуют на рынке, и они легко вращаются только от источника постоянного тока/батареи, в то время как асинхронные двигатели и синхронные двигатели с постоянными магнитами используют сложную электронику и теорию управления для их эффективного вращения. Прежде чем мы доберемся до что такое двигатель постоянного тока или какие другие типы двигателей , важно понимать работу линейного двигателя — самый простой двигатель . Это поможет нам понять основы вращения двигателя.

  Я инженер по силовой электронике и управлению двигателем , и следующий блог будет посвящен управлению двигателем. Но есть определенные темы, которые необходимо понять, прежде чем углубляться в управление двигателем, и мы рассмотрим их в этой статье.

  1. Работа линейного двигателя
  2. Типы двигателей и их история
  3. Заметность
  4. Взаимодействие потока между статором и ротором

   

  Работа линейного двигателя

  Будучи инженером по силовой электронике, я мало что знал о работе двигателей. Я прочитал много заметок, книг и видео по ссылкам. Мне было трудно понять некоторые двигатели и их управление, пока я снова не сослался на основные законы электромеханического преобразования энергии — Законы силы Фарадея и Лоренца . Мы потратим некоторое время на понимание этих законов. Некоторые из вас, возможно, уже знают это, но было бы неплохо пройти через них еще раз. Вы можете узнать что-то новое.

   

  Закон Фарадея

  Закон индукции Фарадея устанавливает зависимость между магнитным потоком витка провода и наведенным в нем напряжением.

    e(t) = -dφ/dt …(1)  

   

  Где Φ представляет поток в катушке . Это одно из основных уравнений, используемых для построения электрической модели двигателя. В практических двигателях такой ситуации не бывает, поскольку катушка будет состоять из нескольких витков, распределенных в пространстве, и нам придется учитывать поток через каждый из этих витков. Термин потокосцепление (λ) представляет собой общий поток, связанный со всеми катушками, и определяется следующим уравнением:

   

  Φ _n представляет собой поток, связанный с катушкой n ^th , а N — число витков . Это можно описать как катушку, состоящую из N одиночных витков в последовательной конфигурации. Таким образом,

    λ = Nφ 
    e(t) = -dλ/dt = -Ndφ/dt  

   

  Знак минус обычно приписывается закону Ленца.

  Закон Ленца утверждает следующее : ЭДС (электродвижущая сила) индуцируется в катушке провода, если связанный с ней поток изменяется. Полярность ЭДС такова, что если через него шунтировать резистор, ток, протекающий в нем, противодействует изменению потока, вызывающему эту ЭДС.

   

  Давайте поймем закон Ленца через проводник (стержень), помещенный в магнитное поле (B̅), направленный вниз в плоскость бумаги , как показано на рисунке выше. Сила F _{, приложенная} , перемещает стержень горизонтально, но стержень всегда находится в контакте с горизонтальными проводниками. Внешний резистор R используется как шунт для протекания тока. Итак, схема действует как простая электрическая цепь с источником напряжения (ЭДС индукции) и резистором. Поток, связанный с этой петлей, меняется по мере увеличения площади, связанной с B̅. Это индуцирует ЭДС в цепи в соответствии с законом Фарадея (величина определяется скоростью изменения потока) и законом Ленца (полярность определяется таким образом, чтобы индуцируемый ток противодействовал изменению потока).

  Правило большого пальца правой руки поможет нам узнать направление текущего . Если мы согнем пальцы в направлении наведенного тока, то большой палец покажет направление поля, создаваемого этим наведенным током. В этом случае, чтобы противостоять возрастающему потоку из-за поля B̅, нам нужно создать поле вне плоскости бумаги, и, следовательно, ток будет течь против часовой стрелки. В результате клемма A более положительна, чем клемма B. С точки зрения нагрузки положительная ЭДС развивается с увеличением потока, и поэтому мы запишем уравнение как

    e(t) = d λ/dt  

  ≥

  Обратите внимание, что мы проигнорировали отрицательный знак при написании этого уравнения с точки зрения нагрузки. (Похожий случай возникнет, когда мы начнем разбираться с двигателями). Окончательная электрическая схема примет вид, как показано на рисунке ниже. Несмотря на то, что обсуждаемый случай относится к генератору, мы использовали соглашение о знаках с точки зрения двигателя, и полярность, показанная на рисунке ниже, является правильной. (Это станет очевидно, когда мы перейдем к работе двигателя).

   

  Мы можем рассчитать индуцированную ЭДС следующим образом . Катушка из 1 витка (в данном случае проводник) создаст потокосцепление:

   

  Где A — площадь петли, l — длина проводника, v — скорость, с которой движется стержень. двигаться из-за приложенной силы.

  Глядя на приведенное выше уравнение, мы можем сказать, что величина ЭДС пропорциональна скорости проводника и не зависит от внешнего резистора . Но внешний резистор будет определять, какая сила необходима для поддержания скорости (и, следовательно, тока). Это обсуждение продолжается в форме закона Лоренца.

   

  Закон Лоренца

  Сначала мы проверим уравнение, а затем попробуем его понять.

    Ф = д . (E + Vc x B)  

   

  Он утверждает, что когда частица с зарядом q движется со скоростью v _c в электромагнитном поле, на нее действует сила. В двигателе электрическое поле E не имеет значения. Таким образом,

    Ф = д . Вк. B  

   

  Если поле постоянно во времени по длине проводника и перпендикулярно ему, мы можем записать приведенные выше уравнения как:

    Ф = д . дх/дт. В = dq/dt. Икс . В = я. л. В = В. я. l  

   

  Это показывает, что сила, действующая на заряд, прямо пропорциональна току.

  Вернемся к первому рисунку, мы видели, что приложенная внешняя сила индуцирует ЭДС, которая индуцирует ток в резисторе . Вся энергия рассеивается в виде тепла в резисторе. Закон сохранения энергии должен выполняться и отсюда получаем:

    Ф . v = е . i  

   

  Это уравнение показывает, как механическая энергия преобразуется в электрическую. Такое устройство называется линейным генератором.

  Наконец-то мы можем проверить, как работает двигатель, т.е. как электрическая энергия преобразуется в механическую . На рисунке ниже мы заменили внешний резистор резистором с сосредоточенными параметрами цепи, и теперь есть внешний источник напряжения, который подает ток. В этом случае мы будем наблюдать развиваемую силу (F _{РАЗРАБОТАН} ), заданный законом Лоренца. Направление силы можно определить с помощью правила правой руки, показанного ниже. Все двигатели основаны на этих основных принципах. Существует множество подробных статей и видеороликов, описывающих работу коллекторных двигателей постоянного тока, бесщеточных двигателей, двигателей СДПМ, асинхронных двигателей и т. д. Поэтому нет смысла делать еще одну статью с описанием работы. Вот ссылка на некоторые из хороших обучающих видео о различных типах двигателей и их работе.

   

  История двигателей
  • Исторически сложилось так, что широко использовались три типа двигателей: щеточные коллекторные двигатели постоянного тока, синхронные и асинхронные двигатели . Многие приложения требуют различной скорости, и двигатели постоянного тока широко использовались. Но появление тиристоров в 1958 году и транзисторной технологии изменило ситуацию.
  Были разработаны инверторы
  • , которые помогли в эффективном управлении скоростью. Транзисторные устройства можно было включать и выключать по желанию, и это позволяло работать в ШИМ. Базовыми схемами управления, разработанными ранее, были V/f-приводы для асинхронных машин.
  • Параллельно постоянные магниты начали заменять катушки возбуждения для повышения эффективности. А использование инвертора вместе с синусоидальными машинами с постоянными магнитами позволило отказаться от щеток, чтобы увеличить срок службы и надежность двигателя.
  • Следующим важным шагом было управление этими бесщеточными машинами. Теория двух реакций (или теория dq) была представлена ​​Андре Блонделем во Франции до 1900 года. Она сочеталась со сложными пространственными векторами, что позволяло точно моделировать машину в переходном и установившемся режимах. Впервые электрические и механические величины можно было связать друг с другом.
  • Асинхронные двигатели не претерпели значительных изменений до 1960 года. Два немца – Блашке и Хассе сделали несколько ключевых инноваций, которые привели к известному теперь векторному управлению асинхронными двигателями. Векторное управление имеет дело с переходной моделью асинхронного двигателя, а не с установившимся режимом. Помимо управления отношением амплитуды напряжения к частоте, он также управляет фазой. Это помогло использовать асинхронный двигатель для управления скоростью и сервоприводов с высокой динамикой.
  • Бессенсорный алгоритм стал следующим большим шагом в управлении этими двигателями. Векторное управление (или управление, ориентированное на поле) требует знания положения ротора. Раньше использовались дорогие датчики положения. Возможность оценить положение ротора на основе модели двигателя позволила двигателям работать без каких-либо датчиков.
  • С тех пор мало что изменилось. Конструкция двигателя и его управление более или менее остались прежними.

   

  Развитие двигателей началось в прошлом веке. А электроника помогла им найти применение в различных приложениях. Большая часть электроэнергии, используемой в этом мире, потребляется двигателями!

   

  Различные типы двигателей

  Двигатели можно классифицировать по-разному. Мы рассмотрим некоторые из классификаций.

   

  Это самая общая классификация. Было много путаницы в отношении двигателей переменного и постоянного тока, и важно проводить различие между ними. Давайте придерживаться следующего соглашения: двигатели, которые требуют питания переменного тока «на своих клеммах», называются двигателями переменного тока, а которые могут работать от источника постоянного тока «на своих клеммах», называются двигателями постоянного тока . «На его клеммах» важно, потому что это исключает, какая электроника используется для запуска двигателя. Например: бесщеточный двигатель постоянного тока на самом деле не может работать напрямую от источника постоянного тока, и для него требуется электронная схема.

  Электродвигатели можно классифицировать на основе источника питания и на основе коммутации — щеточные или бесщеточные, как показано ниже

   

   

  Хотя я не буду углубляться в конструкцию любого из вышеперечисленных двигателей — Есть две важные темы, с которыми я хотел бы разобраться: значимость и взаимодействие потока ротора с потоком статора.

   

  Saliency

  На такие параметры машины, как создание крутящего момента и индуктивность, влияет магнитная структура машины (в машинах с постоянными магнитами). И самое основное в этом аспекте — это заметность. Значимость является мерой изменения сопротивления в зависимости от положения ротора. Пока это сопротивление постоянно при каждом положении ротора, машина называется неявнонаправленной. Если сопротивление изменяется в зависимости от положения ротора, машина называется явно выраженной.

  Почему значимость важна для понимания? Поскольку явно выраженный двигатель теперь может иметь два метода создания крутящего момента. Мы можем воспользоваться изменением магнитного сопротивления в двигателе для создания реактивного момента вместе с магнитным моментом (создаваемым магнитами). Как показано на рисунке ниже, мы можем достичь более высоких уровней крутящего момента для того же тока с добавлением реактивного крутящего момента . Это будет иметь место с двигателями IPM (внутренний постоянный магнит). (Есть двигатели, которые работают исключительно на эффекте сопротивления, но мы не будем их здесь обсуждать.) Следующая тема поможет вам лучше понять потокосцепление и заметность.

  (Примечание: угол опережения на рисунке ниже относится к разности фаз между током статора и потоком воздушного зазора.)

  Поток Взаимодействие между ротором и статором ротор через воздушный зазор к статору и снова возвращается через воздушный зазор обратно к ротору, чтобы завершить петлю возбуждения. На этом пути поток встречает различные сопротивления (магнитное сопротивление). Пластины (сталь) имеют очень низкое магнитное сопротивление из-за высокого μ _r (относительная проницаемость стали в пределах тысяч), тогда как воздушный зазор имеет очень высокое сопротивление (μ _r примерно равно 1).

   

  МДС (магнитодвижущая сила), развиваемая в стали, очень мала, так как ее сопротивление незначительно по сравнению с воздушным зазором. (Аналогом электрической цепи может быть: источник напряжения (магнит) пропускает ток (поток) через резистор (сопротивление воздушного зазора). Проводники (сталь), подключенные к резистору, имеют очень низкое сопротивление, и мы можем игнорировать падение напряжения. (капля MMF) через него). Таким образом, структура стали статора и ротора оказывает незначительное влияние, и вся MMF развивается через эффективное сопротивление воздушного зазора (считается, что любой цветной материал на пути потока имеет относительную проницаемость, равную проницаемости воздушного зазора) . Длина воздушного зазора пренебрежимо мала по сравнению с диаметром ротора, и можно с уверенностью предположить, что поток от ротора перпендикулярен статору. Имеются эффекты окантовки и другие нелинейности из-за пазов и зубцов, но они обычно игнорируются при моделировании машины. (Вы НЕ МОЖЕТЕ игнорировать их при проектировании машины). Но поток в воздушном зазоре определяется не только потоком ротора (магнитов в случае машины с постоянными магнитами). Ток в обмотке статора также влияет на поток. Именно взаимодействие этих двух потоков будет определять крутящий момент, действующий на двигатель. И термин, который описывает это, называется эффективной потокосцеплением воздушного зазора. Идея состоит не в том, чтобы углубляться в математику и выводить уравнения, а в том, чтобы убрать два момента:

  • Нас интересует только поток в воздушном зазоре, так как в нем развивается все МДС.
  • Эффективная потокосцепление в воздушном зазоре обусловлено как током статора, так и потоком ротора (магниты), и взаимодействие между ними создает крутящий момент.

   

   

  На рисунке выше показаны ротор и статор различных типов двигателей. Было бы интересно узнать, какие из них заметные, а какие нет?

  Примечание: В каждом из этих двигателей отмечены две оси – D и Q. (Ось Q – это магнитная ось, а ось D – это электрическая ось , перпендикулярная ей). Мы вернемся к осям D и Q в следующих статьях. Это не важно для вышеуказанного вопроса.

   

  Ответ:

  A,B,C – неявнонаправленные, D,E,F,G,H – явно выраженные (магниты влияют на сопротивление при различном положении ротора, см. рисунок ниже, в J,K — и ротор, и статор неявновыпуклые

   

  На этом мы закончим эту статью. Можно было бы обсудить гораздо больше математики и машинного моделирования, но здесь это стало бы слишком сложным. Мы рассмотрели большинство тем, необходимых для понимания управления двигателем. Следующая серия статей будет непосредственно посвящена полево-ориентированному управлению (FOC), пространственно-векторной модуляции (SVM), ослаблению потока и всем практическим аппаратным и программным аспектам, в которых вы можете застрять, когда начнете проектировать контроллер.