Какие существуют основные типы двигателей постоянного тока. Каковы их особенности и характеристики. Где применяются различные виды двигателей постоянного тока. Как выбрать оптимальный тип двигателя для конкретной задачи.
Основные типы двигателей постоянного тока
Двигатели постоянного тока (ДПТ) классифицируются по нескольким основным признакам:
- По способу возбуждения магнитного поля
- По конструкции коммутационного узла
- По назначению и области применения
Рассмотрим подробнее основные типы ДПТ по способу возбуждения, так как это во многом определяет их характеристики и свойства.
ДПТ с независимым возбуждением
В этом типе двигателей обмотка возбуждения питается от отдельного источника постоянного тока. Это обеспечивает стабильный магнитный поток и хорошие регулировочные свойства. Такие двигатели применяются в системах, требующих точного управления скоростью и моментом.
ДПТ с параллельным возбуждением
Обмотка возбуждения подключена параллельно якорю. Это наиболее распространенный тип ДПТ. Он обеспечивает достаточно жесткую механическую характеристику и стабильную скорость вращения при изменении нагрузки. Где применяются такие двигатели?
- В станках и промышленном оборудовании
- В электротранспорте
- В системах автоматики
ДПТ с последовательным возбуждением
Обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. Это дает высокий пусковой момент, но нестабильную скорость при изменении нагрузки. Такие двигатели используются в тяговых приводах, кранах, лебедках.
Особенности и характеристики различных типов ДПТ
Каждый тип двигателя постоянного тока имеет свои уникальные характеристики и особенности. Рассмотрим основные из них:
Механические характеристики
Механическая характеристика показывает зависимость скорости вращения от момента нагрузки. Как она выглядит для разных типов ДПТ?
- ДПТ с независимым возбуждением: жесткая характеристика, небольшое снижение скорости при увеличении нагрузки
- ДПТ с параллельным возбуждением: умеренно жесткая характеристика
- ДПТ с последовательным возбуждением: мягкая характеристика, значительное падение скорости с ростом нагрузки
Пусковые свойства
Пусковой момент — важный параметр для многих применений. Как он различается у разных типов ДПТ?
- ДПТ с независимым и параллельным возбуждением: умеренный пусковой момент
- ДПТ с последовательным возбуждением: очень высокий пусковой момент, в 5-7 раз превышающий номинальный
Регулировочные свойства
Возможность и удобство регулирования скорости — одно из главных преимуществ ДПТ. Какой тип обеспечивает лучшую управляемость?
- ДПТ с независимым возбуждением: наилучшие регулировочные свойства, широкий диапазон регулирования скорости
- ДПТ с параллельным возбуждением: хорошая управляемость в ограниченном диапазоне скоростей
- ДПТ с последовательным возбуждением: сложное регулирование скорости из-за нелинейной характеристики
Применение различных типов двигателей постоянного тока
Выбор типа ДПТ зависит от конкретных требований применения. Где чаще всего используются разные виды двигателей?
ДПТ с независимым возбуждением
Эти двигатели находят применение в системах, требующих высокой точности регулирования скорости и момента:
- Металлообрабатывающие станки с ЧПУ
- Роботы и манипуляторы
- Прецизионные приводы в измерительном оборудовании
ДПТ с параллельным возбуждением
Наиболее универсальный тип, используемый во многих промышленных применениях:
- Конвейеры и транспортеры
- Вентиляторы и насосы
- Подъемно-транспортное оборудование
ДПТ с последовательным возбуждением
Применяются там, где требуется высокий пусковой момент и допустимо значительное изменение скорости при изменении нагрузки:
- Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, электровозы)
- Краны и лебедки
- Стартеры двигателей внутреннего сгорания
Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока
ДПТ имеют ряд важных достоинств, но также и некоторые недостатки. Рассмотрим основные из них:
Преимущества ДПТ
- Высокая точность регулирования скорости
- Большой пусковой момент (особенно у двигателей с последовательным возбуждением)
- Возможность легкого реверса
- Хорошие динамические характеристики
Недостатки ДПТ
- Наличие щеточно-коллекторного узла, требующего обслуживания
- Более высокая стоимость по сравнению с асинхронными двигателями
- Искрение на коллекторе, ограничивающее применение во взрывоопасных средах
Как эти особенности влияют на выбор типа двигателя для конкретной задачи?
Выбор оптимального типа ДПТ для различных применений
При выборе типа двигателя постоянного тока следует учитывать несколько ключевых факторов:
Требования к пусковому моменту
Если требуется высокий пусковой момент, лучшим выбором будет двигатель с последовательным возбуждением. Для задач с умеренными требованиями к пусковому моменту подойдут двигатели с параллельным или независимым возбуждением.
Диапазон и точность регулирования скорости
Для широкого диапазона регулирования скорости с высокой точностью оптимальным выбором будет двигатель с независимым возбуждением. Если требования к регулированию умеренные, можно использовать двигатель с параллельным возбуждением.
Характер нагрузки
Для нагрузок с постоянным моментом хорошо подходят двигатели с параллельным возбуждением. Для нагрузок с переменным моментом, особенно если требуется высокий пусковой момент, лучше использовать двигатели с последовательным возбуждением.
Условия эксплуатации
Во взрывоопасных средах применение ДПТ ограничено из-за искрения на коллекторе. В таких случаях могут потребоваться специальные исполнения двигателей или альтернативные решения, например, асинхронные двигатели с преобразователями частоты.
Современные тенденции в развитии двигателей постоянного тока
Несмотря на конкуренцию со стороны асинхронных двигателей и систем с частотным регулированием, ДПТ продолжают развиваться. Какие инновации наблюдаются в этой области?
Бесколлекторные ДПТ
Эти двигатели сочетают преимущества ДПТ (хорошая управляемость) с отсутствием щеточно-коллекторного узла. Как они работают?
- Ротор содержит постоянные магниты
- Статор имеет электронно-коммутируемые обмотки
- Управление осуществляется с помощью электронного контроллера
Где применяются бесколлекторные ДПТ?
- В компьютерной технике (приводы жестких дисков, вентиляторы)
- В автомобильной электронике
- В бытовой технике
Улучшение материалов и конструкции
Современные технологии позволяют создавать более эффективные и долговечные ДПТ:
- Использование высокоэнергетических постоянных магнитов
- Применение новых изоляционных материалов
- Оптимизация конструкции коллекторно-щеточного узла для снижения износа
Сравнение ДПТ с другими типами электродвигателей
Как ДПТ соотносятся с другими типами электродвигателей по ключевым параметрам?
ДПТ vs Асинхронные двигатели
- Регулирование скорости: ДПТ имеют преимущество в простоте и точности регулирования
- Стоимость: Асинхронные двигатели дешевле и проще в обслуживании
- Надежность: Асинхронные двигатели надежнее из-за отсутствия коллектора
ДПТ vs Синхронные двигатели
- Пусковые характеристики: ДПТ имеют лучшие пусковые свойства
- КПД: Современные синхронные двигатели могут иметь более высокий КПД
- Управление: ДПТ проще в управлении без использования сложной электроники
Как выбрать оптимальный тип двигателя для конкретной задачи с учетом этих сравнений?
Заключение: будущее двигателей постоянного тока
Несмотря на конкуренцию со стороны других типов двигателей, ДПТ сохраняют свою нишу в ряде применений. Какие факторы будут определять их будущее?
- Развитие технологий силовой электроники, позволяющих улучшить характеристики управления
- Совершенствование конструкции и материалов, повышающее надежность и эффективность
- Потребность в двигателях с высоким пусковым моментом и точным регулированием скорости
ДПТ, вероятно, будут продолжать играть важную роль в специализированных применениях, где их уникальные свойства наиболее востребованы. При этом они будут эволюционировать, интегрируя новые технологии для повышения эффективности и расширения возможностей.
Классификация электродвигателей
В зависимости от назначения, от предполагаемых режимов и условий работы, от типа питания и т. д., все электродвигатели можно классифицировать по нескольким параметрам: по принципу получения рабочего момента, по способу работы, по роду тока питания, по способу управления фазами, по типу возбуждения и т. д. Давайте же рассмотрим классификацию электродвигателей более подробно.
Возникновение вращающего момента
Вращающий момент в электродвигателях может быть получен одним из двух способов: по принципу магнитного гистерезиса либо чисто магнитоэлектрически. Гистерезисный двигатель получает вращающий момент посредством явления гистерезиса во время перемагничивания магнитно-твердого ротора, в то время как у магнитоэлектрического двигателя вращающий момент является результатом взаимодействия явных магнитных полюсов ротора и статора.
Магнитоэлектрические двигатели по праву составляют сегодня львиную долю всего обилия электродвигателей, применяемых в очень многих областях. Они подразделяются по роду питающего тока на: двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока и универсальные двигатели.
В отличие от магнитоэлектрического двигателя, в гистерезисном двигателе допускается перемещение намагниченности ротора относительно его геометрических осей, и именно данная особенность не позволяет распространять на синхронный режим работы гистерезисного двигателя общие закономерности магнитоэлектрического преобразования.
Двигатели постоянного тока
У двигателя, который питается постоянным током, за переключение фаз отвечает сам двигатель. Это значит, что хотя на электрическую машину и подается постоянный ток, тем не менее, благодаря действию внутренних механизмов устройства, магнитное поле оказывается движущимся и становится в состоянии поддерживать вращающий момент ротора (как будто в обмотке статора действует переменный ток).
По способу создания движущегося магнитного поля, двигатели постоянного тока подразделяются на вентильные (бесколлекторные) и коллекторные. Бесколлекторные двигатели имеют в своей конструкции электронные инверторы, которые и осуществляют переключение фаз. Коллекторные же двигатели традиционно оснащены щеточно-коллекторными узлами, которые призваны чисто механически синхронизировать питание обмоток двигателя с вращением его движущихся частей.
Возбуждение коллекторных двигателей
Коллекторные двигатели по способу возбуждения бывают следующих видов: с независимым возбуждением от постоянных магнитов или от электромагнитов, либо с самовозбуждением. Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов содержат магниты на роторе. Двигатели с самовозбуждением имеют на роторе специальную якорную обмотку, которая может быть включена параллельно, последовательно или смешано со специальной обмоткой возбуждения.
Двигатель пульсирующего тока
На двигатель постоянного тока похож двигатель пульсирующего тока. Отличие заключается в наличии шихтованных вставок на остове, а также дополнительных шихтованных полюсов. Кроме того, у двигателя пульсирующего тока имеется компенсационная обмотка. Применение такие двигатели находит в электровозах, где они обычно питается выпрямленным переменным током.
Двигатель переменного тока
Двигатели переменного тока, как ясно из названия, питаются током переменным. Бывают они синхронными и асинхронными.
У синхронных двигателей переменного тока магнитное поле статора движется с той же угловой скоростью, что и ротор, а у асинхронных всегда есть некое отставание (характеризующееся величиной скольжения s) — магнитное поле статора в своем движении как бы опережает ротор, который в свою очередь все время стремится его догнать.
Синхронные двигатели больших мощностей (мощностью в сотни киловатт) имеют на роторе обмотки возбуждения. Роторы менее мощных синхронных двигателей оснащены постоянными магнитами, которые и образуют полюса. Гистерезисные двигатели тоже в принципе относятся к синхронным.
Шаговые двигатели — это особая категория синхронных двигателей с высокой точностью управления скоростью вращения, вплоть до дискретного счета шагов.
Вентильные синхронные реактивные двигатели получают питание через инвертор. Смотрите по этой теме: Современные синхронные реактивные двигатели
Асинхронные двигатели переменного тока отличаются тем, что у них угловая скорость вращения ротора всегда меньше чем угловая скорость вращения магнитного поля статора. Асинхронные двигатели бывают однофазными (с пусковой обмоткой), двухфазными (к ним относится и конденсаторный двигатель), трехфазными и многофазными.
ЭлектроВести (elektrovesti.net) — новости мировой энергетики и возобновляемой энергетики Украины
Классификация электродвигателей — Электрический двигатель
По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающий момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности. Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока). Двигатели постоянного тока Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:
Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом. По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:
Двигатели с самовозбуждением делятся на:
Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей. Двигатель постоянного тока в разрезе. Справа расположен коллектор с щётками Двигатели переменного тока Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора (благодаря чему сам ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — всегда есть разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора). Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше). Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них 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. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов. Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время. По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на: однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь; двухфазные — в том числе конденсаторные; трёхфазные; многофазные; Универсальный коллекторный электродвигатель Универсальный коллекторный электродвигатель — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе. Изготавливается только с последовательной обмоткой возбуждения на мощности до 200 Вт. Статор выполняется шихтованным из специальной электротехнической стали. Обмотка возбуждения включается частично при переменном токе и полностью при постоянном. Для переменного тока номинальные напряжения 127,220., для постоянного 110.220. Применяется в бытовых аппаратах, электроинструментах. Двигатели переменного тока с питанием от промышленной сети 50 гц не позволяют получить частоту вращения выше 3000 об/мин. Поэтому для получения высоких частот применяют коллекторный электродвигатель, который к тому же получается легче и меньше двигателя переменного тока той же мощности или применяют специальные передаточные механизмы, изменяющие кинематические параметры механизма до необходимых нам (мультипликаторы). При применении преобразователей частоты или наличии сети повышенной частоты (100, 200, 400 Гц) двигатели переменного тока оказываются легче и меньше коллекторных двигателей (коллекторный узел иногда занимает половину пространства). Ресурс асинхронных двигателей переменного тока гораздо выше, чем у коллекторных, и определяется состоянием подшипников и изоляции обмоток. Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока. |
Типы двигателей постоянного тока — шунтовые, составные и серийные
Двигатели постоянного тока являются основным сервисным предложением Mawdsleys с момента основания компании в 1959 году.
Доступны 3 основных типа двигателей постоянного тока: серийные, шунтовые и составные . Эти термины относятся к типу соединения обмоток возбуждения по отношению к цепи якоря.
В нашем блоге рассматриваются эти три типа двигателей постоянного тока, объясняются их уникальные свойства и области их возможного использования.
Двигатели постоянного токаУ двигателей постоянного тока обмотки возбуждения соединены последовательно с якорем. Последовательная обмотка будет иметь относительно небольшое количество витков более крупного провода или медной полосы, которые способны выдерживать полный ток нагрузки двигателя. При запуске, поскольку обмотки имеют низкое сопротивление, может потребляться большой ток, создавая высокий пусковой момент.
Это преимущество для высоких пусковых нагрузок, таких как тяга, кран и другие тяжелые приложения. Скорость последовательного двигателя зависит от нагрузки, поэтому, когда ток полной нагрузки, протекающий через цепь, уменьшается, скорость увеличивается.
В некоторых случаях скорость двигателей потенциально может увеличиться до уровня, превышающего рекомендуемый максимум. По этой причине серийный двигатель не следует соединять с нагрузкой ремнем.
Шунтирующие двигатели постоянного токаВ параллельном двигателе постоянного тока обмотка возбуждения соединена параллельно (шунтирую) с якорем. Шунтирующая обмотка намотана из множества витков тонкого медного провода, и, поскольку она подключена к источнику возбуждения постоянного тока, ее ток возбуждения будет постоянным.
Двигатель разгонится до номинальной скорости, и изменение нагрузки не будет сильно влиять на него. Пусковой крутящий момент будет меньше, чем у серийного двигателя аналогичного размера, но если это не требуется, то для применения может быть предпочтительнее параллельный двигатель с постоянной скоростью.
Шунтирующие двигатели постоянного тока могут использоваться во многих областях, таких как производство пластмасс или экструзия проволоки. У нас есть запас небольших двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением в формате IP23 IC06 (капленепроницаемые, вентилируемые). Другие двигатели постоянного тока могут быть изготовлены по запросу.
Составные двигатели постоянного токаВ составном двигателе постоянного тока большая часть поля намотана для шунтирующего поля, но с несколькими витками последовательной обмотки сверху. Шунт подключается к источнику возбуждения, а последовательные витки подключаются последовательно с якорем. Это обеспечивает двигатель с комбинацией параллельных и последовательных характеристик.
Пусковой момент будет выше, чем у параллельного двигателя, но не так высок, как у последовательного двигателя. Скорость будет меняться в зависимости от нагрузки, и величина будет зависеть от % площади возбуждения, выделенной для последовательной обмотки. Поле серии может быть настроено либо на увеличение, либо на уменьшение скорости с нагрузкой. Области применения этих двигателей различаются, но часто они предназначены для более крупных устройств, таких как тормозные генераторы, конвейеры, смесители и т. д.
Составной двигатель постоянного тока также можно использовать, если питание осуществляется от батарей с широким диапазоном напряжения. В этом случае и поле, и якорь имеют одинаковое напряжение, и использование составной обмотки помогает поддерживать скорость в приемлемом диапазоне.
Общие неисправности двигателей постоянного токаОтказ двигателя постоянного тока может привести к снижению эффективности и даже полному простою некоторых операций. Некоторые из наиболее распространенных проблем, которые приводят к выходу из строя двигателей постоянного тока, включают:
- Износ угольных щеток
- Угольная пыль
- Износ поверхности коллектора
- Неисправный коммутатор
- Чрезмерный шум и вибрация
- Скачки напряжения
- Ослабленные подшипники или катушки
- Свободная основа
Срок службы двигателя постоянного тока можно продлить, если его регулярно проверять и обслуживать профессионал. Это снижает риск поломки и экономит ваши деньги в долгосрочной перспективе.
Последние исследования двигателей постоянного токаПолное обслуживание двигателей постоянного тока
Независимо от типа двигателя постоянного тока мы можем предложить либо новую сборку, либо полную перемотку и ремонт, все наши перемотки и ремонты выполняются в нашем штате. художественной мастерской, чтобы сократить время выполнения заказов и снизить затраты.
Позвоните нам сейчас, чтобы узнать, как мы можем помочь вам с двигателями постоянного тока, по телефону +44 (0) 117 955 2481 или заполните контактную форму ниже, и мы свяжемся с вами.
Полное имя (обязательно)
Ваш адрес электронной почты (обязательно)
Ваш телефон (обязательно)
Ваше сообщение
Свяжитесь с нами
Полное имя (обязательно)
Ваш адрес электронной почты (обязательно)
Ваш телефон (обязательно)
Ваше сообщение
Типы двигателей постоянного тока — Шунтовые, серийные и двигатели со смешанной обмоткой
A Постоянный ток Moto r, DC назван в соответствии с соединением обмотки возбуждения с якорем. В основном существует два типа двигателей постоянного тока. Один — Двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением
Двигатели с самовозбуждением далее классифицируются как Шунтовая обмотка или параллельный двигатель, Серийная обмотка или серийный двигатель и Комбинированная обмотка или составной двигатель.
Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Конструкция двигателя постоянного тока и генератора одинакова. Но двигатель постоянного тока имеет широкий диапазон скоростей и хорошую регулировку скорости в электрической тяге.
Принцип работы двигателя постоянного тока основан на том, что проводник с током помещается в магнитное поле и на него действует механическая сила.
Двигатель постоянного тока обычно используется в местах, где требуется защитный кожух, например, влагонепроницаемый, огнестойкий и т. д. в соответствии с требованиями. Подробное описание различных типов двигателей приведено ниже.
Состав:
- Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением
- Двигатель постоянного тока с самовозбуждением
- Двигатель с параллельным возбуждением Двигатель с обмоткой серии
- Двигатель с комбинированной обмоткой
Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением
Как видно из названия, катушки возбуждения или обмотки возбуждения питаются от отдельного источника постоянного тока, как показано на принципиальной схеме, показанной ниже:
Двигатель постоянного тока с независимым возбуждениемДвигатель постоянного тока с самовозбуждением подразумевает самовозбуждение, следовательно, в этом типе двигателя ток в обмотках подается самой машиной или двигателем. Двигатель постоянного тока с самовозбуждением подразделяется на двигатель с параллельной обмоткой и двигатель с последовательной обмоткой.
Они подробно объясняются ниже.Двигатель с параллельным возбуждением
Это наиболее распространенный тип двигателя постоянного тока. Здесь обмотка возбуждения подключена параллельно якорю, как показано на рисунке ниже:
Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткойУравнения тока, напряжения и мощности для параллельного двигателя записываются следующим образом.
Применяя KCL на стыке A на рисунке выше.
Сумма входящих токов в А = Сумма исходящих токов в А.
Где,
I — входной линейный ток
Ia — ток якоря
Ish — ток возбуждения шунта
Уравнение (1) — это уравнение тока.
Уравнения напряжения записываются с использованием закона напряжения Кирхгофа (KVL) для цепи обмотки возбуждения.
Для цепи обмотки якоря уравнение будет иметь вид:
Уравнение мощности будет иметь вид:
Потребляемая мощность = развиваемая механическая мощность + потери в якоре + потери в возбуждении.
Умножая уравнение (3) на Ia, получаем следующие уравнения.
Где,
VI a – электрическая мощность, подводимая к якорю двигателя.
Серийный двигатель с обмоткой
В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Схема подключения показана ниже: Двигатель с обмоткой серии
Применяя KCL на рисунке выше:
Где,
I se — последовательный ток возбуждения
Уравнение напряжения можно получить, применив KVL на приведенном выше рисунке.
Уравнение мощности получается умножением уравнения (8) на I получаем
Потребляемая мощность = развиваемая механическая мощность + потери в якоре + потери в поле (10), мы получим уравнение, показанное ниже:
Двигатель с комбинированной обмоткой
Двигатель постоянного тока, имеющий как шунтирующую, так и последовательную обмотку возбуждения, называется составным двигателем .