Электра – Статьи — Что такое автоматический выключатель и как он работает.

Автоматический выключатель — это электротехнический аппарат, предназначенный для автоматического отключения повреждённого участка электрической сети. За автоматическое отключение в аппарате отвечает особое устройство, именуемое «расцепитель». Собственно, из названия понятно, что устройство воздействует на механизм включения-отключения в автомате (так будем называть автоматический выключатель для краткости) и размыкает электрическую цепь.

Расцепители в автоматах бывают двух типов - электромеханические и электронные. Электромеханические, в свою очередь, делятся на тепловые и электромагнитные.

Электронные расцепители рассматривать не будем, т.к. в быту такие автоматы не используются по одной простой причине — высокая стоимость и абсолютно неприменимая в бытовых условиях функциональность.

Итак, тепловые и электромагнитные расцепители — что они из себя представляют и для чего нужны?

Ток, проходящий через тепловой расцепитель вызывает нагрев данного расцепителя.

При прохождении через автомат рабочего тока, не превышающего номинальное значение автомата, нагрев незначительный и не вызывает никаких воздействий на отключающий механизм автомата. Но при длительном прохождении тока, превышающего номинальный, происходит отключение автомата. При этом, чем больше ток, тем меньше время отключения. Данный тип расцепителя защищает вашу электрическую сеть от перегрузок и позволяет сохранить работоспособность сети при кратковременном характере и незначительной величине этих перегрузок. Устроен данный тип расцепителей следующим образом — токопроводящая (либо расположенная над нагревательным элементом, по которому проходит ток) пластина состоит из двух пластин различных металлов, соединённых между собой. Называется такая пластина биметаллической. Ввиду различных физических свойств этих металлов, они обладают различным коэффициентом теплового расширения, в результате чего при нагревании такой пластины происходит её механическая деформация — изгиб.

И благодаря такой деформации происходит механическое воздействие изгибающейся пластины на механизм отключения автомата.

Электромагнитный расцепитель. Как видно уже из названия, данный расцепитель состоит из электромагнита. Этот расцепитель предназначен для мгновенного отключения автомата при коротком замыкании. При прохождении токов короткого замыкания определённой величины, сердечник электромагнита втягивается и мгновенно отключает повреждённый участок.

Ниже приведены фотоизображения, на которых показаны устройство самых распространённых автоматических выключателей и обозначены вышеуказанные расцепители.

Ну и вот мы подобрались, наверное, к самому главному — чем определяется величина тока короткого замыкания, отключающего автомат? Помимо основных характеристик автоматических выключателей, таких как номинальный ток и количество полюсов, имеется ещё одна не менее важная — характеристика (кривая) отключения. В соответствии с ГОСТ Р 50345-2010, автоматические выключатели бывают с тремя основными видами электромагнитных расцепителей — B (диапазон отключения (3÷5)×I

ном), С (диапазон отключения (5÷10)×I_ном) и D (диапазон отключения (10÷20)×I_ном). Ну а нужны данные виды расцепителей для того, чтобы в вашей электрической сети была возможность обеспечения селективности срабатывания аппаратов защиты, иными словами — способность вашей электрической системы отключать повреждённый участок сети, не затрагивая неповреждённые.

Как это работает разберём на реальном примере. У многих из вас бывали ситуации, когда при коротком замыкании в каком-либо участке сети (к примеру, короткое замыкание в электроприборе, включённом в розетку) электричество отключалось во всём доме. И при проверке ваших распределительных щитов вы обнаруживали отключенные автоматы во всех щитах, вплоть до вводного, установленного на столбе.

Как избежать такой ситуации? — Установкой автоматов с различными типами расцепителя. Во-первых, такая ситуация возможна только тогда, когда у вас установлены автоматы с одним типом расцепителя, к примеру «С». При коротком замыкании возникает ток достаточной силы для отключения всех автоматов в цепи, а ввиду однотипности расцепителя, то отключаются они одновременно.

Избежать подобной ситуации можно следующим образом.

При получении технический условий на подключение вашего дома к электрическим сетям, электросетевая организация предписывает вам установить в вводном щите (назовём его ЩУР — щит учётно-распределительный) аппарат защиты на номинальный ток 63 А (при разрешённой стандартной мощности 15 кВт и при подключении по одной фазе (220 В)). В доме у вас установлен один распределительный щит (назовём его ЩР — щит распределительный), в котором установлен вводной автомат на номинальный ток также 63 А (нагрузку щита возьмём в номинальные 15 кВт). Расстановка автоматических выключателей будет выглядеть следующим образом: т.к. подключение однофазное, в щите ЩУР устанавливаем двухполюсный автоматический выключатель на номинальный ток 63 А, расцепитель характеристики D (т.к. в случае короткого замыкания в электрической сети дома этот автоматический выключатель должен отключиться в последнюю очередь).

Вводной автомат в щите ЩР устанавливаем аналогично вводному в щите ЩУР, но с расцепителем характеристики С. Ну а отходящие цепи в щите ЩР, с наибольшей вероятностью возникновения коротких замыканий (питание уличных электроприборов, питание электроприборов в сырых помещениях) лучше защищать с помощью автоматов с расцепителем характеристики В.

---

Устройство автоматических выключателей.

Одни из самых распространённых типов автоматических выключателей:

1. AE 1031M-2УХЛ4 с тепловым расцепителем.
2. ВА47-29 с комбинированным расцепителем (тепловой и электромагнитный).

---

Устройство автоматического выключателя AE 1031M-2УХЛ4:

1. Биметаллическая пластина, по которой проходит электрический ток.
2. Расцепитель.

---

Устройство автоматического выключателя ВА47-29:

1. Расцепитель.
2. Биметаллическая пластина со спиральным нагревательным элементом, по которому проходит электрический ток.
3. Электромагнит.
4. Силовой контакт выключателя.

  Все статьи

квартира, причины неисправности и ее устранение

При покупке современных автоматических выключателей требуется знать, что ремонту они не подлежат, поскольку изготавливаются в литом корпусе, детали не взаимозаменяемые. Приобрести новые электротехнические устройства не составляет труда – они продаются в любом строительном магазине и стоимость их весьма демократичная.

Содержание

1. Как работает автоматический выключатель
2. Основные проблемы
3. Устройство выбивает без видимых причин
4. Срабатывание при включении нагрузки
5. Автомат не включается
6. Заклинил рычаг
7. При КЗ не отключается автомат
8. Причины выбивания автомата
9. Дефект автомата
10. Неисправные бытовые приборы
11. Некорректная работа осветительных приборов
12. Дефекты в электропроводке
13. Как продлить жизнь автоматическому выключателю
14. Проверка автоматического выключателя

Как работает автоматический выключатель

Прежде чем выяснить основные причины, по которым автоматические выключатели выходят из строя, рекомендуется ознакомиться с устройством и принципом работы агрегата. В состав автомата входит несколько электромагнитных разъединителей, тепловых разъединителей и силовых контактов.

Особенность теплового разъединителя сводится к медленному срабатыванию при превышении номинального тока. Электромагнитное устройство срабатывает за доли секунды при превышении тока или коротком замыкании.

Основные проблемы

В состав конструкции входит небольшое количество деталей. Владельцы автоматических выключателей сталкиваются с тремя основными видами поломок:

• выбивает;
• не взводится;
• не выключается.

Если регулярно выбивает автомат, это может свидетельствовать о резком исчезновении напряжения или же при включении мощного бытового прибора одна из цепей отключается от питающей магистрали. Не включаться автомат может также по следующим причинам:

• От автомата отгорели провода или попросту оплавились.
• Не взводится рычаг по той причине, что его заклинило.
• При взведении рычага он сразу же опускается вниз, напряжение не появляется вовсе или появляется на короткий промежуток времени.

Все перечисленные неисправности требуют незамедлительного решения, в противном случае повышается вероятность возгорания.

Устройство выбивает без видимых причин

Одна из причин выбивания автомата — скачки напряжения

Регулярно автомат может отключаться из-за скачков напряжения в питающей сети или в результате некорректной работы теплового разъединителя. Первую проблему поможет устранить лишь стабилизатор напряжения, монтируемый по входу до автомата, но это требует больших финансовых затрат. Причиной отключения по тепловому разъединителю становится продолжительное, но незначительное отклонение по величине номинального тока.

Как правило, это свидетельствует не о поломке электротехнического устройства, а о его неправильном использовании. Например, если автомат трещит, гудит или неприятно пахнет – он перегружен. Также причиной может быть размыкание контактов.

Для устранения проблемы можно попробовать проверить затяжку провода и при необходимости достать его для очищения контактов от нагара и окислов, далее – затянуть заново. Без предварительной разборки автомата решить проблему не удастся. Если нет возможности провести процедуру, лучше приобрести новое устройство.

Стоимость нового автомата

Срабатывание при включении нагрузки

Поврежденная изоляция кабеля

Если автомат ведет себя некорректно при включении определенного бытового или осветительного прибора, проблема кроется в самом устройстве или проводе, ведущем к источнику проблемы. Короткое замыкание возникает в результате нарушения целостности изоляционного слоя кабеля.

Для решения проблемы требуется провести диагностику, основной кабель линии заменить временным. Если это помогло, предстоит полностью проверять проводку по дому и модернизировать или заменять ее.

Автомат не включается

Если человек пытается поднять рычаг, и он автоматически вновь опускается вниз, это может свидетельствовать о наличии КЗ или механическом износе рабочий узлов агрегата. Убедиться в этом можно достаточно просто – следует прозвонить питающую фазу на ноль индикаторной отверткой или омметром. Для решения проблемы восстанавливают изоляционный слой или производят замену кабеля, если же отсутствует КЗ, потребуется полная замена оборудования.

Заклинил рычаг

Встречается проблема, когда просто не удается сдвинуть рычаг с нижнего положения. Объяснение этому одно – заклинило механизм привода контактов. Образоваться проблема может в результате отключения устройства под нагрузкой или брызги заклинили подвижный контакт, образовалась сильная дуга. Как правило, для решения проблемы требуется устанавливать новый автомат.

При КЗ не отключается автомат

Существует две наиболее распространенные причины, по которым отсутствует реакция на КЗ:

• Заклинил или вышел из строя механизм электромагнитного разъединителя.
• Залипли контакты в результате перегревания и формирования дуг при размыканиях.

Для устранения проблемы требуется монтировать новый автомат.

Причины выбивания автомата

Чтобы автомат корректно работал, при покупке нужно изучать маркировку, выяснять, подходят ли параметры

Выделяют 5 основных причин, по которым выбивает автомат в квартире, и он не включается:

• В электрической проводке произошло короткое замыкание.
• Перегрузка электрической магистрали.
• Неисправность осветительных приборов или одного из них.
• Поломка автоматического выключателя.
• Некорректная работа одного из электрических приборов.

Дефект автомата

Вероятность, что был приобретен и установлен прибор с дефектами, ничтожно мала, особенно если предпочтение было отдано брендовым моделям. Единственный действенный способ проверить работоспособность автомата, установить на его место новый. Если новое устройство также выбивает, причина кроется совершенно в другом.

Как и другие электротехнические приборы, автоматический выключатель имеет свой эксплуатационный срок. Износ составляющих приводит к снижению производительности и ухудшению технических характеристик.

Неисправные бытовые приборы

Причиной выбивания автомата также может являться бытовая техника. Убедиться в этом можно следующими способами:

1. Изъять из розеток все подключенные бытовые приборы.
2. Если автомат не выбило, постепенно нужно подключать по одному электротехническому устройству.
3. Как только автомат отключится, будет понятно, какой из приборов неисправен.

Если некоторая бытовая техника подключена напрямую, например, посудомоечные машины или кондиционеры, обесточить их можно только в распределительном щитке.

Некорректная работа осветительных приборов

Если автомат выбивает при включении света, нужно проверить лампочки и патроны

Встречаются ситуации, когда автомат выбивает с включением осветительного прибора. Это свидетельствует о неисправности люстры.

• Замыкание в цоколе лампы. Выкручивают все лампочки и поочередно подключают.
• Плохой контакт между проводкой внутри люстры и питающей токопроводящей жилой.

Со стремительным ростом популярности светодиодных ламп становится распространенной проблема выбивания автоматов. Обусловлено это наличием трансформатора, предназначенного для работы на 12 вольт. Для решения проблемы нужно установить новый осветительный прибор или приобрести другой трансформатор.

Дефекты в электропроводке

Если причина в проводке, проблемы может быть две:

• Износ изоляционного материала в проводнике.
• Плохие контакты.

Первый случай в сравнении со вторым более сложный. Как правило, он касается и короткого замыкания. Найти участок КЗ без специального оборудования невозможно. В последнем случае достаточно разобрать розетку и почистить контакты.

Как продлить жизнь автоматическому выключателю

Чтобы продлить эксплуатационный срок автоматического выключателя, требуется руководствоваться двумя простыми советами:

• Нельзя выключать устройство, которое находится под нагрузкой.
• Нельзя перегружать защищаемую линию током выше номинального.

Когда по контактам протекает ток, и их собираются разъединить, образуется дуга. В результате сокращается эксплуатационный период оборудования, контакты быстро выходят из строя и обугливаются.

Проверка автоматического выключателя

Убедиться в работоспособности автоматического выключателя можно самостоятельно без использования специального оборудования. Для этого придерживаются следующего алгоритма действий:

1. Полностью обесточить щиток в квартире, офисе, загородном доме и т.д.
2. Обесточить автоматический выключатель.
3. Приступить к регулированию рычажка автомата. Его включение и отключение должно сопровождаться характерным щелчком.

Если никаких звуков не исходит, прибор неисправен и требуется его замена. Если же звук слышен, требуется измерить уровень сопротивления на клеммах между выключателями. При включенном положении значение должно быть приближено к нулю, а при выключенном, напротив, к бесконечности.

Автоматический выключатель – это чрезвычайно удобная и функциональная электротехническая деталь, которая делает использование электроэнергии более безопасной. Приобретать их рекомендуется в специализированных магазинах, где продается только сертифицированная и оригинальная продукция.

Какие автоматические выключатели выбрать.

Разновидности выключателей.

Содержание:

1. Какие выбрать автоматические выключатели: разновидности
2. Серии автоматических выключателей Legrand: обзор коллекций

Коммутационные аппараты контактного типа, предназначенные для включения, проведения и отключения тока в цепи в заданный период времени, называются автоматическими выключателями. Встроенные многоразовые предохранители позволяют обезопасить прибор и сопряженную систему от перегрузки или короткого замыкания. Первые автоматы защиты были созданы еще в девятнадцатом столетии, в начале прошлого века – появился первый патент современной конструкции, на данный момент существуют несколько разновидностей с различными возможностями.

Какие выбрать автоматические выключатели: разновидности

Основная задача автомата – отслеживать показатели тока и обесточить сеть при возникновении перегрузки, чтобы не допустить повреждения подключенных устройств или электротрассы.

Конструктивно автоматический выключатель состоит из пластикового короба, клемм для подсоединения проводов, тумблера, а также расцепителей. Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, которая под воздействием чрезмерного тока начинает изгибаться, на что и срабатывает автомат. Этот процесс занимает некоторое время. Электромагнитный расцепитель – это соленоид с сердечником. Он отвечает за мгновенное отключение от питания при токах короткого замыкания. На автоматах имеет маркировка, позволяющая определить его технические характеристики, возможности и сферу применения.

Литеры (A, B, C, D и др.) – означают класс прибора по пределу тока, после которого автомат мгновенно отключит питание. По правилам устройства электроустановок выделяют следующие разновидности автоматов:

• Класс МА. Отличаются отсутствием теплового расцепителя, вместо него установлено реле максимального тока. Обычно такие приборы используются при подключении ресурсоемкого оборудования, например, электрических моторов.

• Класс А. Приборы с высокой чувствительностью. Тепловой расцепитель начинает реагировать, когда превышение по току достигает 30% от номинала устройства. Отключение происходит за 20-30 с. Электромагнитная катушка срабатывает при 100% превышении, время отклика составляет 0.05 с. Выключатели А интегрируют в линии, где недопустимы даже кратковременные сбои и перегрузы.

• Класс В. Более морально устойчивые механизмы. Электромагнитный расцепитель реагирует на токи, превышающие номинал не менее чем на 200%. Отклик при этом еще стремительней – 0.015 с. Тепловая пластина в аналогичной ситуации сработает за 4-5 с. Подобные автоматы устанавливаются в отдельные линии с розетками и осветительными приборами, то есть там, где пусковой рост тока имеет минимальный показатель или отсутствует вовсе.

• Класс С. Способны выдерживать значительные перегрузки, поэтому обычно устанавливаются в общие бытовые электросети. Активация электромагнитной катушки происходит при увеличении потока электронов в 5 раз. Если вдруг этого не происходит, срабатывает биметаллическая пластина и сеть отключается через 1.5 с. Использование в доме автоматических выключателей разных классов, например, В и С, позволяет сохранить избирательность автоматов, и если на одной ветке произойдет короткое замыкание, это не повлечет за собой обесточивания всей линии.

• Класс Д. Самые толстокожие приборы с высокой устойчивостью к перегрузкам. Электромагнитная катушка срабатывает при превышении тока в 10 раз, биметаллический расцепитель начинает реагировать через 0.4 с. Чаще всего устройства используют для подстраховки в общих сетях. Если вдруг не сработала защита цепи в отдельных помещениях, в ход идут автоматы Д. Применяют их и в системах с большими пусковыми токами, к которым подключены мощное электрооборудование.

• Класс К. Предназначены для цепей с большим диапазоном величин тока. Для переменного тока допустимо превышение номинала в 12 раз, для постоянного – 18-кратное увеличение. Электромагнитная катушка сработает при этом сработает за 0.02 с. А вот терморасцепитель может среагировать при росте тока на 5%. Поэтому устройства этого типа применяют только для индукционных цепей.

• Класс Z. Используются для цепей с электронными устройствами. Срабатывают, если превышение переменного тока достигло 3-кратного значения, постоянного – в 4.5 раза больше номинала.

Кроме классов, автоматы отличаются номиналом. В маркировке следом за буквой следует номинальное значение тока – 10, 50 и т. д. Чтобы понять, какие автоматические выключатели выбрать, необходимо суммировать токовую нагрузку всех подключаемых электроприборов (холодильник, телевизор, стиральная машина, вентилятор и т.д.). Номинал должен покрывать общее число. Обычно на слабонагруженные линии ставит класс В с номиналом 10 или 16. Если в квартире/доме имеются бойлеры, кондиционеры, электроотопление и другая прожорливая техника, то лучше ставить класс С, так как величина пусковых токов может превышать номинал в 2-3 раза.

Разделяют автоматические выключатели и по фазности (полюсности) – одно-, двух-, трех- и четырехполюсные. Первые, размыкающие фазный проводник, обычно монтируют в жилых домах. Двухполюсные (фаза+нейтраль) расцепляют оба провода одновременно, используются в небольших офисах или домах с большим количеством ресурсоемкой техники или мощного оборудования. Трех и четырехполюсные устройства применяются на промышленных площадках и производствах, где установлены линии с напряжением 380 В.с

Серии автоматических выключателей Legrand: обзор коллекций

Фирма Legrand предлагает автоматы для бытового и технического применения. Их отличительные черты – надежные материалы, новые технологии, полная безопасность. На сайте интернет-магазина представлено более 480 автоматических выключателей. Чтобы подобрать правильную модель, можно воспользоваться удобной системой фильтров. Удобнее всего ориентироваться на выпускаемые серии:

RX3. Относится к бюджетному сегменту, отключающая способность – 4500 А. Простой монтаж, надежная конструкция, безопасная эксплуатация и демократичная цена делают эту линейку весьма популярной. По своим характеристиками прибор подходит для эксплуатации в квартирах, жилых домах, небольших офисах или торговых площадках. Серия получила изолированные зажимы туннельного типа с маркировкой IP2X. Сечение подсоединяемых проводников – до 35 мм². Для обслуживания подходят как крестообразные, так и плоские отвертки. Для монтажа на DIN-рейку на задней стороне аппарата предусмотрены защелки с двумя фиксируемыми положениями. Корпус выполнен из прочного пластика. Производитель заявляет о повышенной износостойкости автоматов – до 10000 электрических и 20000 механических операций. диапазон рабочих температур расширен от -25 до +75°С. Качество сборки подтверждено международными и российскими сертификатами.

TX3. Линейка автоматов с отключающей способностью 6000 А или 10000 А, класса В или С, с номинальным током от 6 до 63 А. Расцепители – термомагнитные. Внутри корпуса из самозатухающего полиэстера имеется полость для циркуляции воздуха, что предотвращает перегрев прибора. Степень защиты оболочки IP40, зажимов – IP2Х. Выводы клемм оснащены пломбируемыми крышками. Применяются для установки в распределительные щиты на промышленных и коммерческих площадках. Автоматы типа B рекомендуется ставить для защиты деревянных домов и дач.

DX3. Мощные аппараты для использования в крупных жилых комплексах и коммерческих объектах, где требуется высокая степень надежности и безопасности. Отключающая способность до 50 кА, номинальный ток – до 125 А. Номинальное напряжение – 230/400В, 400В. Legrand заботится не только о людях, но и о природе – 80% применяемого сырья подлежит вторичной обработке. Дополнительный плюс – пластиковое окошко для ручной маркировки, цветное обозначение положений тумблера (красный – включен, зеленый – отключен). В пределах одной линейки можно выбрать автомат под нужды общей или отдельной ветви, что обеспечивает селективность цепи.

В каталоге Legrand представленные все вышеперечисленные серии. Это одно-, двух-, трех- и четырех полюсные приборы класса В или С. Традиционно количество модулей соответствует полюсности аппарата. Все изделия промаркированы, имеют сопроводительную документацию (сертификаты). Для облегчения поиска и выбора разработана система фильтров по характеристикам и сортировки по популярности, цене или артикулу.

Электрические машины | Департамент энергетики

Передовое производство и промышленная декарбонизация

В 2013 году на электроэнергию приходилось примерно 40% потребления первичной энергии в Соединенных Штатах, а на производство приходилось более четверти конечного потребления. Системы с электродвигателями использовали 68% этой общей электроэнергии для основных энергоемких промышленных процессов, таких как охлаждение, насосы, вентиляторы, компрессоры, погрузочно-разгрузочные работы, обработка материалов и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Программа AMO «Электрические машины нового поколения» (NGEM) представляет собой проект НИОКР, в котором используются последние технологические достижения в области силовой электроники и электродвигателей для разработки нового поколения энергоэффективных, высокоскоростных, интегрированных приводных систем среднего напряжения с высокой плотностью мощности для широкий спектр критически важных энергетических приложений.

Усовершенствования систем промышленных электродвигателей могут быть реализованы за счет применения ключевых технологий, таких как устройства с широкой запрещенной зоной, передовые магнитные материалы, улучшенные изоляционные материалы, агрессивные методы охлаждения, конструкции высокоскоростных подшипников и улучшенные проводники или сверхпроводящие материалы. Программа NGEM будет способствовать пошаговым изменениям, которые позволят более эффективно использовать электроэнергию, а также уменьшить размер и вес системы привода, развивая долгосрочные возможности для разработки материалов и дизайна двигателей, которые уменьшат энергопотребление отрасли и выбросы парниковых газов, поддерживая глобальный рынок США. Конкурентоспособность экологически чистых энергетических продуктов.

На данный момент эти усилия по НИОКР состоят из двух отдельных возможностей финансирования и будут использовать работу Института Power America при Департаменте по полупроводникам WBG. Возможности финансирования и избранные проекты перечислены ниже.

NGEM: ДВИГАТЕЛИ МЕГАВАТТНОГО КЛАССА

В сентябре 2015 года было выбрано пять проектов с целью объединения широкозонной технологии (WBG) с достижениями для крупногабаритных двигателей. В рамках проектов будут разработаны интегрированные приводные системы среднего напряжения, в которых используются преимущества широкозонных устройств с энергоэффективными, высокоскоростными, прямыми приводами и электродвигателями мегаваттного класса для повышения эффективности и удельной мощности в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, инфраструктуре природного газа и Компрессоры общепромышленного применения, такие как системы отопления, вентиляции и кондиционирования, холодильные установки и насосы для сточных вод. Эти области применения представляют собой значительное количество моторных установок, большое количество потребляемой электроэнергии и значительные возможности для конкурентоспособности американских технологий и производства. Целью проектов является уменьшение размеров двигателей и приводных систем мегаваттного масштаба до 50 процентов и сокращение потерь энергии на целых 30 процентов.

ИЗБРАННЫЕ ПРОЕКТЫ

Высокочастотный привод среднего напряжения с поддержкой SiC для высокоскоростных двигателей

Интегрированный электропривод с высоким напряжением ² Модульная электрическая машина и силовые преобразователи на основе SiC

Полностью интегрированный высокоскоростной двигатель мегаваттного класса и высокочастотная система привода с регулируемой скоростью

Встроенный преобразователь частоты SiC 15 кВ и высокоскоростной двигатель MW для газокомпрессионных систем

Встроенный привод и двигатель среднего напряжения

NGEM: ENABLING TECHNOLOGIES

В ноябре 2016 года было отобрано тринадцать проектов, направленных на развитие технологий, которые будут способствовать экономически эффективному повышению эффективности и снижению веса электрических машин при одновременном устранении ограничений, связанных с традиционно используемыми проводящими металлами и электротехническими сталями. Целью инициативы является разработка и демонстрация масштабируемых высокопроизводительных процессов для производственных технологий, в том числе:

• высокоэффективных тепловых и электрических проводников,
• производство кремнистой стали с низкими потерями,
• производство высокотемпературных сверхпроводящих проводов и
• другие технологии, позволяющие повысить производительность.

Эти передовые технологии могут помочь производителям в совокупности сэкономить почти 44 тераватт-часа в год, что составляет примерно 1,6% от общего потребления электроэнергии в США, и проложить путь к дальнейшей экономии на двигателях с регулируемой скоростью. Кроме того, эти же технологии улучшат двигатели, используемые в растущем секторе чистой энергетики, помогая производителям ветряных и солнечных батарей, электромобилей и аккумуляторов.

ИЗБРАННЫЕ ПРОЕКТЫ

Углеродные проводники, соединенные нанометаллами, для перспективных электрических машин

Металлические (Cu, Al) композитные провода CNT для энергоэффективных двигателей

Углеродные проводники для легких двигателей и генераторов

Сплав Si-Al-Cr-Mn для высокого удельного сопротивления

Полоса из высококремнистой стали, полученная одностадийной обработкой деформации сдвигом

Передовое производство высокоэффективных сверхпроводниковых проводов для электрических машин нового поколения

Усовершенствованный провод 2G HTS для применения в электродвигателях

Процессы производства провода 2G HTS

Экономичные проводники, кабели и катушки для вращающихся электрических машин с высоким полем

Композитное покрытие полидофамин/ПТФЭ для крупных подшипников скольжения Generation Electric Machines

Высокоэффективный осевой двигатель с коническим воздушным зазором, использующий магнитомягкие композиты и текстурированную электротехническую сталь

Аморфные и нанокомпозитные магниты для высокоэффективных высокоскоростных двигателей

Система изоляции с регулируемым сопротивлением для двигателей нового поколения с питанием от преобразователя

11.

2 Электрические машины — генераторы и двигатели | Электродинамика

11.2 Электрические машины – генераторы и двигатели (ESCQ4)

Мы видели, что при движении проводника в магнитном поле или при движении магнита вблизи проводника в проводнике течет ток. Величина тока зависит от:

• скорость, с которой проводник подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля,
• количество витков, из которых состоит проводник, а
• положение плоскости проводника по отношению к магнитному поле.

Влияние ориентации проводника по отношению к магнитному полю показано на рис. 11.1.

Рисунок 11.1: Серия рисунков, показывающая, что магнитный поток через проводник равен зависимый под углом, который плоскость проводника образует с магнитным полем. величайший поток проходит через проводник, когда плоскость проводника перпендикулярно к силовые линии магнитного поля, как на рис. 11.1 (а). Число силовых линий, проходящих через проводник, уменьшается по мере вращения проводника до того как она параллельна магнитному полю Рис. 11.1 (в).

Если ЭДС индукции и ток в проводнике изобразить как функцию угла между плоскостью проводника и магнитным полем для проводника, имеющего постоянная скорость вращения, то ЭДС индукции и ток будут изменяться, как показано на рис. 11.2. Текущие чередуются около нуля и известен как переменного тока (сокращенно АС).

Рисунок 11.2: Изменение ЭДС индукции и тока в зависимости от угла между плоскостью дирижер и меняется магнитное поле.

Угол изменяется в зависимости от времени, поэтому приведенные выше графики можно отобразить на оси времени. также.

Вспомните Закон Фарадея, о котором вы узнали в 11 классе:

Закон Фарадея

ЭДС, \(\mathcal{E}\), индуцированная вокруг одной петли проводника, пропорциональна скорость изменения магнитного потока φ через площадь, \(A\) цикла. Математически это можно выразить так:

. \[\mathcal{E} =-N\frac{\Delta \phi}}{\Delta t}\]

, где \(\phi =B·A\cos\theta\) и \(B\) — напряженность магнитного поля.

Закон Фарадея связывает ЭДС индукции со скоростью изменения магнитного потока, которая является произведением напряженности магнитного поля и поперечного сечения область, через которую проходят силовые линии. Площадь поперечного сечения изменяется по мере того, как петля проводника вращается что порождает фактор \(\cos\theta\). \(\theta\) — угол между нормаль к площади поверхности петли проводника и магнитному полю. Когда проводник с замкнутым контуром меняет ориентацию по отношению к магнитному полю, величина магнитный поток через площадь контура изменяется и в проводящем проводнике индуцируется ЭДС петля.

временный текст

Электрические генераторы (ESCQ5)

Генератор переменного тока (ESCQ6)

Используется принцип вращения проводника в магнитном поле для получения тока в электрогенераторах. Генератор преобразует механическую энергию (движение) в электроэнергия.

Генератор

Генератор представляет собой устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. энергия.

Схема простого генератора переменного тока показана на рис. 11.3. Проводник образован катушкой проволоки, помещенной в магнитное поле. проводник вращается вручную в магнитном поле. Это порождает чередование э.д.с. Переменный ток должен передаваться от проводника к нагрузке, это система, для работы которой требуется электрическая энергия.

Нагрузка и проводник соединены контактным кольцом. Контактное кольцо это соединитель, который может передавать электричество между вращающимися частями машины. Состоит из кольца и щеток, одна из которых неподвижна. по отношению к другому. Здесь кольцо крепится к проводнику и щеткам. прикреплены к грузу. Ток возникает во вращающемся проводнике, проходит в контактные кольца, которые вращаются против щеток. Ток передается через щетки в нагрузку, и таким образом система питается.

Рисунок 11.3: Схема генератора переменного тока.

Направление тока меняется с каждым полуоборотом катушки. Когда одна сторона петли переходит на другую полюса магнитного поля, ток в контуре меняет направление. Этот тип тока, который меняет направление, известен как переменный ток, а на рис. 11.4 показано, как он происходит при вращении проводника.

Рисунок 11.4: Красные (сплошные) точки обозначают ток, выходящий из страницы, а крестики показать текущий заходим на страницу. Генераторы переменного тока

также известны как генераторы переменного тока. Их можно найти в автомобилях для зарядки автомобильный аккумулятор.

временный текст

Генератор постоянного тока (ESCQ7)

Простой генератор постоянного тока сконструирован так же, как и генератор переменного тока, за исключением того, что одно токосъемное кольцо, которое разделено на две части, называемое коммутатором, поэтому ток в в внешняя цепь не меняет направление. Схема генератора постоянного тока показана на Рисунок 11.5. Коммутатор с разрезным кольцом приспосабливается к изменению направление тока в петле, таким образом создавая постоянный ток (DC), идущий через щетки и выход на трассу. Ток в петле имеет обратное направление, но если ты посмотришь внимательно на 2D-изображении вы увидите, что сечение коммутатора с разъемным кольцом также меняется с какой стороной цепи он соприкасается. Если ток меняет направление одновременно время что коммутатор меняет местами, во внешней цепи всегда будет протекать ток в то же направление.

Рисунок 11. 5: Схема генератора постоянного тока.

Форма ЭДС от генератора постоянного тока показана на рис. 11.6. ЭДС не постоянная, а абсолютная. значение синусоиды/косинуса.

Рисунок 11.6: Изменение ЭДС в генераторе постоянного тока.

Генераторы переменного и постоянного тока (ESCQ8)

Проблемы, связанные с установлением и разрывом электрического контакта с подвижной катушкой, искрообразование и нагрев, особенно если генератор вращается на высокой скорости. Если атмосфера вокруг машины содержит горючие или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразующих щеточных контактов еще больше.

Если вращается магнитное поле, а не катушка/проводник, то щетки не нужны в генераторе переменного тока (альтернатор), поэтому у генератора не будет тех же проблем, что и у постоянного тока генераторы. Те же преимущества переменного тока по сравнению с постоянным для конструкции генератора также применимы к электродвигателям. В то время как двигателям постоянного тока нужны щетки для электрического контакта с движущимися катушками проволоки, двигатели переменного тока моторы нет. На самом деле конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их генератор. аналоги. Двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током. через его неподвижные катушки проволоки, чтобы заставить магнит вращаться. Двигатель постоянного тока зависит от замыкание и разрыв контактов щеток подключения к обратному току через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).

временный текст

Электродвигатели (ESCQ9)

Основные принципы работы электродвигателя такие же, как у генератора, за исключением того, что двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).

Электродвигатель

Электродвигатель представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. энергия.

Если поместить движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, она испытает силу, называемую силой Лоренца .

Сила Лоренца

Сила Лоренца — это сила, с которой сталкивается движущаяся заряженная частица в электрический и магнитное поле. Магнитная составляющая: 9{-1}$}\)) и \(B\) — напряженность магнитного поля (в Тесла, Т).

На этой диаграмме показан положительный заряд, движущийся между двумя противоположными полюсами магниты. направление движения заряда указано оранжевой стрелкой. Так и будет испытать сила Лоренца, которая будет действовать в направлении зеленой стрелки.

Токонесущий проводник, в котором ток направлен в сторону оранжевого цвета. стрелка, также будет испытывать магнитную силу, зеленая стрелка, из-за Лоренц сила, действующая на движущиеся отдельные заряды в текущем потоке.

Если направление тока меняется на противоположное для того же направления магнитного поля, тогда направление магнитной силы также изменится на противоположное, как указано в этом диаграмма.

Можно, если есть два параллельных проводника с током в противоположных направлениях. будут действовать магнитные силы в противоположных направлениях.

Электродвигатель работает, используя источник ЭДС, чтобы заставить ток течь в петле проводник так, что сила Лоренца на противоположных сторонах петли находится в противоположный направления, которые могут заставить петлю вращаться вокруг центральной оси.

Сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля, называется силой Ампера. закон.

Направление магнитной силы перпендикулярно как направлению потока тока и направления магнитного поля и может быть найдено с помощью Правило правой руки , как показано на рисунке ниже. Используй свой правая рука ; Ваш первый палец указывает в направлении ток, второй палец в направлении магнитного поля и большой палец тогда будет указывать направление действия силы.

И моторы, и генераторы можно описать с точки зрения катушки, которая вращается в магнитном поле. поле. В генераторе катушка подключена к внешней цепи, которая вращается, в результате меняется поток, который индуцирует ЭДС. В двигателе катушка с током в магнитное поле испытывает силу с обеих сторон катушки, создавая скручивание сила (называется крутящий момент , произносится как «разговор»), что заставляет его вращаться.

Если ток переменный, два токосъемных кольца необходимы для создания двигателя переменного тока. Двигатель переменного тока показано на рис. 11.7

Рисунок 11.7: Схема двигателя переменного тока.

Если ток постоянный, для создания двигателя постоянного тока требуются коммутаторы с разъемным кольцом. Это показано на рисунке 11.8.

Рисунок 11.8: Схема двигателя постоянного тока.

временный текст

Реальные приложения (ESCQB)

Автомобили

В автомобиле есть генератор. Когда двигатель автомобиля работает на генератор заряжает аккумулятор и питает электрическую систему автомобиля.

Генераторы

Попробуйте выяснить различные значения тока, вырабатываемые генераторами для разные типы машин. Сравните их, чтобы понять, какие числа иметь смысл в реальном мире. Вы найдете разные значения для автомобилей, грузовики, автобусы, лодки и т. д. Попробуйте выяснить, какие другие машины могут иметь генераторы.

Автомобиль также содержит электродвигатель постоянного тока, стартер, для проворачивания двигателя. чтобы начать это. Стартер состоит из очень мощного электродвигателя постоянного тока и стартера. соленоид, прикрепленный к двигателю. Стартеру для проворачивания двигателя требуется очень большой ток. подключен к батарее с большими кабелями, чтобы нести большой ток.

Производство электроэнергии

Для производства электроэнергии для массового распределения (в дома, офисы, фабрики) и так далее), обычно используются генераторы переменного тока. Электроэнергия, произведенная массивный электростанции обычно имеют низкое напряжение, которое преобразуется в высокое напряжение. это эффективнее распределять электроэнергию на большие расстояния в виде высоких линии электропередач по напряжению.

Затем высокое напряжение преобразуется в 240 В для потребления в домах и офисах. Этот обычно делается в пределах нескольких километров от того места, где он будет использоваться.

Рисунок 11.9: На электростанциях используются генераторы переменного тока (все типы, гидро- и угольные электростанции (швон) для выработки электроэнергии.

Генераторы и двигатели

Упражнение из учебника 11.1

Укажите разницу между генератором и двигателем.

Электрический генератор представляет собой механическое устройство, преобразовывать энергию источника в электрическую энергия.

Электродвигатель представляет собой механическое устройство для преобразования электрическая энергия от одного источника к другому образуют энергию.

Используйте закон Фарадея, чтобы объяснить, почему индуцируется ток в катушке, которая вращается в магнитном поле.

Закон Фарадея гласит, что изменяющийся магнитный поток может индуцировать ЭДС, когда катушка вращается в магнитный поле можно изменить вращение поток, тем самым индуцируя ЭДС.

Если вращение катушки таково, что поток не меняется, т.е. поверхность витка останки параллельно магнитному полю, то не должно быть ЭДС индукции.

Объясните основной принцип работы генератора переменного тока в катушка которого механически вращается в магнитное поле. Нарисуйте схему, подтверждающую ваше отвечать.

Решение пока недоступно

Объясните, как работает генератор постоянного тока. Нарисуйте схему, чтобы поддержите свой ответ. Кроме того, опишите, как DC генератор отличается от генератора переменного тока.

Решение пока недоступно

Объясните, почему катушка с током помещена в магнитное поле (но не параллельное полю) получится. Обратите внимание на силу, действующую на перемещение заряды магнитным полем и крутящий момент на катушка.

Катушка с током в магнитном поле действует сила с обеих сторон катушки это не параллельно магнитному полю, создавая крутящая сила (называемая крутящим моментом), которая заставляет его повернуть. Любая катушка с током может чувствовать силу в магнитное поле. Сила возникает из-за магнитная составляющая силы Лоренца на движущиеся заряды в проводнике, называемые амперовыми Закон. Сила на противоположных сторонах катушки будет равна в противоположных направлениях, потому что заряды движутся в противоположных направлениях.

Объясните принцип работы электродвигателя. Нарисуйте схему, подтверждающую ваш ответ.

Решение пока недоступно

Приведите примеры использования генераторов переменного и постоянного тока.

Автомобили (как переменного, так и постоянного тока), производство электроэнергии (переменного тока) только) везде, где требуется источник питания.

Приведите примеры использования двигателей.

Насосы, вентиляторы, приборы, электроинструменты бытовые бытовая техника, оргтехника.

Электроприводы – Основы электрических машин

Батареи и энергетические технологии

Как найти дорогу Спонсоры Бесплатный отчет Покупка аккумуляторов в Китае   Woodbank не отслеживает и не записывает эти электронные письма Другие спонсоры       Принципы   Действие двигателя Майкл Фарадей показал, что прохождение тока через проводник, свободно подвешенный в фиксированном магнитном поле, создает силу, заставляющую проводник двигаться в этом поле. И наоборот, если стеснен проводник, а не магнит, то магнит, создающий поле, будет двигаться относительно проводника. В более общем смысле сила, создаваемая током, теперь известная как сила Лоренца, действует между проводником с током и магнитным полем или магнитом, создающим поле. Величина силы, действующей на проводник, определяется по формуле: Ф = БЛИ Где F — сила, действующая на проводник, L — длина проводника, а I — ток, протекающий через проводник   Действие генератора Фарадей также показал, что верно и обратное: движение проводника через магнитное поле или перемещение магнитного поля относительно проводника вызывает протекание тока в проводнике. Величина ЭДС, генерируемой таким образом, определяется как: Е = BLv Где E — ЭДС генератора (или противо-ЭДС в двигателе), а v — скорость проводника через поле   Альтернативное моторное действие (интерактивные поля) Другая форма движущей силы, которая не зависит от силы Лоренца и течения электрического тока, в принципе может быть получена из чисто притягивающей (или отталкивающей) магнитной силы, которая действует на магнит или на магниточувствительные материалы, такие как как железо, если их поместить в поле другого магнита. Примером может служить движение стрелки компаса в присутствии магнита. На практике, однако, по крайней мере один магнит, создающий поле, должен быть электромагнитом, чтобы получить необходимый контроль магнитного поля для достижения устойчивого движения, а также практических уровней крутящего момента.   Бесщеточные двигатели постоянного тока и реактивные двигатели зависят от этого явления, известного как «реактивный момент», поскольку в роторе не протекает электрический ток. Вращательное движение достигается последовательным пульсированием полюсов статора для создания вращающегося магнитного поля, которое увлекает за собой движущийся магнит. В асинхронных двигателях переменного тока вращающееся поле создается другим методом, и основное действие двигателя зависит от силы Лоренца, однако синхронные двигатели переменного тока имеют магнитные элементы ротора, которые вращаются синхронно с вращающимся полем, как и в бесщеточном двигателе постоянного тока. .   Момент сопротивления Крутящий момент создается за счет реакции между магнитными полями. Рассмотрим небольшой стержневой магнит в поле другого большего магнита, такого как зазор между полюсами подковообразного магнита или одной из пар полюсов электродвигателя. (См. схему реактивного двигателя). Когда стержневой магнит выровнен с полюсами большого магнита, его поле будет на одной линии с внешним полем. Это положение равновесия, и на стержень не будет воздействовать никакая сила, чтобы сдвинуть его. Однако, если стержень смещен относительно полюсов, либо повернут, либо смещен, на него будет действовать сила, возвращающая его в соответствие с внешним полем. В случае бокового смещения сила уменьшается по мере увеличения расстояния, но в случае вращения сила будет возрастать, достигая максимума, когда стержень находится под прямым углом к ​​внешнему полю. Другими словами, крутящий момент на магните максимален, когда поля ортогональны, и равен нулю, когда поля выровнены.   Явные полюса Двигатели, зависящие от реактивного крутящего момента, обычно имеют «явно выступающие полюса» — выступающие полюса. Это делается для того, чтобы сконцентрировать поток в дискретных угловых секторах, чтобы максимизировать и сфокусировать силу выравнивания между полями.   Крутящий момент от вращающихся полей В двигателях, которые зависят от вращающихся полей, таких как асинхронные двигатели, бесщеточные двигатели постоянного тока и реактивные двигатели, мгновенный крутящий момент на роторе зависит от его углового положения по отношению к угловому положению волны потока. Хотя волна потока пытается притянуть полюса ротора в соответствии с потоком, всегда будут инерция и потери, удерживающие ротор. Накладка Трение, ветер и другие потери заставляют ротор асинхронного двигателя вращаться с меньшей скоростью, чем вращающееся поле, что приводит к угловому смещению между вращающейся магнитной волной и вращающимся полем, связанным с полюсами ротора. Разница между скоростью волны потока и скоростью ротора называется «скольжением», а крутящий момент двигателя пропорционален скольжению. Моментный уголок Даже в синхронных двигателях, в которых ротор вращается с той же скоростью, что и волна потока, из-за упомянутых выше потерь полюса ротора никогда не достигнут полного совпадения с пиками волны потока, и все равно будет смещение между вращающаяся волна потока и вращающееся поле. Иначе не было бы крутящего момента. Это смещение называется «угол крутящего момента». Крутящий момент двигателя равен нулю, когда угол крутящего момента равен нулю, и максимален, когда угол крутящего момента равен 9.0 градусов. Если угол крутящего момента превышает 90 градусов, ротор выйдет из синхронизма и остановится.   Электрические машины Большинство продаваемых сегодня электрических машин (двигателей и генераторов) по-прежнему основаны на силе Лоренца, и их принцип действия можно продемонстрировать на приведенном ниже примере, в котором одновитковая катушка, по которой течет электрический ток, вращается в магнитном поле. поля между двумя полюсами магнита.   Для многовитковых катушек эффективный ток составляет NI (Ампер-витки), где N — количество витков в катушке. Если на катушку подается ток, машина действует как двигатель. Если катушку вращать механически, в катушке индуцируется ток, и таким образом машина действует как генератор.   Во вращающихся машинах вращающийся элемент называется ротором или якорем, а неподвижный элемент называется статором.   Действие и противодействие На практике эффекты двигателя и генератора имеют место одновременно. Прохождение тока через проводник в магнитном поле заставляет проводник двигаться через поле, но как только проводник начинает двигаться, он становится генератором, создавая ток через проводник в направлении, противоположном приложенному току. Таким образом, движение проводника создает «обратную ЭДС», которая противодействует приложенной ЭДС. Обратное перемещение проводника через поле вызывает протекание тока через проводник, который, в свою очередь, создает силу на проводнике, противодействующую приложенной силе.   Фактический ток, протекающий в проводнике, определяется как: И = (В — Е)       Р Где В — приложенное напряжение, E — противоЭДС, а R — сопротивление проводника (якоря двигателя).   Уравнение ЭДС Исходя из вышеизложенного, противо-ЭДС в электродвигателе равна приложенному напряжению за вычетом падения напряжения на якоре. Э = В — РИ Это известно как «Уравнение ЭДС двигателя». Падение напряжения на якоре RI иногда называют Net Voltage .   Уравнение мощности Умножение напряжения на ток якоря для получения мощности дает следующее соотношение: P = EI = VI — I 2 R Это показывает, что механическая мощность, выдаваемая двигателем, равна противоЭДС, умноженной на ток якоря ИЛИ электрическая мощность, приложенная к двигателю, за вычетом I 2 Р Потери в обмотках. (без учета потерь на трение). Это известно как «уравнение мощности двигателя».   Рабочее равновесие под нагрузкой Описанные выше эффекты «действие и реакция» обеспечивают важный автоматический саморегулирующийся механизм обратной связи как в двигателях постоянного, так и переменного тока для адаптации к изменениям приложенной нагрузки. По мере увеличения нагрузки на двигатель он имеет тенденцию замедляться, уменьшая противо-ЭДС. Это, в свою очередь, позволяет протекать большему току, создавая больший крутящий момент, чтобы выдерживать возросшую нагрузку, пока не будет достигнута точка баланса или равновесия. Таким образом, двигатель установит скорость, соответствующую требуемому крутящему моменту. См. также Управление питанием ниже.   Магнитные поля Магнитное поле двигателя создается статором, а в приведенном выше примере статор представляет собой постоянный магнит, однако в большинстве электрических машин магнитное поле создается электромагнитным путем с помощью катушек, намотанных вокруг полюсов статора. Обмотки статора также называют обмотками возбуждения, а двигатель называется «находящимся под напряжением». Ротор обычно намотан на железный сердечник для повышения эффективности магнитной цепи машины. Магнитные цепи В случае электрических машин магнитная цепь представляет собой путь магнитного потока через корпус статора, через воздушный зазор, через ротор и обратно через воздушный зазор в статор. Длина l этого пути известна как средняя длина магнитного пути MMPL Магнитопроводы предназначены для создания максимально возможного потока и концентрации его в воздушном зазоре между ротором и статором, через который движутся катушки. поток Φ измеряется в Веберс Плотность потока B измеряется в Теслах и определяется как магнитный поток Φ на единицу площади A . Таким образом, B = Φ/A , где A — площадь, через которую проходит поток. Из приведенных выше уравнений видно, что крутящий момент, создаваемый электродвигателем, или ЭДС, создаваемая генератором, прямо пропорциональны плотности магнитного потока B в области, окружающей движущиеся электрические проводники и для эффективных машин, B должен быть как можно выше. Магнитодвижущая сила (МДС) Магнитный поток, возникающий в магнитной цепи, пропорционален создающей ее магнитодвижущей силе (МДС). Для электромагнита MMF представляет собой эффективный ток в намагничивающей катушке, измеренный в ампер-витках NI , и, как указано выше, это фактический ток I умноженное на число витков N в катушке. Таким образом, MMF = NI = Φ X R , где R — сопротивление магнитной цепи . Сопротивление — это внутреннее сопротивление материала магнитной цепи прохождению через него магнитного потока. (Для железа сопротивление очень низкое. Для воздуха оно очень высокое) Это уравнение для потока в магнитных цепях аналогично закону Ома для тока в электрических цепях, в котором: ЭДС = I X R , где R — сопротивление электрической цепи. Поскольку сопротивление воздушного зазора между статором и ротором очень велико, воздушный зазор должен быть как можно меньше, чтобы свести к минимуму ампер-витки, необходимые для создания желаемой плотности потока. Магнитная сила (H) также называется Напряженность магнитного поля Напряженность магнитного поля H равна МДС на единицу длины в магнитной цепи. Таким образом: В= NI        л Магнитодвижущая сила является причиной магнитного поля, магнитная сила является следствием. Плотность потока (B) и Магнитная проницаемость (мк ) Для однородных полей плотность потока, связанная с магнитной силой, пропорциональна напряженности поля и определяется как: B= µ 0 µ r H где µ 0 известна как магнитная постоянная или проницаемость свободного пространства. µ r – относительная магнитная проницаемость магнитного материала. К сожалению, зависимость становится нелинейной по мере увеличения плотности потока и насыщения магнитного материала. Затем поток, создаваемый увеличением магнитного поля, уменьшается и выравнивается, а относительная магнитная проницаемость µ r стремится к 0, Насыщенность   Из приведенного выше видно, что увеличение МДС (ампер-витков) в магнитной цепи увеличивает поток через цепь, но существует предел плотности потока, который может быть создан в магнитных материалах, таких как железо, когда говорят, что материал быть насыщенным. Выше этой точки требуется все больше и больше MMF для создания все меньшего и меньшего потока. Другими словами, сопротивление резко возрастает, когда материал насыщается. Для достижения максимальной эффективности электрические машины обычно предназначены для работы сразу после начала насыщения. Магнитные полюса Электрические машины могут иметь несколько пар полюсов. Многополюсные машины обычно обеспечивают более эффективные магнитные цепи и более плавные характеристики крутящего момента.   Коммутация Соединение с подвижной катушкой в ​​базовой машине, показанной выше, осуществляется с помощью угольных щеток, опирающихся на пару токосъемных колец, по одному на каждом конце катушки. Если машина используется в качестве генератора, направление генерируемого тока будет меняться каждые полпериода, когда плечо катушки последовательно проходит противоположные полюса. Если требуется однонаправленный ток, контактные кольца разделены и соединены между собой таким образом, что в каждом полупериоде ток берется из чередующихся ветвей катушки. Этот простой механизм переключения называется коммутатором. Аналогичным образом, когда машина используется в качестве двигателя постоянного тока, коммутатор переключает напряжение питания постоянного тока на чередующиеся плечи катушки каждый полупериод, чтобы обеспечить однонаправленное вращение.   Таким образом, во всех машинах постоянного тока с фазным ротором, как в двигателях, так и в генераторах, ток в обмотках ротора является переменным, и именно коммутатор обеспечивает соответствующий вход или выход постоянного тока. Однако есть некоторые заметные исключения. Первые в мире двигатели и генераторы, изобретенные Фарадеем, представляли собой униполярные или униполярные машины, в которых в проводниках протекал однонаправленный ток. Двигатель Фарадея был лабораторной диковинкой и не имел практического применения, но его так называемая динамо-машина «Диск Фарадея» могла генерировать полезный ток.   На протяжении более 100 лет механическая коммутация была единственным практическим способом переключения направления тока, однако с 1970-х годов наличие мощных полупроводников сделало возможным электронную коммутацию. В машинах переменного тока можно избежать сложностей коммутации, поскольку ток может индуцироваться в обмотках ротора за счет действия трансформатора с обмотками статора, что устраняет необходимость в прямых соединениях между линией питания и вращающимися обмотками. См. Асинхронные двигатели. Поскольку коммутатор представляет собой, по сути, механический переключатель, быстро замыкающий и размыкающий цепь сильного тока, переключатель склонен к искрению и возникновению радиочастотных помех (РЧП), которые могут нарушить работу других электронных цепей поблизости. В очень больших двигателях склонность к искрению можно уменьшить путем добавления «межполюсных» или «коммутирующих полюсов», узких вспомогательных обмоток посередине между основными полюсами статора. Они соединены последовательно с обмотками ротора и создают МДС, равную и противоположную МДС ротора, так что эффективный поток между основными полюсами равен нулю. Коммутация должна происходить в тот момент, когда ток проходит через нуль между отрицательным и положительным полупериодами, и это происходит, когда ротор находится посередине между основными полюсами. За счет нейтрализации потока в этой области снижается возможность искрения.   Эволюция Самые ранние электрические машины зависели от постоянных магнитов для создания магнитного поля, однако лучшие магнитные материалы, доступные в то время, были способны создавать только очень слабые поля, что ограничивало потенциальное применение машин лабораторными демонстрациями. В конце концов стало понятно, что гораздо более сильные магнитные поля можно генерировать с помощью электромагнитов, питаемых от приложенного или генерируемого линейного напряжения. Это позволило построить гораздо более мощные машины, что позволило разработать практические приложения. Достижения в области магнитных материалов позволили создать гораздо более мощные постоянные магниты, позволяющие использовать их в практических машинах, упрощая конструкцию машин за счет исключения одного набора обмоток. В то же время в машины встраиваются многие функции, такие как энкодеры, тахогенераторы, термовыключатели, тормоза и вентиляторы. См. также Контроллеры   Характеристики двигателя Некоторые общие моменты Момент затяжки Вообще говоря, крутящий момент, создаваемый двигателем, пропорционален потребляемому току, а также потоку в воздушном зазоре. Т = К 1 ИБ Скорость Двигатели постоянного тока В двигателях постоянного тока скорость вращения пропорциональна приложенному напряжению, и обычным методом управления скоростью является изменение входного напряжения. Н = К 2   В               B Однако скорость также обратно пропорциональна потоку в воздушном зазоре. Это означает, что скорость увеличивается по мере уменьшения потока, обеспечиваемого катушками возбуждения. Теоретически скорость может уйти в бесконечность, если убрать ток в катушке возбуждения, хотя двигатель, скорее всего, разрушится до того, как это произойдет. На практике ограниченное увеличение скорости может быть получено за счет контролируемого уменьшения тока возбуждения. Но обратите внимание на приведенное выше уравнение крутящего момента, что уменьшение тока возбуждения также уменьшает крутящий момент. Этот способ управления скоростью называется « Ослабление поля » Двигатели переменного тока В двигателях переменного тока скорость пропорциональна частоте приложенного напряжения и обратно пропорциональна количеству магнитных полюсов. Н = К 3 е                P Крутящий момент – характеристика скорости Двигатели постоянного тока развивают максимальный крутящий момент при нулевой скорости или при остановке (когда они потребляют максимальный ток), а крутящий момент падает линейно по мере увеличения скорости, достигая нуля, когда обратное напряжение, создаваемое вращающимися катушками в магнитном поле ( противо-ЭДС) равна приложенному напряжению. Для двигателей переменного тока пусковой момент при нулевой скорости может составлять от 70% до 90% от его максимального значения, повышаясь до пика при увеличении скорости, а затем резко падая до нуля, когда двигатель приближается к синхронной скорости. См. примечание о синхронных двигателях. (Моментно-скоростные характеристики электродвигателей отличаются от двигателей внутреннего сгорания, у которых крутящий момент очень низок на низких скоростях, обычно глохнет ниже 800 об/мин, но увеличивается с увеличением скорости до пика примерно на 80% от его максимальной скорости, падающей только слегка отключается при достижении максимальной скорости.) Запуск Некоторые конструкции двигателей не имеют самозапуска в своей базовой конфигурации, но они обычно включают конструктивные изменения, обеспечивающие самозапуск, так что пользователь может не знать о проблеме. Силовая установка Выходная мощность двигателя прямо пропорциональна его скорости. выходная мощность P в ваттах определяется как: P = ωT Где ω — скорость в радианах в секунду, а T — крутящий момент в ньютон-метрах ИЛИ Р  =  2π NT  =   NT               60       9,55 Где N — скорость в оборотах в минуту (об/мин) ПРИМЕЧАНИЕ : Это соотношение показывает, что для данной мощности скорость уменьшается по мере увеличения нагрузки или крутящего момента, и наоборот. Это в некотором смысле эквивалентно тому, что происходит в механической коробке передач, и соответствует рабочему равновесию, упомянутому выше. Максимальная мощность Максимальная мощность, которую может выдержать двигатель, определяется его максимально допустимой температурой. Нагрузочная способность может быть увеличена за счет использования материалов, способных выдерживать более высокие температуры, особенно для изоляции обмоток, или за счет принудительного охлаждения, которое снижает температуру двигателя при заданном потреблении тока. Угловая мощность Угловая мощность — это альтернативный способ определения производительности двигателя, который некоторые люди находят полезным для сравнения машин.   Это просто произведение максимального крутящего момента, который может развить двигатель, и максимальной скорости, которую он может развить. Поскольку максимальный крутящий момент редко, если вообще когда-либо, возникает одновременно с максимальной скоростью, фактическая передаваемая мощность машины всегда будет меньше угловой мощности. В двигателях постоянного тока предел коммутации определяется способностью сегментов коммутатора и щеток выдерживать высокие напряжения (ограничение скорости) и большие токи (ограничение крутящего момента). Обратите внимание, что при высоких напряжениях и токах может потребоваться принудительное охлаждение. Охлаждение Допустимая мощность электрической машины ограничена максимально допустимой температурой ее обмоток. Двигатели большей мощности требуют более сильных магнитных полей, и ток, необходимый для обеспечения более высокой плотности потока, увеличивается линейно с размером двигателя. Однако площадь поперечного сечения медного кабеля, необходимая для передачи тока, увеличивается пропорционально квадрату силы тока. Допустимая мощность может быть увеличена за счет использования изоляции, способной выдерживать более высокие температуры, или за счет принудительного охлаждения для отвода тепла от обмоток. Принудительное охлаждение обычно не требуется для машин с дробной мощностью, но двигатели большей мощности со встроенной мощностью обычно включают встроенный охлаждающий вентилятор для нагнетания воздуха через машину. Принудительное воздушное охлаждение может быть эффективным в машинах мощностью до 50 мегаватт, но более крупные машины с номинальной мощностью в несколько мегаватт, используемые в электроэнергетике, должны прибегать к жидкостному охлаждению с циркуляцией хладагента по полым проводникам. Рабочим телом может быть вода, но для самых больших машин используется водород из-за его малого веса и высокой теплоемкости. Зубчатая передача При заданном крутящем моменте мощность двигателя пропорциональна скорости. Таким образом, низкоскоростные двигатели будут обеспечивать очень низкую мощность. Приложения, требующие высокого крутящего момента на низких скоростях, потребуют очень больших токов и непрактично больших двигателей. Для таких применений лучше использовать высокоскоростные двигатели с зубчатыми передачами для снижения скорости и увеличения крутящего момента. Размер Мощность двигателя определяется развиваемым им крутящим моментом. Для аналогичных двигателей с аналогичными системами охлаждения крутящий момент двигателя пропорционален объему ротора и, следовательно, общему объему двигателя. Эффективность Как отмечалось выше, при заданном крутящем моменте мощность двигателя пропорциональна скорости, в то время как электрические и аэродинамические потери, как правило, остаются примерно постоянными и растут относительно медленно. Таким образом, КПД двигателя увеличивается с увеличением скорости. КПД также зависит от размера двигателя, поскольку резистивные потери, как правило, намного выше в небольших устройствах, чем в более крупных машинах, которые могут быть спроектированы с более эффективными магнитными цепями. Зубчатая передача Зубчатое зацепление – скачкообразная, неравномерная угловая скорость ротора машины, особенно проявляющаяся на низких скоростях в двигателях с небольшим числом полюсов. Это происходит потому, что ротор имеет тенденцию ускоряться по мере приближения к полюсам статора и замедляться по мере того, как он покидает полюса. Это также заметно при использовании импульсного постоянного тока, если частота сигнала питания слишком низкая. Проблема может быть уменьшена за счет использования перекошенных обмоток ротора, а также увеличения числа полюсов в двигателе. Потери Потери снижают эффективность машины и обычно приводят к нежелательному нагреву. Потери в меди Это тепловые потери I 2 R в результате протекания тока в обмотках. Потери в меди варьируются в зависимости от тока и, следовательно, от нагрузки на машину. Железные и другие потери имеют тенденцию быть относительно постоянными. Сопротивление обмотки статора Сопротивление обмотки ротора Потери в железе Это потери в магнитной цепи. Насыщенность Это расточительное использование энергии, связанное с использованием материалов с плотностью потока выше точки насыщения. Потеря гистерезиса Это энергия, необходимая для намагничивания и размагничивания железа в магнитной цепи при каждом машинном цикле. Поскольку потери за цикл фиксированы, они будут увеличиваться пропорционально частоте. См. дополнительную информацию о гистерезисе. Для уменьшения этих потерь были разработаны специальные стали с низким гистерезисом. Потери на вихревые токи Эти потери происходят из-за нежелательных циркулирующих токов, которые индуцируются в железе магнитной цепи машины. машинными обмотками. Они сведены к минимуму за счет использования в магнитных цепях слоистого железа вместо твердого железа. Изолирующий оксидный слой на пластинах препятствует прохождению вихревых токов между пластинами. Утечка флюса В практических магнитных цепях не всегда возможно сконцентрировать весь магнитный поток там, где это необходимо для оптимальной магнитной связи и максимального обмена энергией между ротором и статором. Следовательно, часть приложенной энергии теряется. Парусность/трение Это механические потери в результате сопротивления движению ротора. Коэффициент мощности Асинхронный двигатель появляется в линии электропередачи как большая катушка индуктивности, и, следовательно, линейный ток отстает от приложенного напряжения. Тогда эффективная мощность двигателя составит ВАcosΦ , где В — приложенное напряжение, А — протекающий ток, а Φ — фазовый угол, на который ток отстает от напряжения. CosΦ известен как коэффициент мощности. Когда Φ = 0 ток совпадает по фазе с напряжением, cosΦ = 1 и потери мощности нет. Когда Φ = 1, ток отстает от напряжения на 90°, cosΦ = 0, и в нагрузку не будет подаваться эффективная мощность. Коэффициент (1 — cosΦ ) представляет дополнительную мощность, которую машина должна потреблять от источника, чтобы обеспечить номинальную мощность.   Генераторы Как отмечалось выше, из-за реакции системы на приложенную силу все вращающиеся машины действуют одновременно и как двигатели, и как генераторы. В обоих случаях действуют одни и те же электромагнитные силы, и одни и те же уравнения представляют поведение машин в обоих случаях.   Примечание Напряжение, генерируемое любым генератором постоянного тока, по своей природе является переменным и становится постоянным только после того, как оно было выпрямлено коммутатором.   Хотя вращающиеся машины генерируют переменный ток, он не обязательно является чисто синусоидальным. Форма волны зависит от размера полюсов и расстояния между ними, распределения витков и уровня потока в воздушном зазоре. Форма выходного сигнала на клеммах генератора, вероятно, будет несколько искажена во всех машинах, кроме самых сложных.   Как и в случае с двигателями, вышеперечисленные принципы могут применяться по-разному. См. несколько практических примеров в разделе Генераторы.   См. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника