Site Loader

Содержание

14 Общее устройство электродвигателя постоянного тока

                 14. Общее устройство электродвигателя постоянного тока и

принцип его работы.

Электродвигатели постоянного тока на отечественном электроподвижном составе и на тепловозах с электрической передачей используются в качестве тяговых электродвигателей.

Тяговые электродвигатели служат для получения вращающихся моментов, которые через зубчатые передачи передаются на колесные пары и в результате сцепления колес с рельсами образуется сила тяги.

Электродвигатели постоянного тока легко берут с места под нагрузкой и имеют простой способ регулирования частоты вращения якоря, поэтому их используют в качестве тяговых электродвигателей.

Информация в лекции «13 Рекомендуемая литература» поможет Вам.

        Неподвижная часть двигателя называется остов, который служит для механического соединения всех деталей двигателя и выполняет роль магнитопровода (по нему замыкается магнитный поток).

Остов изготавливают из электротехнической стали. Снаружи остов может иметь цилиндрическую форму или форму шести-, восьмигранника. Внутренняя поверхность цилиндрическая, к которой крепятся главные полюса для получения магнитного поля.  Может быть 2, 4, 6 главных полюсов. Главный полюс состоит из сердечника и катушки. Сердечник шихтованный набирается из штампованных листов электротехнической стали. Катушки всех полюсов соединяются последовательно и образуют обмотку возбуждения.

        Подвижная вращающаяся часть электродвигателя называется якорем, который расположен между полюсами, имеет цилиндрическую форму. Концы вала якоря расположены в подшипниках щитов, которые крепятся к остову. Якорь имеет сердечник из электротехнической стали, в пазы которого укладывается обмотка якоря. Выводы  от проводников обмотки якоря соединяются с коллектором, состоящим из медных пластин. К коллектору прижимаются электрографитированные щетки, через которые подается напряжение на обмотку якоря. Электродвигатель имеет четыре вывода – два от обмотки якоря и два от обмотки возбуждения.

При изменении направления тока только в одной из обмоток (в основном, в обмотке возбуждения) изменяется направление вращения якоря, а значит, и направление движения локомотива, называемое реверсированием.

        Принцип работы двигателя постоянного тока основан на выталкивании проводника с током из магнитного поля:

Если по проводнику пропускать электрический ток, то вокруг проводника образуется круговое магнитное поле, направление которого определяется по правилу буравчика. Если этот проводник поместить в магнитное поле полюсов, то в результате взаимодействия магнитного поля проводника с током с магнитным полем полюсов с одной стороны от проводника магнитное поле усиливается, а с другой – ослабевает. Магнитное поле обладает свойством упругости. На проводник будет действовать выталкивающая электромагнитная сила, стремящаяся вытолкнуть проводник с током из магнитного поля полюсов. Направление выталкивающей силы при этом определяется по правилу левой руки, а ее величина по закону Ампера: , где

В – электромагнитная индукция полюсов, I – величина тока, проходящего по проводнику, l – длина проводника.

Если в магнитное поле полюсов поместить виток с током, то он повернется под действием пары сил до горизонтального положения в данном случае. А чтобы получить вращение, необходимо взять несколько витков.

 Электродвигатель постоянного тока обладает свойством обратимости: при подаче электрического напряжения работает как электродвигатель; при вращении якоря какой-либо силой или по инерции работает как генератор – в обмотке якоря будет появляться Э.Д.С.

преимущества и недостатки разных видов

    изучить устройство, принцип действия, характеристики электродвигателя постоянного тока;

    приобрести практические навыки пуска, эксплуатации и остановки электродвигателя постоянного тока;

    экспериментально исследовать теоретические сведения о характеристиках электродвигателя постоянного тока.

Основные теоретические положения

Электродвигатель постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую.

Устройство электродвигателя постоянного тока не имеет отличий от генератора постоянного тока. Это обстоятельство делает электрические машины постоянного тока обратимыми, то есть позволяет их использовать как в генераторном, так и в двигательном режимах. Конструктивно электродвигатель постоянного тока имеет неподвижные и подвижные элементы, которые показаны на рис. 1.

Неподвижная часть — статор 1 (станина) изготовлен из стального литья, состоит из главных 2 и дополнительных 3 полюсов с обмотками возбуждения 4 и 5 и щеточной траверсой со щетками. Статор выполняет функцию магнитопровода. С помощью главных полюсов создается постоянное во времени и неподвижное в пространстве магнитное поле. Дополнительные полюсы размещаются между главными полюсами и улучшают условия коммутации.

Подвижной частью электродвигателя постоянного тока является ротор 6 (якорь), который размещается на вращающемся вале. Якорь также играет роль магнитопровода. Он набран из тонких, электрически изолированных друг от друга, тонких листов электротехнической стали с повышенным содержанием кремния, что позволяет уменьшить потери мощности. В пазах якоря запрессованы обмотки 7, выводы которых соединяются с пластинами коллектора 8, размещенными на этом же вале электродвигателя (см. рис. 1).

Рассмотрим принцип работы электродвигателя постоянного тока. Подключение постоянного напряжения к зажимам электрической машины вызывает одновременное возникновение в обмотках возбуждения (статора) и в обмотках якоря тока (рис. 2). В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения в статоре возникает сила

f , определяемая по закону Ампера. Направление этой силы определяется правилом левой руки (рис. 2), согласно которому она ориентируется перпендикулярно как к токуi (в обмотке якоря), так и к вектору магнитной индукции В (создаваемой обмоткой возбуждения). В результате на ротор действует пара сил (рис. 2). На верхнюю часть ротора сила действует вправо, на нижнюю – влево. Эта пара сил создает вращающий момент, под действием которого якорь приводится во вращение. Величина возникающего электромагнитного момента оказывается равной

M = c м I я Ф ,

где с м — коэффициент, зависящий от конструкции обмотки якоря и числа полюсов электродвигателя;Ф — магнитный поток одной пары главных полюсов электродвигателя;I я — ток якоря двигателя. Как следует из рис. 2, поворот обмоток якоря сопровождается одновременным изменением полярности на коллекторных пластинах. Направление тока в витках обмотки якоря изменяется на противоположное, но магнитный поток обмоток возбуждения сохраняет прежнее направление, что и обусловливает неизменность направления сил

f , а значит, и вращательного момента.

Вращение якоря в магнитном поле приводит к появлению в его обмотке ЭДС, направление которой определяется уже по правилу правой руки. В результате для представленной на рис. 2 конфигурации полей и сил в обмотке якоря возникнет индукционный ток, направленный противоположно основному току. Поэтому возникающая ЭДС называется противоЭДС. Величина ее равна

E = с e ,

где n — частота вращения якоря электродвигателя;с e — коэффициент, зависящий от конструктивных элементов машины. Эта ЭДС ухудшает рабочие характеристики электродвигателя.

Ток в якоре создает магнитное поле, которое воздействует на магнитное поле главных полюсов (статора), что называется реакцией якоря. В режиме холостого хода машины магнитное поле создается только главными полюсами. Это поле симметрично относительно осей этих полюсов и соосно с ними. При подключении к двигателю нагрузки за счет тока в обмотке якоря создается магнитное поле – поле якоря. Ось этого поля будет перпендикулярна оси главных полюсов. Так как при вращении якоря распределение тока в проводниках якоря остается неизменным, то поле якоря остается неподвижным в пространстве. Сложение этого поля с полем главных полюсов дает результирующее поле, которое разворачивается на угол

против направления вращения якоря. В итоге уменьшается вращающий момент, так как часть проводников попадает в зону полюса противоположной полярности и создает тормозной момент. При этом происходит искрение щеток и обгорание коллектора, возникает продольное размагничивающее поле.

С целью уменьшения влияния реакции якоря на работу машины в него встраивают дополнительные полюса. Обмотки таких полюсов включаются последовательно с основной обмоткой якоря, но изменение направление намотки в них вызывает появление магнитного поля, направленного против магнитного поля якоря.

Для изменения направления вращения электродвигателя постоянного тока необходимо изменить полярность напряжения, подводимого к якорю или обмотке возбуждения.

В зависимости от способа включения обмотки возбуждения различают электродвигатели постоянного тока с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

У двигателей с параллельным возбуждением обмотка рассчитана на полное напряжение питающей сети и включается параллельно цепи якоря (рис. 3).

Двигатель с последовательным возбуждением имеет обмотку возбуждения, которая включается последовательно с якорем, поэтому эта обмотка рассчитана на полный ток якоря (рис. 4).

Двигатели со смешанным возбуждением имеют две обмотки, одна включается параллельно, другая — последовательно с якорем (рис. 5).

Рис. 3 Рис. 4

При пуске электродвигателей постоянного тока (независимо от способа возбуждения) путем прямого включения в питающую сеть возникают значительные пусковые токи, которые могут привести к выходу их из строя. Это происходит в результате выделения значительного количества теплоты в обмотке якоря и последующего нарушения ее изоляции. Поэтому пуск двигателей постоянного тока производится специальными пусковыми приспособлениями. В большинстве случаев для этих целей применяется простейшее пусковое приспособление — пусковой реостат. Процесс пуска электродвигателя постоянного тока с пусковым реостатом показан на примере двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

Исходя из уравнения, составленного в соответствии со вторым законом Кирхгофа для левой части электрической цепи (см. рис. 3), пусковой реостат полностью выведен (R пуск = 0), ток якоря

,

где U — напряжение, подводимое к электродвигателю;R я — сопротивление обмотки якоря.

В начальный момент пуска электродвигателя частота вращения якоря n = 0, поэтому противоэлектродвижущая сила, наводимая в обмотке якоря, в соответствии с полученным ранее выражением также будет равна нулю (Е = 0).

Сопротивление обмотки якоря R я — величина довольно малая. Для того чтобы ограничить возможный при этом недопустимо большой ток в цепи якоря при пуске, последовательно с якорем независимо от способа возбуждения двигателя включается пусковой реостат (пусковое сопротивлениеR пуск). В этом случае пусковой ток якоря

.

Сопротивление пускового реостата R пуск рассчитывают для работы только на время пуска и подбирают таким образом, чтобы пусковой ток якоря электродвигателя не превышал допустимого значения (I я,пуск 2I я,ном). По мере разгона электродвигателя ЭДС, наводимая в обмотке якоря, вследствие возрастания частоты его вращения n возрастает (Е =с e ). В результате этого ток якоря при прочих равных условиях уменьшается. При этом сопротивление пускового реостатаR пуск по мере разгона якоря электродвигателя необходимо постепенно уменьшать. После окончания разгона двигателя до номинального значения частоты вращения якоря ЭДС возрастает настолько, что пусковое сопротивление может быть сведено к нулю, без опасности значительного возрастания тока якоря.

Таким образом, пусковое сопротивление R пуск в цепи якоря необходимо только при пуске. В процессе нормальной работы электродвигателя оно должно быть отключено, во-первых, потому, что рассчитано на кратковременную работу во время пуска, во-вторых, при наличии пускового сопротивления в нем будут возникать тепловые потери мощности, равныеR пуск I 2 я, существенно снижающие КПД электродвигателя.

Для электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в соответствии со вторым законом Кирхгофа для якорной цепи уравнение электрического равновесия имеет вид

.

С учетом выражения для ЭДС (Е =с e ), записав полученную формулу относительно частоты вращения, получаем уравнение частотной (скоростной) характеристики электродвигателяn (I я):

.

Из него следует, что при отсутствии нагрузки на валу и токе якоря I я = 0 частота вращения электродвигателя при данном значении питающего напряжения

.

Частота вращения электродвигателя n 0 является частотой вращения идеального холостого хода. Кроме параметров электродвигателя она зависит также от значения подводимого напряжения и магнитного потока. С уменьшением магнитного потока при прочих равных условиях частота вращения идеального холостого хода возрастает. Поэтому в случае обрыва цепи обмотки возбуждения, когда ток возбуждения становится равным нулю (I в = 0), магнитный поток двигателя снижается до значения, равного значению остаточного магнитного потокаФ ост. При этом двигатель “идет в разнос”, развивая частоту вращения, на много большую номинальной, что представляет определенную опасность как для двигателя, так и для обслуживающего персонала.

Частотная (скоростная) характеристика электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением n (I я) при постоянном значении магнитного потокаФ =const и постоянном значении подводимого напряженияU = const имеет вид прямой (рис. 6).

Из рассмотрения этой характеристики видно, что с увеличением нагрузки на валу, т. е. с увеличением тока якоряI я частота вращения электродвигателя уменьшается на значение, пропорциональное падению напряжения на сопротивлении цепи якоряR я.

Выражая в уравнениях частотных характеристик ток якоря через электромагнитный момент двигателя М = с м I я Ф , получим уравнение механической характеристики, т. е. зависимостиn (М ) приU = const для двигателей с параллельным возбуждением:

.

Пренебрегая влиянием реакции якоря в процессе изменения нагрузки, можно принять электромагнитный момент двигателя пропорциональным току якоря. Поэтому механические характеристики двигателей постоянного тока имеют такой же вид, как и соответствующие частотные характеристики. Электродвигатель с параллельным возбуждением имеет жесткую механическую характеристику (рис. 7). Из этой характеристики видно, что его частота вращения с ростом момента нагрузки снижается незначительно, так как ток возбуждения при параллельном включении обмотки возбуждения и соответственно магнитный поток двигателя остаются практически неизменными, а сопротивление цепи якоря относительно мало.

Рабочие характеристики двигателей постоянного тока представляют собой зависимости частоты вращенияn , моментаМ , тока якоряI я и КПД () от полезной мощности на валуР 2 электродвигателя, т. е.n (Р 2),М (Р 2),I я (Р 2),(Р 2) при неизменном напряжении на его зажимахU =const .

Рабочие характеристики электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением представлены на рис. 8. Из этих характеристик видно, что частота вращения n электродвигателей с параллельным возбуждением с увеличением нагрузки несколько уменьшается. Зависимость полезного момента на валу двигателя от мощностиР 2 представляет собой почти прямую линию, так как момент этого двигателя пропорционален нагрузке на валу:М = 2 / n . Искривление указанной зависимости объясняется некоторым снижением частоты вращения с увеличением нагрузки.

При Р 2 = 0 ток, потребляемый электродвигателем, равен току холостого хода. При увеличении мощности ток якоря увеличивается приблизительно по той же зависимости, что и момент нагрузки на валу, так как при условииФ =const ток якоря пропорционален моменту нагрузки. КПД электродвигателя определяют как отношение полезной мощности на валу к мощности, потребляемой из сети:

,

где Р 2 — полезная мощность на валу;Р 1 =UI мощность, потребляемая электродвигателем из питающей сети;Р эя =I 2 я R я — электрические потери мощности в цепи якоря,Р эв =UI в, =I 2 в R в — электрические потери мощности в цепи возбуждения;Р мех — механические потери мощности;Р м — потери мощности на гистерезис и вихревые токи.

Важным является также возможность регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока. Анализ выражений для частотных характеристик показывает, что частоту вращения электродвигателей постоянного тока можно регулировать несколькими способами: включением добавочного сопротивленияR доб в цепь якоря, изменением магнитного потокаФ и изменением напряженияU, подводимого к двигателю.

Одним из наиболее распространенных является способ регулирования частоты вращения включением в цепь якоря электродвигателя добавочного сопротивления. С увеличением сопротивления в цепи якоря при прочих равных условиях происходит снижение частоты вращения. При этом чем больше сопротивление в цепи якоря, тем меньше частота вращения электродвигателя.

При неизменном напряжении питающей сети и неизменном магнитном потоке в процессе изменения значения сопротивления якорной цепи можно получить семейство механических характеристик, например, для электродвигателя с параллельным возбуждением (рис. 9).

Преимущество рассмотренного способа регулирования заключается в его относительной простоте и возможности получить плавное изменение частоты вращения в широких пределах (от нуля до номинального значения частоты n ном). К недостаткам этого способа следует отнести то, что имеют место значительные потери мощности в добавочном сопротивлении, увеличивающиеся с уменьшением частоты вращения, а также необходимость использования дополнительной регулирующей аппаратуры. Кроме того, этот способ не позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя вверх от ее номинального значения.

Изменения частоты вращения электродвигателя постоянного тока можно достигнуть и в результате изменения значения магнитного потока возбуждения. При изменении магнитного потока в соответствии с уравнением частотной характеристики для двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением при постоянном значении напряжения питающей сети и неизменном значении сопротивления якорной цепи можно получить семейство механических характеристик, представленных на рис. 10.

Как видно из этих характеристик, с уменьшением магнитного потока частота вращения идеального холостого хода электродвигателяn 0 возрастает. Так как при частоте вращения, равной нулю, ток якоря электродвигателя, т. е. пусковой ток, не зависит от магнитного потока, то частотные характеристики семейства не будут параллельны друг другу, причем жесткость характеристик уменьшается с уменьшением магнитного потока (увеличение магнитного потока двигателя обычно не производится, так как при этом ток обмотки возбуждения превышает допустимое, т. е. номинальное, его значение). Таким образом, изменение магнитного потока позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя только вверх от номинального ее значения, что является недостатком данного способа регулирования.

К недостаткам этого способа следует отнести также относительно небольшой диапазон регулирования вследствие наличия ограничений по механической прочности и коммутации электродвигателя. Преимуществом данного способа регулирования является его простота. Для двигателей с параллельным возбуждением это достигается изменением сопротивления регулировочного реостата R р в цепи возбуждения.

У двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением изменение магнитного потока достигается шунтированием обмотки возбуждения сопротивлением, имеющим соответствующее значение, либо замыканием накоротко определенного количества витков обмотки возбуждения.

Широкое применение, особенно в электроприводах, построенных по системе генератор — двигатель, получил способ регулирования частоты вращения путем изменения напряжения на зажимах якоря двигателя. При постоянных магнитном потоке и сопротивлении якорной цепи в результате изменения напряжения на якоре можно получить семейство частотных характеристик.

В качестве примера на рис. 11 представлено такое семейство механических характеристик для электродвигателя с параллельным возбуждением.

С изменением подводимого напряжения частота вращения идеального холостого хода n 0 в соответствии с приведенным ранее выражением изменяется пропорционально напряжению. Так как сопротивление цепи якоря остается неизменным, то жесткость семейства механических характеристик не отличается от жесткости естественной механической характеристики приU =U ном.

Преимуществом рассмотренного способа регулирования является широкий диапазон изменения частоты вращения без увеличения потерь мощности. К недостаткам данного способа следует отнести то, что при этом необходим источник регулируемого питающего напряжения, а это приводит к увеличению массы, габаритов и стоимости установки.

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.

Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.

В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя. К нему подключены концы обмотки якоря.

Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами. Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.

Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи

Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.

Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого

Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.

Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый , то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.

Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.

Синхронный принцип работы электродвигателя на видео

: Напишите пожалуйста понятно о устройстве электродвигателей постоянного тока. Можно на примере одного из типов. Ведь с одной стороны принцип работы очень простой, а с другой, если разобрать один из электродвигателей, то там много деталей, назначение которых не очевидно. А на сайтах в начале поисковой выдачи есть только название этих деталей, в лучшем случае. Планирую с детьми собрать простой электродвигатель, чтобы это помогло им в понимании техники и они не боялись ее осваивать.

Первый этап развития электродвигателя (1821-1832) тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую.

В 1821 году М. Фарадей, исследуя взаимодействие проводников с током и магнитом, показал, что электрический ток вызывает вращение проводника вокруг магнита или вращение магнита вокруг проводника. Опыт Фарадея подтвердил принципиальную возможность построения электрического двигателя.

Для второго этапа развития электродвигателей (1833-1860) характерны конструкции с вращательным движением якоря.

Томас Дэвенпорт — американский кузнец, изобретатель, в 1833 году сконструировал первый роторный электродвигатель постоянного тока, создал приводимую им в движение модель поезда. В 1837 году он получил патент на электромагнитную машину.

В 1834 году Б. С. Якоби создал первый в мире электрический двигатель постоянного тока, в котором реализовал принцип непосредственного вращения подвижной части двигателя. 13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.

Испытания различных конструкций электродвигателей привели Б. С. Якоби и других исследователей к следующим выводам:


  • расширение применения электродвигателей находится в прямой зависимости от удешевления электрической энергии, т. е. от создания генератора, более экономичного, чем гальванические элементы;

  • электродвигатели должны иметь по возможности малые габариты, большую мощность ибольший коэффициент полезного действия;

  • этап в развитии электродвигателей связан с разработкой конструкций с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом.

Третий этап развития электродвигателей характеризуется открытием и промышленным использованием принципа самовозбуждения, в связи с чем был окончательно осознан и сформулирован принцип обратимости электрической машины. Питание электродвигателей стало производиться от более дешёвого источника электрической энергии — электромагнитного генератора постоянного тока.

В 1886 году электродвигатель постоянного тока приобрёл основные черты современной конструкции. В дальнейшем он всё более и более совершенствовался.

В настоящее время трудно представить себе жизнь человечества без электродвигателя. Он используется в поездах, троллейбусах, трамваях. На заводах и фабриках стоят мощные электрические станки. Электромясорубки, кухонные комбайны, кофемолки, пылесосы — всё это используется в быту и оснащено электродвигателями.

Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. Направление этого поля определяют по правилу буравчика (винта).

При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки (правило правой руки используется для генераторов, а правило левой руки подходит только для двигателей). Эта сила называется «амперовой» и её величина определяется по закону Ампера F=BхIхL, где В — значение магнитной индукции поля; I — ток, циркулирующий в проводнике; L — длина провода.

Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

Рассмотрим принцип создания механического движения с помощью электричества более подробно. На динамической иллюстрации показан простейший электромотор. В однородном магнитном поле вертикально располагаем проволочную рамку и пропускаем по ней ток. Что происходит? Рамка проворачивается и по инерции двигается какое-то время до достижения горизонтального положения. Это нейтральное положение — мёртвая точка — место, где воздействие поля на проводник с током равно нулю. Чтобы движение продолжилось, нужно добавить ещё хотя бы одну рамку и обеспечить переключение направление тока в рамке в нужный момент. На обучающем видео внизу страницы хорошо виден этот процесс.

Современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полясами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе. Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора — специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

Таким образом, обмотка якоря передаёт вращающий момент на вал электромотора, а тот в свою очередь приводит в движение рабочие механизмы любого оборудования, такого как, например, станок для сетки рабицы. Хотя в этом случае используется асинхронный двигатель переменного тока, основной принцип его работы идентичен принципу действия двигателя постоянного тока — это выталкивание проводника с током из магнитного поля. Только у асинхронного электромотора вращающееся магнитное поле, а у электродвигателя постоянного тока — поле статичное.

Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.

Индуктор (статор) электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянноготока.

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусомэлектродвигателя.

Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка дегтя во всей этой вкусняшке — коллектор.

Это сложный, дорогой и очень ненадежный узел. Он искрит, создает помехи, забивается проводящей пылью от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо.

Но что такое коллектор вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины.

Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щетки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса.

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не изменилось.

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов. При больших токах, в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего, искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.Конструкция двигателя может иметь один или несколько щеточно-коллекторных узлов.

А на дворе то уже 21 век и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения ротора, чтобы знать в какой момент переключать обмотки.

А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо проще вращать магнит или простенькую обмотку возбуждения, чем якорь со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.

И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями. Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они ОЧЕНЬ схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления. Но это уже совсем другая история. про него подробнее.

Продолжая тему двигателя постоянного тока нужно отметить, что принцип действия электродвигателя основывается на инвертировании постоянного тока в якорной цепи, чтобы не было торможения, и вращение ротора поддерживалось в постоянном ритме. Если изменить направление тока в возбуждающей обмотке статора, то, согласно правилу левой руки, изменится направление вращения ротора. То же самое произойдёт, если мы поменяем местами щёточные контакты, подводящие питание от источника к якорной обмотке. А вот если поменять «+» «-» и там и там, то направление вращения вала не изменится. Поэтому, в принципе, для питания такого мотора можно использовать и переменный ток, т.к. ток в индукторе и якоре будет меняться одновременно. На практике такие устройства используются редко.

Думаю многие из вас кто баловался с движками могли заметить, что у них есть ярко выраженный пусковой ток, когда мотор на старте может рвануть стрелку амперметра, например, до ампера, а после разгона ток падает до каких-нибудь 200мА.

Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки. Так что предельный ток который может развить движок и на который следует рассчитывать схему узнать несложно. Достаточно замерить сопротивление обмотки двигателя и поделить на это значение напряжение питания. Просто по закону Ома. Это и будет максимальный ток, пусковой.

Но по мере разгона начинается забавная вещь, обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость.

А если движок дополнительно еще подкручивать по ходу, то противоэдс будет выше питания и движок начнет вкачивать энергию в систему, став генератором.

Что касается электрической схемы включения двигателя, то их несколько и они показаны на рисунке. При параллельном соединении обмоток, обмотка якоря делается из большого количества витков тонкой проволоки. При таком подключении коммутируемый коллектором ток будет значительно меньше из-за большого сопротивления и пластины не будут сильно искрить и выгорать. Если делать последовательное соединение обмоток индуктора и якоря, то обмотка индуктора делается из провода большего диаметра с меньшим количеством витков, т.к. весь якорный ток устремляется через статорную обмотку. При таких манипуляциях с пропорциональным изменением значений тока и количества витков, намагничивающая сила остаётся постоянной, а качественные характеристики устройства становятся лучше.

На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества — хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления.

В настоящее время двигатели постоянного тока независимого возбуждения, управляемые тиристорными преобразователями, используются в промышленных электроприводах.’Эти при-воды обеспечивают регулирование скорости в широком диапазо-не. Регулирование скорости вниз от номинальной осуществляется изменением напряжения на якоре, а вверх — ослаблением потока возбуждения. Ограничения, по мощности и скорости обусловлены свойствами используемых двигателей, а не полупроводниковых приборов. Тиристоры могут соединяться последовательно или па-раллельно, если они имеют недостаточно высокий. класс по напря-жению или току. Ток якоря и момент ограничены перегрузочной способностью двигателя по нагреву.

Условие задачи: Лабораторная работа № 10. Изучение электрического двигателя постоянного тока (на модели).

Задача из
решебника по Физике, 8 класс, А.В.Перышкин, Н.А.Родина
за 1998 год
Онлайн решебник по физике
за 8 класс
Лабораторные работы
— номер
10

Изучение электрического двигателя постоянного тока (на модели).

Цель работы: Ознакомиться с основными деталями электрического двигателя постоянного тока на модели этого двигателя.

Это, пожалуй, самая несложная работа за курс 8 класса. Нужно только подключить модель двигателя к источнику тока, посмотреть, как она работает, и запомнить названия основных частей электродвигателя (якорь, индуктор, щетки, полукольца, обмотка, вал).

Предложенный вам учителем электродвигатель может быть похож на изображенный на рисунке, а может иметь другой вид, поскольку вариантов школьных электрических двигателей существует много. Принципиального значения это не имеет, так как учитель наверняка подробно расскажет и покажет, как обращаться с моделью.

Перечислим основные причины того, что правильно подключенный электродвигатель не работает. Обрыв цепи, отсутствие контакта щеток с полукольцами, повреждение обмотки якоря. Если в первых двух случаях вы вполне способны справится самостоятельно, в случае обрыва обмотки нужно обратиться к преподавателю. Перед включением двигателя следует убедиться, что его якорь может свободно вращаться и ему ничего не мешает, иначе при включении электродвигатель будет издавать характерное гудение, но вращаться не будет.

Не знаете как решить? Можете помочь с решением? Заходите и спрашивайте.

←Лабораторная работа № 9. Сборка электромагнита и испытание его действия.Лабораторная работа № 11. Получение изображения при помощи линзы.-

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

На рисунках определите направление силы Ампера, направления тока в проводнике, направления линий магнитного поля, полюса магнита. N S F = 0 Вспомним.

Лабораторная работа № 11 Изучение электрического двигателя постоянного тока (на модели). Цель работы: познакомиться на модели электродвигателя постоянного тока с его устройством и работой. Приборы и материалы: модель электродвигателя, лабораторный источник питания, ключ, соединительные провода.

Правила техники безопасности. На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Внимание! Электрический ток! Изоляция проводников должна быть не нарушена. Не включайте цепь без разрешения учителя. Не прикасайтесь руками к вращающимся деталям электродвигателя. Длинные волосы необходимо убрать так, чтобы они не попали во вращающиеся части двигателя. После выполнения работы рабочее место привести в порядок, цепь разомкнуть и разобрать.

Порядок выполнения работы. 1.Рассмотрите модель электродвигателя. Укажите на рисунке 1 основные его части. 1 2 3 Рис.1 4 5 1 — ______________________________ 2 — ______________________________ 3 — ______________________________ 4 — ______________________________ 5 — ______________________________

2.Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, модели электродвигателя, ключа,соединив все последовательно. Начертите схему цепи.

3. Приведите двигатель во вращение. Если двигатель не работает, найдите причины и устраните их. 4. Измените направление тока в цепи. Наблюдайте за вращением подвижной части электродвигателя. 5.Сделайте вывод.

Литература: 1 . Физика. 8 кл.:учеб. для общеобразоват. учреждений/А.В.Перышкин.-4-е изд., доработ.-М.:Дрофа, 2008. 2 . Физика. 8 кл.:учеб. Для общеобразоват. учреждений/ Н.С.Пурышева, Н.Е.Важеевская.-2-е изд., стереотип.-М.:Дрофа, 2008 . 3 . Лабораторные работы и контрольные задания по физике: Тетрадь для учащихся 8-го класса.-Саратов: Лицей, 2009. 4 .Тетрадь для лабораторных работ. Сарахман И.Д. МОУ СОШ №8 г.Моздока РСО-Алания. 5 .Лабораторные работы в школе и дома: механика/ В.Ф.Шилов.-М.:Просвещение, 2007. 6 .Сборник задач по физике. 7-9 классы: пособие для учащихся общеобразоват. учреждений/ В.И.Лукашик, Е.В. Иванова.-24-е изд.-М.:Просвещение, 2010.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 11

(на модели)

Цель работы

Приборы и материалы

Ход работы.

Лабораторная работа № 11

Изучение электрического двигателя постоянного тока

(на модели)

Цель работы : познакомиться на модели электродвигателя постоянного тока с его устройством и работой.

Приборы и материалы : модель электродвигателя, лабораторный источник питания, ключ, соединительные провода.

Правила техники безопасности.

На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Внимание! Электрический ток! Изоляция проводников должна быть не нарушена. Не включайте цепь без разрешения учителя. Не прикасайтесь руками к вращающимся деталям электродвигателя.

Тренировочные задания и вопросы

1.На каком физическом явлении основано действие электрического двигателя?

2.Каковы преимущества электрических двигателей по сравнению с тепловыми?

3. Где используется электрические двигатели постоянного тока?

Ход работы.

1.Рассмотрите модель электродвигателя. Укажите на рисунке 1 основные его части.

2.Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, модели электродвигателя, ключа,соединив все последовательно. Начертите схему цепи.

Рис.1

Сделайте вывод.

3. Приведите двигатель во вращение. Если двигатель не работает, найдите причины и устраните их.

4. Измените направление тока в цепи. Наблюдайте за вращением подвижной части электродвигателя.

Рис.1

ФМ_ 1 урок, дополнительный материал

Приложение 1

Карточка № 1

 

Ф.И. учащегося ___________________________

 

№ п/п

Вопросы

Ответы

1

Какое открытие положило начало изобретению электродвигателя?

 

2

Кто изобрел первый «электродвигатель»?

 

 

3

Какие превращения  энергии наблюдались в электродвигателе?

 

 

4

На чем основано действие  электродвигателя?

 

 

 

Приложение 2

Карточка № 2

Вариант 1                                                            Вариант 2

№ п/п

Вопросы

Ответы

    

№ п/п

Вопросы

Ответы

   1

Вокруг проводника с током создается…

…электрическое и магнитное поле

1

Около рамки с током существует …

Электрическое и магнитное поле

2

Сила, действующая на проводник с током, названа в честь…

А.Ампера

2

Изобретатель первого производственного электродвигателя

Б.С.Якоби

3

Неподвижная часть электродвигателя называется…

Статор

3

Подвижная часть электродвигателя – это…

Ротор (якорь)

4

Ротор представляет собой…

Сердечник, на который наматывается обмотка

4

Статор представляет собой…

Постоянный магнит или электромагнит

5

Электродвигатели постоянного тока используют на транспорте, а именно…

(привести не менее трех примеров)

В электропоездах, трамваях, троллейбусах

5

Микроэлектродвигатели постоянного тока используют в быту, а именно…

(привести не менее трех примеров)

Электробритвах, кофемолках, миксерах

 

 

 

 

Карточки для учащихся

 

  Вариант 1           _________________            Вариант 2                      _______________

                                   (фамилия, имя)                                                        (фамилия, имя)

 

№ п/п

Вопросы

Ответы

         

№ п/п

Вопросы

Ответы

   1

Вокруг проводника с током создается…

 

1

Около рамки с током существует …

 

2

Сила, действующая на проводник с током, названа в честь…

 

2

Изобретатель первого производственного электродвигателя

 

3

Неподвижная часть электродвигателя называется…

 

3

Подвижная часть электродвигателя – это…

 

4

Ротор представляет собой…

 

4

Статор представляет собой…

 

5

Электродвигатели постоянного тока используют на транспорте, а именно…

(привести не менее трех примеров)

 

5

Микроэлектродвигатели постоянного тока используют в быту, а именно…

(привести не менее трех примеров)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      1. Составляющий элемент атома. 2. Катушка с сердечником. 3. Одно из состояний вещества. 4. Датский ученый. 5. Эта частица входит в состав ядра. 6. Характеристика электрических свойств вещества. 7. Входит в состав атома. 8. Единица измерения напряжения. 9. Один из создателей электрической лампочки. 10. Тело, способное притягивать к себе железные тела. 11. Величина, которую можно измерить в милливольтах. 12. Нейтральная частица. 13. «Производитель». 14. Электрическое, магнитное, гравитационное…

Ответы: 1 — электрон, 2 — соленоид, 3 — жидкость, 4 — Эрстед, 5 — протон, 6 — сопротивление, 7 — ядро, 8 — вольт, 9 — Эдисон, 10 — магнит, 11 — напряжение, 12 — нейтрон, 13 — генератор, 14-поле.

Ключевое слово: электродвигатель.


 

Как называется вращающаяся часть генератора


Вращающаяся часть генератора называется а) стартором. б) индуктором. в) ротором

На рисунке изображены графики зависимости силы упругости от удлинения для пружины школьного динамометра (1) и резинового шнура (2). Сравните жесткости … эти тел. Каким будет показание динамометра при растяжении его пружины на 10 см?

В каких случаях можно утверждать, что к телу приложена сила? А) Машина резко затормозила Б) Мячик отскочил от стенки В) Пол прогнулся под тяжестью гру … за Г) Луна движется вокруг Земли Д) Шайба движется по очень гладкому льду.

на каком расстоянии друг от друга два точечных заряда по 8 нКл, находящихся в воздухе,будут отталкиваться с силой 0.36 мН?​

на рисунке 64 показывает четыре положения,которые последовательно занимает точка при ее движении по окружности.Какие координаты x и y имеет точка в эт … их положениях?нужно расписать каждый вариант .Например x=r;y=0при перемещении 2 в точку 4,координата х возрастает до R ,затем уменьшается от R до 0Также нужно расписать следующие помогите пожалуйста​

Какова средняя сила давления на плечо при стрельбе из автомата Калашникова АК-74М, если масса пули 5,45 г, а скорость пули при вылете из ствола 900 м/ … с? Число выстрелов в единицу времени 600 мин−1. Ответ выразить в единицах СИ и полученный результат округлить до целого числа.

Радиус Земли R = 6400 км, ускорение свободного падения g = 9,8 м/с². По этим данным приближенно оцените массу Земли. Постоянная всемирного тяготения G … = 6,67·10⁻¹¹ H·m²/кг²

Пластилиновый шар без начальной скорости с высоты на массивную твёрдую плиту не проводящую тепло. Пренебрегая сопротивлением воздуха,укажи все верные … утверждения из приведенных ниже. 1)Кинетическая энергия шара во время удара переходит во внутреннюю энергию шара. 2)Изменение мех. энергии шара с момента начала его движения до момента удара о плиту идёт на изменение его внутренней энергии 3)Потенциальная энергия шара при его падении убывает,а внутренняя энергия при этом возрастает. 4)При деформации шара во время удара о плиту совершается работа, которая изменяет внутренюю энергию шара.

как остановить ракету, которая возвращается на землю.​

Мальчик на коньках разгоняется до скорости 11 м/с и вкатывается на ледяную горку. Да какой высоты он сможет подняться, если коэффициент трения равен 0 … ,1, а угол наклона горки к горизонту 45 градусовпомогите, пж, желательно с объяснением​

Какой объем имеет растительное масло массой 2кг? ПОМОГИТЕ ПЖ Даю 20 баллов​

Генератор переменного тока — Генератор переменного тока состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь и вращающейся части — ротор или индуктор

В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.

Устройство генератора переменного тока

Генератор переменного тока – это устройство, которые преобразует механическую энергию, в электрическую.

Состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь (см. рисунок) и вращающейся части — ротор или индуктор. В генераторе переменного тока ротор — это электромагнит, который обеспечивает магнитное поле, которое передается на статор. На внутренней поверхности статора есть осевые впадины, так называемые пазы, в которых расположена обмотка переменного тока (проводник). Статор генератора изготавливается из 0.35 мм спрессованных стальных листов, которые изолированы покрытой лаком пленкой. Эти листы устанавливаются в станине устройства. Ротор крепится внутри статора и вращается посредством двигателя. Вал – одна из деталей, для передачи крутящего момента под действием расположенных на нём опор. На общем валу с генератором, располагается так называемый возбудитель постоянного тока, который питает постоянным током обмотки ротора. Аккумулятор в генераторе переменного тока выполняет функции стартерной батареи, которая имеет свойство накапливать и хранить электроэнергию при нехватке в отсутствии работы двигателя и при нехватке мощности, которую развивает генератор.

Применение генераторов переменного тока в жизни

В течении последних лет, популярность использования электростанций и генераторов переменного тока значительно возросла. Используются они как в промышленных, так и в бытовых сферах. Промышленные генераторы являются наилучшим вариантом для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.

Обслуживание

Практически любая дизельная электростанция в независимости от ее мощности (500 кВт) и производителя имеет 2 главные составляющие. Это генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания. Так как поддерживать данные узлы необходимо в рабочем исправном состоянии, в ходе их эксплуатации нужен определенный перечень обязательных работ по их техническому обслуживанию. К сожалению, подавляющее большинство владельцев считает, что можно ограничиться лишь своевременной заменой масла и фильтра, при этом «техническое обслуживание» можно провести и самостоятельно. Но результатом этого зачастую становится полный отказ работы устройства. В результате чего, не сложно сделать вывод, что проще и дешевле, доверить оборудование профессионалам, которые благодаря знаниям и огромному опыту, смогут увеличить срок службы ДГУ и сократить расходы при аварийных ситуациях.


Устройство,принцип действия автомобильных генераторов

Электрооборудование любого автомобиля включает в себя генератор – основной источник электроэнергии. Вместе с регулятором напряжения он называется генераторной установкой. На современные автомобили устанавливаются генераторы переменного тока. Они в наибольшей степени отвечают предъявляемым требованиям.
Основные требования к автомобильным генераторам
1. Генератор должен обеспечивать бесперебойную подачу тока и обладать достаточной мощностью, чтобы:
– одновременно снабжать электроэнергией работающих потребителей и заряжать АКБ;
– при включении всех штатных потребителей электроэнергии на малых оборотах двигателя не происходил сильный разряд аккумуляторной батареи;
– напряжение в бортовой сети находилось в заданных пределах во всем диапазоне электрических нагрузок и частот вращения ротора.
2. Генератор должен иметь достаточную прочность, большой ресурс, небольшие массу и габариты, невысокий уровень шума и радиопомех.

Принцип действия генератора
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И, наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует, собственно, статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) – ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генераторной установки, там, где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения, после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы – обычно 2…3 Вт.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора генератора N и числа его пар полюсов р:
f=p*N/60
За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения я ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т. к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора. С учетом передаточного числа i ременной передачи от двигателя к генератору частота сигнала на входе тахометра fт связана с частотой вращения коленчатого вала двигателя Nдв соотношением:
f=p*Nдв(i)/60
Конечно, в случае проскальзывания приводного ремня это соотношение немного нарушается и поэтому следует следить, чтобы ремень всегда был достаточно натянут. При р=6 , (в большинстве случаев) приведенное выше соотношение упрощается fт = Nдв (i)/10. Бортовая сеть требует подведения к ней постоянного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор.

Обмотка статора генераторов зарубежных фирм, как и отечественных – трехфазная. Она состоит из трех частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т. е. на 120 электрических градусов, как это показано на рис. I. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения Uф действуют между концами обмоток фаз. я токи Iф протекают в этих обмотках, линейные же напряжения Uл действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи Jл. Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные.

При соединении в «треугольник» фазные токи в корень из 3 раза меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более толстым проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» в корень из 3 больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т. е. получается «двойная звезда».

Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых: VD1, VD3 и VD5 соединены с выводом «+» генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом «-» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис.1, пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».

У значительного количества типов генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9-VD 11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. По графику фазных напряжений (рис. 1) можно определить, какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения Uф1 действует в обмотке первой фазы, Uф2 – второй, Uф3 – третьей. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t1, когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы – положительно, а третьей – отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам, показанным на рис. 1. Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени, легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление – от вывода «+» генераторной установки к ее выводу «-» («массе»), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток. Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени t1 открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9-VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2 А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25…35 А).

Рис. 1. Принципиальная схема генераторной установки. Uф1 — Uф3 — напряжение в обмотках фаз: Ud — выпрямленное напряжение; 1, 2, 3 — обмотки трех фаз статора: 4 — диоды силового выпрямителя; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — нагрузка; 7 — диоды выпрямителя обмотки возбуждения; 8 — обмотка возбуждения; 9 — регулятор напряжения.


Остается рассмотреть принцип работы плеча выпрямителя, содержащего диоды VD7 и VD8. Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками – первой, частота которой совпадает с частотой фазного напряжения, и высшими, главным образом, третьей, частота которой в три раза выше, чем первой. Представление реальной формы фазного напряжения в виде суммы двух гармоник (первой и третьей) показано на рис. 2.

Рис. 2. Представление фазного напряжения Uф в виде суммы синусоид первой, U1, и третьей U3, гармоник


Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т. е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е. одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном – нет. Следовательно, мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения, не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность добавлены диоды VD7 и VD8, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5…15% при частоте вращения более 3000 мин-1.

Выпрямленное напряжение, как это показано на рис. 1, носит пульсирующий характер. Эти пульсации можно использовать для диагностики выпрямителя. Если пульсации идентичны – выпрямитель работает нормально, если же картинка на экране осциллографа имеет нарушение симметрии – возможен отказ диода. Проверку эту следует производить при отключенной аккумуляторной батарее. Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т. е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генераторную установку элементов защиты ее от всплесков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+ « генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя «используется и в регуляторах напряжения.

Устройство автомобильного генератора
По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками – передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку, существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное – только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

Статор генератора (рис. 3) набирается из стальных листов толщиной 0.8…1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

Рис.3. Статор генератора: 1 — сердечник, 2 — обмотка, 3 — пазовый клин, 4 — паз, 5 — вывод для соединения с выпрямителем


В пазах располагается обмотка статора, выполняемая по схемам (рис. 4) в виде петлевой распределенной (рис.4-а) или волновой сосредоточенной (рис.4-б), волновой распределенной (рис.4-б) обмоток. Петлевая обмотка отличается тем, что ее секции (или полусекции) выполнены в виде катушек с лобовыми соединениями по обоим сторонам пакета статора напротив друг друга. Волновая обмотка действительно напоминает волну, т. к. ее лобовые соединения между сторонами секции (или полусекции) расположены поочередно то с одной, то с другой стороны пакета статора. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция исходит влево, другая направо. Расстояние между сторонами секции (или полусекции) каждой обмотки фазы составляет 3 пазовых деления, т.е. если одна сторона секции лежит в пазу, условно принятом за первый, то вторая сторона укладывается в четвертый паз. Обмотка закрепляется в пазу пазовым клином из изоляционного материала. Обязательной является пропитка статора лаком после укладки обмотки.

Рис.4 Схема обмотки статора генератора: А — петлевая распределенная, Б — волновая сосредоточенная, В — волновая распределенная
——- 1 фаза, — — — — — — 2 фаза, -..-..-..- 3 фаза


Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис.5). Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы – полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

Рис. 5. Ротор автомобильного генератора: а — в сборе; б — полюсная система в разобранном виде; 1,3- полюсные половины; 2 — обмотка возбуждения; 4 — контактные кольца; 5 — вал.


Если полюсные половины имеют полувтулки, то обмотка возбуждения предварительно наматывается на каркас и устанавливается при напрессовке полюсных половин так, что полувтулки входят внутрь каркаса. Торцевые щечки каркаса имеют выступы-фиксаторы, входящие в межполюсные промежутки на торцах полюсных половин и препятствующие провороту каркаса на втулке. Напрессовка полюсных половин на вал сопровождается их зачеканкой, что уменьшает воздушные зазоры между втулкой и полюсными половинами или полувтулками, и положительно сказывается на выходных характеристиках генератора. При зачеканке металл затекает в проточки вала, что затрудняет перемотку обмотки возбуждения при ее перегорании или обрыве, т. к. полюсная система ротора становится трудноразборной. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно – контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т. к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластинтеплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец – обычно плотная, со стороны привода – скользящая, в посадочное место крышки наоборот – со стороны контактных колец – скользящая, со стороны привода – плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства – резиновые кольца, пластмассовые стаканчики, гофрированные стальные пружины и т. п.

Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле. Гибридные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения на монокристалле ни разборке, ни ремонту не подлежат.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (рис. 6-а) воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места – к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом (рис. 6-б), закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Рис .6. Система охлаждения генераторов: а — генераторы обычной конструкции; б — генераторы для повышенной температуры в подкапотном пространстве; в — генераторы компактной конструкции. Стрелками показано направление воздушных потоков.


Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

Производство и передача электроэнергии. Трансформатор. на Сёзнайке.ру

 

1. Какое устройство вырабатывает электрический ток?

Генератор.

2. Как называется вращающаяся часть генератора?

Ротор.

3. Чем отличается в генераторе ротор от якоря?

Ротор и якорь — это одно и то же.

4. В индукционных генераторах происходит превращение…

…механической энергии в электрическую.

5. В электродвигателях происходит превращение…

…электрической энергии в механическую.

6. В нагревательных элементах происходит превращение…

…электрической энергии во внутреннюю.

7. В колебательном контуре происходит превращение…

. …энергии электрического поля в энергию магнитного поля.

8. В МГД-генераторах происходит превращение…

. …внутренней энергии плазмы в электрическую.

9. В индукционном генераторе индуктор и якорь имеют железные сердечники для…

…увеличения потока магнитной индукции, а, следовательно, и амплитуды индуцируемой ЭДС.

10. Зазор между сердечниками ротора и статора делают как можно меньше для…

…увеличения потока магнитной индукции, а, следовательно, и амплитуды индуцируемой ЭДС.

11. Скользящие контакты на роторах промышленных генераторов служат для…

…подвода тока к ротору или отвода его во внешнюю цепь.

12. Сердечники генераторов набирают из тонких, изолированных друг от друга пластин для…

…ослабления паразитных вихревых токов (токов Фуко).

13. В технике и в быту чаще используется…

…переменный ток.

14. Для питания большинства радиосхем требуется…

…постоянный ток.

15. … имеет те преимущества, что напряжение и силу тока можно почти без потерь мощности преобразовывать в широких пределах.

…переменный ток.

16. Для питания ротора генератора переменного тока используют…

…постоянный ток.

17. У повышающего трансформатора…

… k

18. Для уменьшения потерь мощности в линиях электропередачи…

…уменьшают силу тока, увеличивая напряжение.

19. Если увеличивать частоту переменного тока, то сопротивление цепи, содержащей конденсатор…

…уменьшается.

20. Если увеличивать частоту переменного тока, то сопротивление цепи, содержащей катушку индуктивности… …увеличивается.

 

Урок 43-3 Устройство и принцип работы генератора переменного тока

Рассмотрим замкнутый контур (рамку) площадью S, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого равна B. Контур равномерно вращается вокруг оси OO’ с угловой скоростью ω.

Магнитный поток, пронизывающий контур, определяется формулой Ф = BS cosΔφ, где Δφ — угол между вектором нормали n к плоскости контура и вектором В. Рамка вращается внутри магнита с частотой v, и за время t совершает N = vt оборотов. За оборот рамка поворачивается на угол 2π рад. Угол на который поворачивается рамка за время t: Δφ = 2π vt = ωt, тогда изменение магнитного потока ΔФ = BS cos Δφ = BS cos ωt .

В замкнутом контуре возникает э.д.с. индукции, которая по закону электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока .

Тогда получим мгновенное значение э.д.с.

e = — Ф’ = — (BS cos ωt)’ = BSω sin ωt

Следовательно э.д.с. индукции, возникающая в замкнутом контуре, при его равномерном вращении в однородном магнитном поле меняется со временем по закону синуса. Э.д.с. индукции максимальна при sin ωt = 1, т.е. α = ωt = π/2

Величина ε0 = ωBS – называется амплитудным значением э.д.с. индукции.

Если такой контур замкнуть на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток, сила и направление которого изменяются. Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле является простейшимгенератором переменного тока.

В нашей стране используется переменный ток частотой 50 Гц (в США – 60 Гц). Такой ток вырабатывается генераторами.

Генераторы электрического тока – это устройства для преобразования различных видов энергии – механической, химической, тепловой, световой и др. – в электрическую.

Работа генератора переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции.

В настоящее время имеется много различных типов генераторов. Но все они состоят из одних и тех нее основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС — электродвижущая сила (в рассмотренной модели генератора это вращающаяся рамка).

Неподвижную часть генератора называют статором, а подвижную – ротором.

Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока (Фm = BS) через каждый виток.

В изображенной на рисунке модели генератора вращается проволочная рамка, которая является ротором. Магнитное поле создает неподвижный постоянный магнит. Разумеется, можно было бы поступить и наоборот: вращать магнит, а рамку оставить неподвижной. К концам обмотки ротора присоединены контактные кольца. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью.

Модель генератора переменного тока.

Промышленные генераторы имеют намного большие размеры, для увеличения напряжения, снимаемого с клемм генератора, на рамки наматывают не один, а много витков. Во всех промышленных генераторах переменного тока витки, в которых индуцируется переменный ток, устанавливают неподвижно, а вращается магнитная система. Если ротор вращать с помощью внешней силы, то вместе с ротором будет вращаться и магнитное поле, создаваемое им, при этом в проводниках статора будет индуцироваться э.д.с.

Принцип действия генератора переменного тока следующий. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим для увеличения потока магнитной индукции.

В больших промышленных генераторах вращается именно электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. Дело в том, что подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки.

Структурная схема генератора переменного тока.

Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том левее валу (В настоящее время постоянный ток в обмотку ротора чаще всего подают из статорной обмотки этого же генератора через выпрямитель).

В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны.

Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.
Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. Нигде в природе нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию столь же непрерывно и экономично.

Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования в мобильных авторемонтных мастерских, для ремонта и обслуживания станков-качалок, спецмашин нефтегазовой отрасли, на ГЭС, ТЭС, АЭС, в транспортных системах.

Основные конструктивные элементы

Основные части синхронного генератора: неподвижная — статор, вращающаяся — ротор, представляющая собой электромагнит, и две основные обмотки.
  1. Одна обмотка статора («обмотка возбуждения») запитывается от источника постоянного тока, функцию которого выполняет электронный регулятор напряжения. Регулятор используется в генераторах с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение осуществляется с использованием остаточного магнетизма магнитопровода СГ. При этом энергия переменного тока поступает от обмотки статора СГ. Комплекс из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя-преобразователя трансформирует ее в энергию постоянного тока.
  2. Ток, протекающий в обмотке возбуждения статора, наводит ЭДС на обмотке возбуждения якоря генератора. Статор возбудителя, как конструкционный элемент может отсутствовать, и тогда его функции выполняют постоянные магниты.
  3. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя.
  4. Переменное напряжение, возникающее на обмотке якоря возбудителя, выпрямляется в блоке вращающихся диодов, которые так же называются словосочетанием «диодный мост», и превращает силовую обмотку ротора во вращающийся электромагнит, который наводит ЭДС в силовой обмотке статора СГ.
  5. Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируются в пазы якоря и ротора.
  6. Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, а в быту — однофазные.

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

  • Явнополюсные роторы предназначены для синхронных генераторов, работающих с двигателями внутреннего сгорания с низкой частотой вращения — 1500 и 3000 об/мин.
  • Неявнополюсные роторы востребованы в высокоскоростных (более 3000 об/мин) механизмах переменного электрического тока высокой мощности. Обычно их размещают на одном валу с паровыми турбинами. Такие СГ называют «турбогенераторы».

Определение скорости вращения

Понятие «синхронный» означает, что число оборотов находится в прямой математической зависимости от частоты тока. Эта зависимость определяется по формуле n = 60*f/p, где:

  • n — скорость вращения, об/мин;
  • f — частота, в бытовой электрической сети она равна 50 Гц;
  • p — количество пар полюсов.

Принцип работы СГ

Принцип действия машины в режиме синхронного генератора:

  1. При пропускании через обмотку возбуждения постоянного тока образуется стабильное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью.
  2. При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки якоря возбуждаются переменные ЭДС.
  3. Переменные ЭДС суммируются, образуя ЭДС фаз. Трехфазная система образуется тремя одинаковыми обмотками, размещаемыми на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120°.

В случаях, если централизованное электроснабжение имеет недостаточную мощность или отсутствует, как, например, на удаленных стройплощадках, нефтегазодобывающих объектах, морских и воздушных судах, СГ в составе с двигателем внутреннего сгорания функционируют в автономном режиме. При необходимости создания мощных источников питания синхронные двигатели включают на параллельную работу. Такой способ включения позволяет более полно использовать мощность каждой машины и при необходимости выводить отдельные СГ в ремонт без прекращения эффективного электроснабжения потребителей.

Второй режим работы синхронной машины — выполнение функций электродвигателя. Обычно СГ востребован в качестве двигателя в высокомощных установках более 50 кВт. Для работы в режиме электродвигателя обмотку статора подключают к электросети, а обмотку ротора — к источнику постоянного тока. Вращающий момент возникает при взаимодействии вращающегося магнитного поля СГ с постоянным током обмотки возбуждения.

Устройство и принцип работы генератора переменного тока — урок. Физика, 9 класс.

Проведём опыт по получению индукционного тока. Будем вдвигать и выдвигать постоянный магнит в катушку, соединённую с гальванометром.

 

 

Рис. \(1\). Опыт по получению индукционного тока

 

Можно наблюдать отклонение гальванометра в одну и другую стороны. Это значит, что по катушке течёт индукционный ток, у которого изменяется как модуль, так и направление с течением времени. Такой ток называется переменным током.


Переменный ток создаётся и в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим его площадь. Изменение магнитного потока связано с изменением индукции магнитного поля. Величину магнитного потока можно изменить, поворачивая контур (или магнит), то есть меняя его ориентацию по отношению к линиям магнитной индукции.

 

 

Рис. \(2\). Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита


Этот принцип получения переменного электрического тока используется в механических индукционных генераторах — устройствах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Основные части: статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть).

 

 

Рис. \(3\). Схема генератора: \(1\) — корпус; \(2\) — статор; \(3\) — ротор; \(4\) — скользящие контакты (щётки, кольца)


В промышленном генераторе статором является цилиндр с прорезанными внутри него пазами, в которые уложен витками провод из меди с большой площадью поперечного сечения (аналогично рамке). Переменный магнитный поток в таких витках порождает переменный индукционный электрический ток.


Ротор — это постоянный магнит или электромагнит. Электромагнит представляет собой обмотку с железным сердечником внутри, по которому течёт постоянный электрический ток. Он подводится от внешнего источника тока через щётки и кольца.

 

Какая-либо механическая сила (паровая или водяная турбина) вращает ротор. Вращающееся одновременно с ним магнитное поле образует изменяющийся магнитный поток в статоре, в котором возникает переменный электрический ток.

 

 

Рис. \(4\). Устройство гидрогенератора: \(1\) — статор; \(2\) — ротор; \(3\) — водяная турбина

Источники:

Рис. 1. Опыт по получению индукционного тока. © ЯКласс.

Рис. 2. Изменение магнитного потока при вращении постоянного магнита. © ЯКласс.

Рис. 3. Схема генератора. © ЯКласс.

Рис. 4. Устройство гидрогенератора. © ЯКласс.

Строительство генератора постоянного тока

ZA Генератор постоянного тока — это электрическое устройство, преобразующее механическую энергию в электричество. Он в основном состоит из трех основных частей: системы магнитного поля, якоря, коллектора и щеточного механизма. Другими частями генератора постоянного тока являются: магнитная рама и ярмо, полюсный сердечник и полюсные ножки, индукционные или индукционные катушки, сердечник и обмотки якоря, щетки, концевые кожухи, подшипники и валы.

Схема основных частей

и 4-полюсный генератор постоянного тока или машина постоянного тока показаны ниже.

Состав:

Система магнитного поля генератора постоянного тока

Система магнитного поля — это стационарная или неподвижная часть машины. Создает основной магнитный поток. Система магнитного поля состоит из основной рамы или ярма, полюсного сердечника и полюсных наконечников, а также катушек возбуждения или возбудителя.Эти различные части генератора постоянного тока подробно описаны ниже.

Магнитная рама и ярмо

Наружная полая цилиндрическая рама, к которой крепятся основные столбы и стойки и с помощью которой машина крепится к фундаменту, известна как ярмо. Он изготавливается из стального литья или стального проката для больших машин, а для небольших машин ярмо обычно изготавливается из чугуна.

Два основных назначения ярма следующие: —

  • Поддерживает полюсные жилы и обеспечивает механическую защиту внутренних частей машины.
  • Обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока.
Опорный сердечник и полюсные наконечники

Сердечник полюса и обувь полюса крепятся к магнитному каркасу или ярму винтами. Так как полюса выступают внутрь, их называют значительными полюсами. Каждый полюсный сердечник имеет изогнутую поверхность. Обычно сердечник опоры и башмаки изготавливаются из тонкой литой стали или кованых отливок, склеенных вместе под гидравлическим давлением. Полюса ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи.

Чертежи полюсного сердечника и полюсного наконечника показаны ниже.

Сердечник полюса служит для следующих целей.

  • Поддерживает катушки возбуждения или возбуждения.
  • Они более равномерно распределяют магнитный поток по окружности якоря.
  • Увеличивает площадь поперечного сечения магнитной цепи, тем самым уменьшая сопротивление магнитного пути.
Коробка или возбуждающая катушка

Каждый полюсный сердечник имеет одну или несколько катушек возбуждения (обмоток), расположенных над ним для создания магнитного поля.Эмалированный медный провод используется для создания катушек возбуждения или возбуждения. Катушки сначала наматываются, а затем размещаются вокруг сердечника полюса.

Когда через поле проходит постоянный ток, обмотка намагничивает полюса, которые, в свою очередь, создают магнитный поток. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно таким образом, что при протекании через них тока соседние полюса приобретают противоположную полярность.

Якорь генератора постоянного тока

Вращающаяся часть машины постоянного тока или генератора постоянного тока называется якорем.Фитинги состоят из вала, на котором размещен многослойный цилиндр Amature Core.

Сердечник якоря

Сердечник якоря генератора постоянного тока имеет цилиндрическую форму и прикреплен к вращающемуся валу. На внешней окружности якоря имеются канавки или прорези для размещения обмотки якоря, как показано на рисунке ниже.

Сердечник якоря генератора постоянного тока или машины служит для следующих целей.

  • Удерживает кабели в розетках.
  • Обеспечивает легкий путь для магнитного потока.

Поскольку якорь является вращающейся частью генератора постоянного тока или машины, в сердечнике происходит реверсирование потока, отсюда и гистерезисные потери. Кремнистая сталь используется для изготовления сердечника, чтобы уменьшить потери на гистерезис.

Вращающийся якорь разрезает магнитное поле и, следовательно, создает в нем ЭДС. Эта ЭДС вызывает циркуляцию вихревого тока, что приводит к потере вихревого тока. Для уменьшения потерь сердечник якоря ламинирован с тиснением толщиной примерно от 0,3 до 0,5 мм.Каждая ламинация изолирована от другой слоем лака.

Обмотка якоря

Изолированные жилы вставляются в пазы сердечника якоря. Проводники заклинивают, а жилы стальной проволоки оборачивают вокруг сердечника и должным образом соединяют. Такое расположение проводников называется обмоткой якоря. Обмотка якоря — это сердце машины постоянного тока.

Обмотка якоря — это место, где происходит преобразование мощности.В случае генератора постоянного тока механическая энергия преобразуется в электричество. В зависимости от соединений обмотки делятся на два типа, называемые нахлесточной и волновой.

При намотке внахлест провода соединены таким образом, что количество параллельных путей равно количеству полюсов. Таким образом, если машина имеет P полюса и Z выводов якоря, тогда будут параллельные P дорожки, каждая дорожка будет иметь выводы Z / P, соединенные последовательно.

При намотке внахлест количество щеток равно количеству параллельных дорожек.Половина кистей положительная, а оставшаяся половина отрицательная.

В волновой обмотке проводники соединены так, что они разделены на два параллельных пути независимо от количества полюсов машины. Таким образом, если машина имеет Z проводников якоря, будет только два параллельных пути, каждая из которых имеет серию проводников Z / 2. В этом случае количество щеток равно двум, то есть количество параллельных путей.

Коммутатор в генераторе постоянного тока

Коммутатор, который вращается вместе с якорем, имеет цилиндрическую форму и состоит из ряда медных стержней или сегментов, вытянутых клином, изолированных друг от друга и от вала.Сегменты образуют кольцо вокруг вала якоря. Каждый сегмент коммутатора подключен к концам катушек якоря.

Это самая важная часть машины постоянного тока, которая служит для следующих целей.

  • Соединяет кабели вращающегося якоря с неподвижным внешним контуром щетками.
  • Преобразует наведенный переменный ток в проводнике якоря в однонаправленный ток во внешней цепи нагрузки при работе генератора постоянного тока, в то время как он преобразует крутящий момент переменного тока в однонаправленный (непрерывный) крутящий момент, создаваемый в якоре при работе двигателя.
Кисти

Угольные щетки расположены или установлены на коллекторе и используют две или более угольных щеток для отвода тока от обмотки якоря. Каждая щетка поддерживается в металлической коробке, называемой щеткодержателем или щеткодержателем . Щетки прижимаются к коллектору и образуют звено, соединяющее обмотку якоря с внешней окружностью.

Давление, оказываемое щетками на коллектор, можно регулировать и поддерживать постоянным с помощью пружин.С помощью щеток ток, генерируемый обмотками, передается на коммутатор, а затем во внешнюю цепь.

Обычно они изготавливаются из высококачественного углерода, так как углерод проводит материал и в то же время в порошкообразной форме обеспечивает смазывающий эффект на поверхности коллектора.

Концевые корпуса

Концевые кожухи прикреплены к концам основной рамы и служат опорой для подшипников. Передние кожухи поддерживают подшипники и узлы щеток, так как задние кожухи обычно поддерживают только подшипники.

Подшипник

Шариковые или роликовые подшипники устанавливаются на торце корпуса. Задача подшипников — уменьшить трение между вращающейся и неподвижной частями машины. В конструкции подшипников в основном используется высокоуглеродистая сталь, так как это очень твердый материал.

Вал

Вал изготовлен из низкоуглеродистой стали с максимальной прочностью на разрыв. Вал используется для передачи механической энергии от машины или к машине. Вращающиеся детали, такие как сердечник якоря, коллектор, охлаждающие вентиляторы и т. Д.Они вставляются в вал.

.

Разница между генератором и генератором (технология)

Генератор и генератор переменного тока

Вообще говоря, генератор — это общий термин для устройства, преобразующего механическую энергию в электричество, а генератор переменного тока — это тип генератора, вырабатывающего переменный ток.

Подробнее об электрическом генераторе

Основным принципом любого электрического генератора является закон Фарадея об электромагнитной индукции.Принцип, выраженный в этом принципе, заключается в том, что при изменении магнитного поля через проводник (например, провод) электроны вынуждены двигаться в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля. Это создает давление электронов в проводнике (электродвижущую силу), которое заставляет электроны течь в одном направлении.

С технической точки зрения, скорость изменения магнитного потока в проводнике индуцирует в проводнике электродвижущую силу, и ее направление определяется правилом правой руки Флеминга.Это явление в основном используется для производства электроэнергии.

Чтобы добиться такого изменения магнитного потока на проводящем проводе, магниты и проводящие провода перемещаются относительно так, что магнитный поток изменяется в зависимости от положения. Увеличивая количество проводов, можно увеличить результирующую электродвижущую силу; поэтому провода намотаны на катушку, содержащую большое количество витков. Установка магнитного поля или катушки на вращение, в то время как другая находится в неподвижном состоянии, позволяет потоку непрерывно изменяться.

Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная часть — статором. Часть генератора, генерирующая ЭДС, называется якорем, а магнитное поле просто называется полем. Якорь можно использовать как статор или ротор, а компонент поля — последний.

Увеличение напряженности поля также увеличивает наведенную ЭДС. Поскольку постоянные магниты не могут обеспечить интенсивность, необходимую для оптимизации выработки энергии генератором, используются электромагниты.Через эту цепь возбуждения протекает намного меньший ток, чем через цепь якоря, и меньший ток проходит через контактные кольца, которые поддерживают электрическую связь в ротаторе. В результате большинство генераторов переменного тока имеют обмотку возбуждения на роторе и обмотку статора в качестве обмотки якоря.

Дополнительная информация об генераторе переменного тока

Генераторы переменного тока работают по тому же принципу, что и генератор, используя обмотку ротора в качестве компонента возбуждения и обмотку якоря в качестве статора.Разница в том, что нет смены полярности обмоток, нужна; поэтому контакт обмоток не обеспечивается коммутатором, как в генераторе постоянного тока, а напрямую подключается. В большинстве генераторов переменного тока используются три обмотки статора, поэтому на выходе генератора используется трехфазный ток. Затем выходной ток выпрямляется мостовыми выпрямителями.

Ток в обмотке ротора можно регулировать; в результате выходное напряжение генератора переменного тока можно контролировать.

Генераторы переменного тока чаще всего используются в автомобилях, где механическая энергия двигателя, подаваемая на вал ротора (через коленчатый вал), преобразуется в электрическую энергию, а затем используется для зарядки аккумуляторной батареи транспортного средства.

Генератор и генератор переменного тока

• Генератор — это общий класс оборудования, а генератор — это тип генератора, вырабатывающего переменный ток.

• В генераторах переменного тока используются регуляторы напряжения и выпрямители для выработки постоянного тока на выходе, в то время как в других генераторах постоянный ток получается путем добавления коммутатора или переменного тока.

• Частота на выходе генератора переменного тока может отличаться из-за изменения частоты ротора (но это не влияет, поскольку ток выпрямляется до постоянного), в то время как другие генераторы работают с фиксированной частотой вала ротора.

• Генераторы используются в автомобилях для выработки электроэнергии.

.

Разница между электродвигателем и генератором (Технология)

Электродвигатель против генератора

Электричество стало неотъемлемой частью нашей жизни; более или менее весь наш образ жизни основан на электрическом оборудовании. Энергия из многих форм преобразуется в форму электричества для питания всех этих устройств. Электродвигатель — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.С другой стороны, устройства используются для преобразования электрической энергии в механическую по мере необходимости. Двигатель — это устройство, выполняющее эту функцию.

Подробнее об электрическом генераторе

Основным принципом любого электрического генератора является закон Фарадея об электромагнитной индукции. Принцип, выраженный в этом принципе, заключается в том, что при изменении магнитного поля через проводник (например, провод) электроны вынуждены двигаться в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля.Это создает давление электронов в проводнике (электродвижущую силу), которое заставляет электроны течь в одном направлении. С технической точки зрения, скорость изменения магнитного потока в проводнике индуцирует в проводнике электродвижущую силу, и ее направление определяется правилом правой руки Флеминга. Это явление в основном используется для производства электроэнергии.

Чтобы добиться такого изменения магнитного потока на проводящем проводе, магниты и проводящие провода перемещаются относительно так, что магнитный поток изменяется в зависимости от положения.Увеличивая количество проводов, можно увеличить результирующую электродвижущую силу; поэтому провода намотаны на катушку, содержащую большое количество витков. Установка магнитного поля или катушки на вращение, в то время как другая находится в неподвижном состоянии, позволяет потоку непрерывно изменяться.

Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная часть — статором. Часть генератора, генерирующая ЭДС, называется якорем, а магнитное поле просто называется полем. Якорь можно использовать как статор или ротор, а компонент поля — последний.Увеличение напряженности поля также увеличивает наведенную ЭДС.

Поскольку постоянные магниты не могут обеспечить интенсивность, необходимую для оптимизации выработки энергии генератором, используются электромагниты. Через эту цепь возбуждения протекает намного меньший ток, чем через цепь якоря, и меньший ток проходит через контактные кольца, которые поддерживают электрическую связь в ротаторе. В результате большинство генераторов переменного тока имеют обмотку возбуждения на роторе и обмотку статора в качестве обмотки якоря.

Подробнее об электродвигателе

Принцип, используемый в двигателях, является еще одним аспектом индукционного принципа. Закон гласит, что если заряд движется в магнитном поле, на него действует сила в направлении, перпендикулярном как скорости заряда, так и магнитному полю. Тот же принцип применяется к потоку заряда, тока и проводника с током. Направление этой силы определяется правилом правой руки Флеминга. Простой результат этого явления состоит в том, что если в проводнике течет ток в магнитном поле, проводник перемещается.Все асинхронные двигатели работают по этому принципу.

Подобно генератору, двигатель также имеет ротор и статор, в которых вал, прикрепленный к ротору, обеспечивает механическую энергию. Число витков катушек и сила магнитного поля влияют на систему одинаковым образом.

В чем разница между электродвигателем и электрогенератором?

• Генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а двигатель преобразует механическую энергию в электрическую.

• В генераторе вал, прикрепленный к ротору, приводится в движение механической силой, а обмотка якоря производит электрический ток, а вал двигателя приводится в движение магнитными силами, создаваемыми между якорем и полем; на обмотку якоря должен подаваться ток.

• Двигатели (обычно заряд, движущийся в магнитном поле) подчиняются правилу левой руки Флеминга, а генератор подчиняется правилу левой руки Флеминга.

.

Разница между генератором и генератором

Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электричество переменного тока. Генератор — это механическое устройство, преобразующее механическую энергию в электричество переменного или постоянного тока. Генератор всегда индуцирует переменный ток…. Генераторы считаются менее эффективными.

  1. Почему в автомобилях используются генераторы вместо генераторов?
  2. В чем основное отличие генератора постоянного тока от генератора переменного тока?
  3. Можно ли использовать автомобильный генератор в качестве генератора ??
  4. Генераторы вырабатывают переменный или постоянный ток?
  5. Почему в домах не используется постоянный ток?
  6. Что такое генератор в генераторе?
  7. Это трехфазный автомобильный генератор переменного тока?
  8. Почему переменный ток предпочтительнее постоянного тока?
  9. Почему он называется генератором?
  10. Какова минимальная частота вращения автомобильного генератора на 12 В??
  11. Сколько вольт переменного тока вырабатывает генератор?
  12. Генераторы нагружаются на холостом ходу?

Почему в автомобилях используются генераторы вместо генераторов?

Генераторы переменного тока имеют несколько преимуществ перед генераторами постоянного тока. Генераторы: легче, дешевле и долговечнее. … Щетки в генераторе переменного тока несут только постоянный ток возбуждения, который составляет небольшую часть тока, переносимого щетками генератора постоянного тока, которые несут всю мощность генератора.

В чем основное отличие генератора постоянного тока от генератора переменного тока?

Основные различия между генератором и генератором

Генератор Генератор
Может генерировать только переменный ток «переменного тока». Может генерировать как переменный, так и постоянный ток «постоянного тока».
Вращающаяся часть или ротор представляет собой магнитное поле. Вращающаяся часть или рабочее колесо представляет собой якорь.

Можно ли использовать автомобильный генератор в качестве генератора ??

Превратите свой автомобильный генератор в альтернативную энергию, построив этот дешевый и простой домашний ветрогенератор. Если вы можете повернуть ключ и использовать электродрель, вы сможете собрать этот простой генератор за два дня. Вы можете использовать любой автомобильный генератор со встроенным регулятором напряжения.

Генераторы вырабатывают переменный или постоянный ток?

Автомобильные батареи работают от электричества постоянного тока (DC), в то время как генераторы переменного тока вырабатывают переменный ток (AC), который иногда течет в противоположном направлении.

Почему в домах не используется постоянный ток?

Ответ на вопрос, почему в домах не используется постоянный ток, сводится к характеристикам, присущим постоянным токам, и их слабости по сравнению с переменными токами (AC). Фактически, переменные токи могут легко передаваться на большие расстояния без больших потерь. Они также более безопасны при прямом контакте с тем же напряжением.

Что такое генератор в генераторе?

Генератор-генератор — это сердце генератора.Генератор переменного тока, также известный как «genhead», представляет собой часть генератора, которая вырабатывает электричество из механической энергии, подаваемой на него двигателем. Генератор состоит из статора — неподвижной части — и ротора — подвижной части.

Это трехфазный автомобильный генератор переменного тока?

Автомобильный генератор — это трехфазный генератор со встроенной выпрямительной схемой, состоящей из шести диодов.

Почему переменный ток предпочтительнее постоянного тока?

Ответ: Переменный ток более предпочтителен, чем постоянный ток, потому что его легко поддерживать, а также изменять переменное напряжение для целей передачи и распределения.Стоимость установки переменного тока намного ниже по сравнению с передачей постоянного тока. В случае ошибки легко отключить питание переменного тока.

Почему он называется генератором?

Название генератора происходит от термина «переменный ток» (AC). … Генераторы переменного тока генерируют переменный ток за счет электромагнетизма, создаваемого отношениями статор-ротор, о которых мы поговорим позже в этой статье. Электроэнергия направляется в аккумулятор, обеспечивая напряжение для питания различных электрических систем.

Какая минимальная частота вращения автомобильного генератора на 12 В?

Как упоминалось ранее, большинство генераторов предпочитают минимальную скорость 2400 об / мин.

Сколько вольт переменного тока вырабатывает генератор?

Так называется генератор переменного тока, потому что он вырабатывает переменный электрический ток. Эту энергию можно преобразовать из одного напряжения в другое с помощью трансформатора. Таким образом, 12 вольт переменного тока на выходе генератора переменного тока можно преобразовать в 120 вольт переменного тока.

Заряжаются ли генераторы на холостом ходу?

Хорошая новость: да, аккумулятор вашего автомобиля будет заряжаться на холостом ходу. … Ваш генератор вырабатывает электричество при работающем двигателе автомобиля, пока двигатель автомобиля включен и генератор работает нормально, аккумулятор автомобиля будет заряжаться.

.

Что такое электромагнитный генератор?

Электромагнитный генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электричество, используя взаимосвязанные принципы магнетизма и электричества. Процесс, с помощью которого электромагнитный генератор производит электричество, называется электромагнитной индукцией, что в основном означает, что электрический ток индуцируется в проводнике с помощью магнита. Большинство электронных генераторов работают на основе электромагнитной индукции, а некоторые из них используют возобновляемые источники энергии, такие как гидро- и ветровая энергия, для производства начальной механической энергии.Механическую энергию можно в основном рассматривать как кинетическую энергию или энергию в движении.

Индукция в электромагнитном генераторе — это процесс, при котором внутри проводника вырабатывается электричество. Этот процесс работает, потому что силы электричества и магнетизма в основном одинаковы. Оба работают по принципу, согласно которому некоторые частицы имеют заряд, а объекты с противоположными зарядами притягиваются друг к другу. Отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительно заряженным протонам посредством основного процесса магнетизма.Поток электронов к положительному заряду называется электричеством.

Эти связанные принципы означают, что электричество можно вырабатывать с помощью электромагнитного генератора. Когда магнит проходит через проводник, он в основном объединяет положительно заряженные и отрицательно заряженные частицы в группы, поскольку соответствующие частицы притягиваются к противоположным полюсам магнита. Это создает электричество в проводнике, поскольку частицы перемещаются на месте.Постоянно вращая проводник магнитным полем, создается непрерывный ток. Это называется электромагнитной индукцией.

Общая конструкция электромагнитного генератора основана на этом процессе электромагнитной индукции. Британский ученый по имени Майкл Фарадей открыл это явление в 1831 году, и обновленная версия этой базовой конструкции сейчас используется в большинстве типов электромагнитных генераторов. Фарадей создал генератор, разместив подковообразный магнит с проволочной петлей, вращающейся между северным и южным полюсами.Кабель подключается к устройству, которое может напрямую использовать генерируемую мощность, или к аккумулятору, который накапливает энергию. Подключение генератора к вольтметру показывает, какой ток вырабатывается.

Энергия никогда не создается и не разрушается, поэтому сила, используемая для вращения механической части электромагнитного генератора, по-прежнему требует источника энергии. Это может быть получено с использованием ископаемого топлива или ядерной энергии, но это также может быть получено с использованием возобновляемых форм энергии.Многие электромагнитные генераторы полагаются на энергию, генерируемую ветром, падающей водой и даже солнечной энергией. Если электромагнитный генератор работает на возобновляемом и бесплатном источнике энергии, произведенная энергия не наносит вреда окружающей среде.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ
.90 000 типов возобновляемых источников энергии — название веб-сайта меняется на языках!
Гидроэнергетика (также известная как гидроэнергетика)

Гидроэнергетика, вероятно, самый старый и наиболее широко используемый источник возобновляемой энергии. Сила текущей или падающей воды обрабатывалась и экономно использовалась на протяжении веков. До изобретения электрических машин и распространения электроэнергии гидроэнергетика широко использовалась для привода мельниц, лесопилок, кузнечных и суконных заводов.Это было сделано с помощью водяных колес, простейший вариант которых — так называемый колесо недолета, было описано еще в III веке до нашей эры. Принцип водяного колеса так же прост, как и его конструкция. Он представляет собой деревянное или металлическое колесо, оснащенное лопастями, чашками или перегородками, образующими рабочую поверхность. Созданное таким образом колесо, помещенное в поток реки, преобразует энергию воды в механическую. В зависимости от способа подачи водяного потока существует три типа водяных колес.В дополнение к вышеупомянутой ходовой части имеются также опорные и подающие колеса. В настоящее время гидроэнергетика чаще всего преобразуется в электроэнергию с помощью гидроэлектростанций и установленных на них двигателей, называемых турбинами. Гидравлические турбины изготавливаются из металлических роторов, снабженных, как водяные колеса, лопастями. Построенный таким образом ротор под действием потока воды вращается, преобразовывая энергию воды в механическую. Это, в свою очередь, из-за генератора, соединенного с турбинами, используется для производства электроэнергии.Наиболее часто используемые типы турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса и Пелтона. Гидроэлектростанции используют как энергию проточных внутренних вод (проточные электростанции), так и энергию их снижения в результате создания плотин. В эту категорию входят: электростанции на водохранилищах с периодическим регулированием расхода, электростанции компактного каскада, а также насосные электростанции и электростанции с насосной установкой. Помимо вышеперечисленного, существуют также электростанции, использующие энергию морских волн (так называемыемаремоторные электростанции), электростанции, преобразующие энергию движущихся масс морских течений, и сооружения, использующие энергию приливов и отливов морей (приливные электростанции). Водная энергия — самый эффективный источник возобновляемой энергии. Эффективность его преобразования может превышать 80%. К его характерным параметрам относятся: слив, то есть разница в высоте, с которой вода падает на лопатки турбины, и скорости ее потока. Эти параметры зависят от ряда факторов, в том числе географические и гидрологические условия и используемые технологии.

Энергия ветра

Энергия ветра — это энергия, бездействующая при движении воздуха, которая возникает из-за разницы в плотности нагретых воздушных масс и их восходящего движения. Возникающее отрицательное давление засасывает его холодные массы. Воздух течет из области с более высоким давлением в область с более низким давлением. Следовательно, можно сказать, что энергия ветра — это солнечная энергия, потому что солнце нагревает воздух. Подсчитано, что от 1 до 2% солнечной энергии, достигающей Земли, преобразуется в кинетическую энергию ветра.Скорость и сила ветра зависят от разницы давлений между двумя точками. Чем больше разница, тем больше будет скорость ветра. Движение воздуха обычно происходит параллельно поверхности Земли, но в зависимости от местности оно может иметь другой курс, например, вверх и вниз. С точки зрения возможности использования ветра в энергетических целях, он характеризуется тремя измерениями: скоростью, направлением и повторяемостью. Скорость ветра увеличивается с высотой, а самая низкая скорость ветра возникает у земли, что является результатом действия сил трения.Направление ветра определяет направление, с которого приходит ветер. Повторяемость — это сумма часов, в течение которых ветер дует с определенной скоростью в течение года. Энергия ветра преобразуется в электричество с помощью ветряных турбин, она также используется в качестве механической энергии в ветряных мельницах и ветряных насосах. Ветрогенераторы оснащены лопастными роторами. Плавный ветер приводит в движение ротор. Затем вращающийся ротор передает механическую энергию генератору.Генератор, также известный как генератор, в свою очередь преобразует его в электричество. В зависимости от положения оси ротора ветряки делятся на: турбины с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Эффективность использования энергии ветра ветряными электростанциями составляет около 30% (аналогичная эффективность достигается на угольных электростанциях). Энергия ветра широко доступна, но сильно варьируется как во времени, так и в пространстве. Сила энергии ветра в значительной степени зависит от формы и управления территорией.

Солнечная энергия

Энергия солнца, точнее энергия солнечного излучения, является богатейшим источником энергии, доступным человечеству, и в то же время необходимым условием для жизни и функционирования человека. Энергию солнца можно использовать для отопления и производства электроэнергии. В первом случае это делается с помощью систем, которые механически передают тепло через рабочие жидкости: масло, воду или воздух. Среди всех методов обработки солнечного излучения он в настоящее время является наиболее эффективным как с точки зрения энергии, так и с точки зрения экономики использования солнечной энергии.Эффективность преобразования солнечной энергии в полезное тепло, которое можно использовать для отопления помещений (центральное отопление) или производства горячей воды (ГВС), достигает 80%. Для этого используются солнечные коллекторы. По своей конструкции эти устройства бывают двух типов: плоские и вакуумные. Плоские коллекторы состоят из поглотителя, обычно сделанного из медного или алюминиевого листа, реже из стали, к которому прикреплены медные трубы. Именно через них протекает упомянутая выше рабочая жидкость.Все это покрыто высокоселективным слоем, характеризующимся высоким коэффициентом поглощения солнечного излучения и низким коэффициентом излучения инфракрасного излучения. Поглотитель дополнительно защищен от теплопотерь за счет помещения его в герметичную камеру, изолированную снизу полиуретановой пластиной или минеральной ватой. Все вышеперечисленные элементы заключены в металлический каркас, покрытый стеклом. Второй тип коллекторов — это вакуумные коллекторы. Поглотитель расположен внутри соединенных между собой стеклянных трубок, внутри которых имеется вакуум.Коллекторы этого типа характеризуются несколько более высокой эффективностью, особенно в весенний и осенне-зимний периоды, что является результатом способности поглощать рассеянную солнечную энергию. Важной особенностью солнечной энергии является способность создавать электродвижущую силу в твердых телах, например кремниевых пластинах. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом и нашло свое применение во втором применении солнечной энергии — производстве электричества. В этом процессе задействованы фотоэлектрические панели.Их основным элементом являются фотоэлементы. Типичный фотоэлектрический элемент представляет собой полупроводниковую пластину из кристаллического или поликристаллического кремния. В результате поглощения солнечного излучения на выводах элементов создается напряжение. Электрический ток течет при приложении нагрузки. КПД такого типа установки относительно невысок и составляет максимум 30%. Однако это очень многообещающая технология, поэтому фотоэлектрическая энергия в настоящее время является одной из самых быстрорастущих отраслей энергетики.Характерной чертой солнечной энергии, как и энергии ветра, является ее высокая изменчивость. Количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, варьируется в зависимости от времени суток, года, ориентации на Солнце и климатической зоны.

Геотермальная энергия (также известная как геотермальная или геотермальная энергия)

Геотермальная энергия — это тепловая энергия недр Земли, хранящаяся в горных породах, водах и парах. Внутри Земли на глубине примерно 5 км содержится тепловая энергия порядка 140 миллионов ЭДж.Это почти в пятьдесят раз больше энергии, чем та, которая достигает поверхности Земли за год от Солнца. Первоначально внутреннее тепло Земли возникло из-за гравитационного сжатия, которое произошло во время формирования планеты. В настоящее время наибольшее количество тепла (45-90%) происходит от распада радиоактивных изотопов калия, урана и тория. Геотермальная энергия является возобновляемым источником энергии, поскольку ее источник — горячие внутренние районы земного шара — практически неисчерпаем. Геотермальная энергия используется в основном, когда теплоносителем является вода или пар.Для вывода геотермальных вод на поверхность скважины проделываются на глубину их залегания. Затем следует просверлить вторую скважину на некотором расстоянии от водозабора. Прежде чем тепло будет снято, геотермальная вода вернется в залежь. Есть два способа использования геотермальной воды: прямой, при котором вода подается через систему труб, и косвенный — путем передачи тепла охлаждающей воде по замкнутому контуру. Геотермальная энергия используется в качестве основного источника тепла в системах центрального отопления, а также для производства электроэнергии.В последнем случае он платится только тогда, когда вода в источнике особенно горячая. Мировое производство электроэнергии, вырабатываемой геотермальной энергией, основано на источниках с температурой выше 100 ° C. Тогда можно напрямую использовать паровую турбину. В настоящее время все более популярной становится технология двоичных цепей, позволяющая использовать источники тепла с минимальной температурой 90 ° C. Однако воды с более низкой температурой не подходят для выработки электроэнергии по техническим причинам.Это потребовало бы использования огромных теплообменников для получения даже небольшого количества электроэнергии. Как правило, геотермальные воды сильно засолены, что затрудняет работу теплообменников и других элементов геотермальной арматуры.

Биомасса

Биомасса — это все органические вещества, присутствующие на Земле, то есть все виды биоразлагаемых веществ растительного и животного происхождения. Традиционно под биомассой понимаются отходы и остатки домашних хозяйств и промышленности.Однако все чаще выращиваются так называемые энергетические растения, для которых характерны высокий годовой прирост, высокая теплотворная способность, высокая устойчивость к болезням и вредителям, а также относительно низкая потребность в почве. Чрезвычайно важным фактором также является возможность механизации агротехнических работ на этапе создания плантации, а также уборки урожая. Биомасса состоит из углеводов, крахмала и лигнина. Углеводы вместе с крахмалом являются пищей для животных и человека, они также являются сырьем для производства этанола, который можно использовать в энергетических целях.Остальные компоненты биомассы питательными свойствами не обладают. Лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза — очень хороший источник энергии. Самый эффективный способ получения энергии из биомассы — это ее сжигание. Это можно сделать путем прямого сжигания в виде биогаза или биотоплива. Тепло, полученное в результате этого процесса, затем используется для производства электроэнергии. Побочным продуктом его производства является углекислый газ (CO 2 ). Однако углекислый газ не вреден для окружающей среды и не вызывает парникового эффекта.Это связано с тем, что он остается в замкнутом контуре из-за процесса фотосинтеза. По сравнению с каменным углем биомасса имеет более высокое содержание кислорода и водорода и более низкое содержание углерода. Например, теплотворная способность желтой соломы составляет 14,3 МДж / кг, дров — 13 МДж / кг и угля — 29,3 МДж / кг. Отсюда следует, что с точки зрения энергии одна тонна каменного угля эквивалентна двум тоннам древесины или соломы. Биомасса в настоящее время является одним из самых дешевых источников возобновляемой энергии, и ее производство может быть автоматическим или поддерживаться соответствующими обработками, такими как удобрение или борьба с вредителями.Тот факт, что биомасса относится к возобновляемым источникам энергии, подтверждается тем фактом, что она доступна периодически, через определенные промежутки времени. Его формирование будет происходить спонтанно, пока солнце излучает солнечную энергию, а почва отвечает необходимым требованиям растительности.

.

РАЗНИЦА МЕЖДУ ДИНАМИКОЙ И ГЕНЕРАТОРОМ | СРАВНИТЬ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПОДОБНЫМИ УСЛОВИЯМИ — ТЕХНОЛОГИЯ

Dynamo v Генератор Для людей этого поколения это все равно, что сравнивать черно-белое изображение с современным ЖК-телевизором или светодиодным телевизором. Действительно, когда Майкл Фарадей получил

в 1813 году.

Dynamo vs Generator

Для тех, кто принадлежит к старшему поколению, это все равно, что сравнивать черно-белое изображение с современным ЖК-телевизором или светодиодным телевизором.На самом деле, когда Майкл Фарадей изобрел динамо-машину в 1813 году, это было чудо, потому что она помогла производить электричество. Dynamo стал основой отрасли, обеспечивая энергией на долгие годы. Генераторы, вырабатывающие переменный ток, который сегодня используется во всем мире в качестве источника энергии, сегодня являются динамо-машинами. Между династиями прошлых лет и современными генераторами есть много общего, хотя они очень разные, эти различия будут освещены в этой статье.

Если вы изучите электричество и бытовые приборы, которые использовались с самого начала, вы бы узнали, что динамо-машины были первыми генераторами, производившими электричество. Но это был постоянный ток по сравнению с переменным, который сегодня является стандартом, и даже постоянный ток был создан с помощью коммутаторов. Электродвигатель, который мы видим сегодня, генератор переменного тока и вращающийся преобразователь, все эти устройства — результат усовершенствований и различных экспериментов, проводимых на динамо-машинах в старину.Люди часто видели динамо-машины, установленные на их велосипедах и использующие механическую энергию своих прялок для создания тока, который зажигает небольшую электрическую лампочку.

Итак, можно сказать, что любое устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую с помощью электромагнитной индукции, является генератором. В этом смысле динамо-машина также является генератором, хотя было бы неуместно называть генератор динамо-машиной.

Статор и якорь являются неотъемлемыми частями динамо-машины.В то время как статор неподвижен и создает постоянное магнитное поле, якорь представляет собой набор вращающихся обмоток, которые движутся в магнитном поле. Когда они движутся в магнитном поле, эти провода создают силу, действующую на электроны в металле, создавая электрический ток. Набор коммутаторов используется для преобразования генерируемого электрического тока в постоянный. Это означает, что в прежние времена динамо-машины предназначались для замены батареек. Позже, с изобретением переменного тока, а также устройств и устройств, работающих на этом токе, динамо-машины постепенно утратили свою популярность и сегодня редко используются.

Вкратце:

Разница между динамо-машиной и генератором

• Динамо-машины считаются предшественниками современных электрогенераторов

• Динамо-машины производили постоянный ток, а генераторы производили электричество

• Динамо-машины использовали коммутаторы для преобразования переменного тока в постоянный, поскольку они были предназначены для производства энергии в качестве замены батарей

• Генераторы использовать полупроводниковое электронное преобразование переменного тока в постоянный вместо коммутаторов.

• Генераторы сейчас используются во всем мире, а динамо-машины — устройство прошлого

• Динамо-машины все еще используются в приложениях, где требуется маломощный постоянный ток

.

> :: Статьи :: Маркировка электромашин

 

Kак маркируются выводы концов машин постоянного тока?

 

   Для определения выводных концов отдельных обмоток (последовательной C1, C2; параллельной Ш1, Ш2 и якорной Я1, Я2 с дополнительными полюсами Д1, Д2;обмотка возбуждения независимая М1, М2; Компенсационная обмотка К1, К2) необходимо иметь контрольную лампу или вольтметр и источник переменного тока.

Та из трех обмоток, при касании которой лампа горит тускло, будет параллельной (шунтовой) обмоткой. Лампа не будет гореть при касании ее одним концом к коллектору машины, а другим — к выводам последовательной обмотки и будет гореть при касании к выводам обмотки дополнительных полюсов, соединенной с якорем.
Существует еще одна система маркировки электромашин постоянного тока определенная ГОСТ 26772-85:
  • А1 — А2 — якорная обмотка
  • Д1 — Д2 — последовательная обмотка
  • Е1 — Е2 — паралельная обмотка
  • B1 — B2 — обмотка добавочных полюсов
  • Часто приходится пересчитать крутящий момент, мощность, обороты двигателя. Они связаны формулой P=(T x W)/9545, где P-мощность, T-крутящий момент в Нм, W-обороты двигателя в минуту.

     

     

    Классификация электродвигателей

    Электрический двигатель — это электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.
    В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из статора (неподвижной части) и ротора (якоря в случае машины постоянного тока) (подвижной части), электрическим током (или также постоянными магнитами) в которых создаются неподвижные и/или вращающиеся магнитные поля.

    Статор — неподвижная часть электродвигателя, чаще всего — внешняя. В зависимости от типа двигателя, может создавать неподвижное магнитное поле и состоять из постоянных магнитов и/или электромагнитов, либо генерировать вращающееся магнитное поле (и состоять из обмоток, питаемых переменным током).
    Ротор — подвижная часть электродвигателя, чаще всего располагаемая внутри статора. Может следующее исполнение по конструкции:
  • постоянных магнитов
  • обмоток на сердечнике (подключаемых через щёточно-коллекторный узел)
  • короткозамкнутой обмотки («беличье колесо» или «беличья клетка»), токи в которой возникают под действием
  • вращающегося магнитного поля статора).
    Взаимодействие магнитных полей статора и ротора создает вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя. Таким способом происходит преобразование электрической энергии, подаваемой на обмотки двигателя, в механическую (кинетическую) энергию вращения. Полученную механическую энергию можно использовать приводя в движение механизмы.

    Типы электродвигателей
  • Рассматриваем типы двигателей только с точки зрения применения в электротранспорте.
    Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Имеют следующие разновидности:
  • С возбуждением постоянными магнитами;
  • С параллельным соединением обмоток возбуждения и якоря;
  • С последовательным соединением обмоток возбуждения и якоря;
  • Со смешанным соединением обмоток возбуждения и якоря;
  • Бесколлекторные двигатели постоянного тока ( вентильные двигатели ) — Электродвигатели, выполненные в виде
        замкнутой системы с использованием датчика положения ротора (ДПР), системы управления (преобразователя координат)
        и силового полупроводникового преобразователя (инвертора)
    Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током, имеет две разновидности:
  • Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным
        полем питающего напряжения;
  • Разновидность синхронного электродвигателя — гистерезисный двигатель
  • Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от
       частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением.
    Однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь
    Двухфазные — в том числе конденсаторные.
    Трёхфазные
    Многофазные
    Шаговые двигатели — Электродвигатели, которые имеют конечное число положений ротора. 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.
    Вентильный реактивный электродвигатель
    Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе.
    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.

    Из истории
  • Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлоу. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности. Изобретатели стремились создать электродвигатель для производственных нужд. Они пытались заставить железный сердечник двигаться в поле электромагнита возвратно-поступательно, т.е. так, как движется поршень в цилиндре паровой машины.
    Русский ученый Б.С. Якоби пошел иным путем. В 1834 г. он создал первый в мире практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». Б.С. Якоби писал, что его двигатель несложен и «дает непосредственно круговое движение, которого гораздо легче пробразовать в другие виды движения, чем возратно-поступательное».
    Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. Неподвижаная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через комутатор, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременного притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться. Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт. Впоследствии Якоби довел мощность электродвигателя до 550 Вт. Этот двигатель был установлен сначала на лодке, а позже на железнодорожной платформе.
    13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.

    Двигатель постоянного тока
  • Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.
    Простейший двигатель (рис. 1), являющийся машиной постоянного тока, состоит из одного постоянного магнита на статоре, из одного электромагнита с явно выраженными полюсами на роторе (двухполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой из двух частей), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками.

    Простейший двигатель имеет два положения ротора (две «мёртвые точки») из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении, магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное) и равно:

    где:
    S — число витков обмотки ротора, B — индукция магнитного поля полюсов статора, I — ток в обмотке ротора [А], L — длина рабочей части витка обмотки [м], r — расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м], sin — синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад], w — угловая скорость [рад/сек], t — время [сек].
    Из-за наличия угловой ширины щёток и углового зазора между пластинами (ламелями) коллектора в двигателе этой конструкции имеются динамически постоянно короткозамкнутые щётками части обмотки ротора. Число короткозамкнутых частей обмотки ротора равно числу щёток. Эти короткозамкнутые части обмотки ротора не участвует в создании общего крутящего момента.
    Суммарная короткозамкнутая часть ротора в двигателях с одним коллектором равна:

    где n — число щёток, d — угловая ширина одной щётки [радиан].

    Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента, средний крутящий момент рамок (витков) с током, за один оборот, равен площади под интегральной кривой, крутящего момента, делённой на длину периода (1 оборот = 2пи):

    Двигатель, показанный на следующем рисунке состоит из одного электромагнита на статоре (двухполюсного статора) с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой, трёхполюсного ротора с явно выраженными полюсами и с тремя обмотками (обмотки ротора могут быть включены звездой или треугольником), щёточноколлекторного узла с тремя пластинами (ламелями) и с двумя щётками. Самозапуск возможен из любого положения ротора. Имеет меньшую неравномерность крутящего момента, чем двигатель с двухполюсным ротором.
    ДПТ являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определённых условиях способны работать как генераторы.
    На статоре ДПТ располагаются, в зависимости от конструкции, или постоянные магниты (микродвигатели), или электромагниты с обмотками возбуждения (катушками, наводящими магнитный поток возбуждения). В простейшем случае, статор имеет два полюса, т. е. один магнит с одной парой полюсов. Но чаще ДПТ имеют две пары полюсов. Бывает и более. Помимо основных полюсов, на статоре (индукторе) могут устанавливаться добавочные полюса, которые предназначены для улучшения коммутации.
    Ротор состоит из электромагнитов с переключаемой полярностью, датчика положения ротора и переключателя (в обычных машинах это функции коллектора). В простейшем случае, ротор состоит из одного электромагнита с двумя полюсами, т. е. имеет одну пару полюсов, при этом есть две «мёртвые точки», из которых невозможен самозапуск двигателя.

    Ротор с тремя полюсами (условно полторы пары), имеет наименьшее число полюсов ротора, при которых самозапуск возможен из любого положения ротора. На самом деле, один полюс всё время находится в зоне коммутации, т.е. ротор имеет неявные две пары полюсов. Ротор любого ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание, в зависимости от угла поворота ротора, относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек, необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, и для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

    Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции: является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами. Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей. Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо, из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.

    Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов. При больших токах, в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего, искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.

    Конструкция двигателя может иметь один или несколько щеточно-коллекторных узлов.
    Общие способы управления ДПТ:
  • Изменение напряжения подводимого к обмотке якоря;
  • Введение добавочного сопротивления в цепь якоря;
  • Изменение потока.

    Униполярный двигатель
  • Униполярный электродвигатель — разновидность электрических машин постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-ой токосъёмник у края диска.

    Наглядная демонстрация работы униполярного электродвигателя. На головке шурупа находится постоянный магнит, сила которого удерживает шуруп притянутым к полюсу батарейки Первый униполярный двигатель, колесо Барлоу, создал Питер Барлоу, описав его в книге «Исследование магнитных притяжений», опубликованной в 1824 году. Колесо Барлоу представляло из себя два медных зубчатых колеса, находящихся на одной оси. В результате взаимодействия тока, проходящего через колёса с магнитным полем постоянных магнитов колёса вращаются. Барлоу выяснил, что при перемене контактов или положения магнитных полюсов происходит смена направления вращения колёс на противоположное

    Универсальный коллекторный двигатель
  • Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

    Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону. Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин. Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.
    Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

    Безколлекторный двигатель постоянного тока
  • Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР). Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем). Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

    Вентильный электродвигатель
  • Вентильный электродвигатель — это синхронный двигатель, основанный на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией, суть которого заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Вентильные двигатели (в англоязычной литературе BLDC или PMSM) ещё называют бесколлекторными двигателями постоянного тока, потому что контроллер такого двигателя обычно питается от постоянного напряжения.

    Этот тип двигателя создан с целью улучшения свойств электродвигателей постоянного тока. Высокие требования к исполнительным механизмам (в частности, высокооборотных микроприводов точного позиционирования) обусловили применение специфических двигателей постоянного тока: бесколлекторных трехфазных двигателей постоянного тока (БДПТ или BLDC). Конструктивно они напоминают синхронные двигатели переменного тока: магнитный ротор вращается в шихтованом статоре с трехфазными обмотками. Но обороты являются функцией от нагрузки и напряжения на статоре. Эта функция реализована с помощью переключения обмоток статора в зависимости от координат ротора. БДПТ существуют в исполнении с отдельными датчиками на роторе и без отдельных датчиков. В качестве отдельных датчиков применяются датчики Холла. Если выполнение без отдельных датчиков, то в качестве фиксирующего элемента выступают обмотки статора. При вращении магнита, ротор наводит в обмотках статора ЭДС и ток. При выключении одной обмотки измеряется и обрабатывается сигнал, который был в ней наведен. Этот алгоритм требует процессор обработки сигналов. Для торможения и реверса БДПС не нужна мостовая схема реверса питания — достаточно подавать управляющие импульсы на обмотки статора в обратной последовательности.
    В вентильном двигателе (ВД) индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотка находится на статоре (синхронный двигатель). Напряжение питания обмоток двигателя формируется в зависимости от положения ротора. Если в двигателях постоянного тока для этой цели использовался коллектор, то в вентильном двигателе его функцию выполняет полупроводниковый коммутатор (датчик положения ротора (ДПР) с инвертором).
    Основным отличием ВД от синхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью ДПР, в результате чего у ВД, частота вращения поля пропорциональна частоте вращения ротора.
    Статор имеет традиционную конструкцию и похож на статор асинхронной машины. Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки,уложенной в пазы по периметру сердечника. Количество обмоток определяет количество фаз двигателя. Для самозапуска и вращения достаточно двух фаз — синусной и косинусной. Обычно ВД трёхфазные, реже- четырёхфазные. По способу укладки витков в обмотки статора различают двигатели имеющие обратную электродвижущую силу трапецеидальной (BLDC) и синусоидальной (PMSM) формы. По способу питания фазный электрический ток в соответствующих типах двигателя также изменяется трапецеидально или синусоидально.
    Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов. Вначале для изготовления ротора использовались ферритовые магниты. Они распространены и дёшевы, но им присущ недостаток в виде низкого уровня магнитной индукции. Сейчас получают популярность магниты из сплавов редкоземельных элементов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.
    Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах — фотоэлектрический, индуктивный, на эффекте Холла, и т. д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безынерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.
    Фотоэлектрический датчик, в классическом виде, содержит три неподвижных фотоприёмника, которые поочерёдно закрываются шторкой вращающейся синхронно с ротором. Это показано на рисунке. Двоичный код, получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами, так, что в каждый такт (фазу) работы двигателя включены два ключа и к сети подключены последовательно две из трёх обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W расположены на статоре со сдвигом на 120° и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создаётся вращающееся магнитное поле.
    Система управления содержит силовые ключи, часто тиристоры или силовые транзисторы с изолированным затвором. Из них собирается инвертор напряжения или инвертор тока. Система управления ключами обычно реализуется на основе использования микроконтроллера. Наличия микроконтроллера требует большое количество вычислительных операций по управлению двигателем.
    Принцип работы ВД основан на том, что контроллер ВД коммутирует обмотки статора так, чтобы вектор магнитного поля статора всегда был ортогонален вектору магнитного поля ротора. С помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) контроллер управляет током, протекающим через обмотки ВД, т.е. вектором магнитного поля статора, и таким образом регулируется момент, действующий на ротор ВД. Знак у угла между векторами определяет направление момента действующего на ротор.
    Внимание! Градусы ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. Они меньше геометрических градусов на число пар полюсов ротора. Например в ВД с ротором имеющим 3 пары полюсов оптимальный угол между векторами будет 90°/3 = 30°
    Коммутация производится так, что поток возбуждения ротора — Ф0 поддерживается постоянным относительно потока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создаётся вращающий момент M, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.
    В этом случае и результирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора, что и создаёт момент на валу двигателя.
    В двигательном режиме работы МДС (магнитодвижущая сила) статора опережает МДС ротора на угол 90°, который поддерживается с помощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстаёт от МДС ротора, угол 90° так же поддерживается с помощью ДПР.
    Контроллер ВД регулирует момент, действующий на ротор, меняя величину ШИМ.
    В отличие от щёточного электродвигателя постоянного тока, коммутация в ВД осуществляется и контролируется с помощью электроники.
    Распространены системы управления, реализующие алгоритмы широтно-импульсного регулирования и широтно-импульсной модуляции при управлении ВД.
    Система, обеспечивающая самый широкий диапазон регулирования скорости — у двигателей с векторным управлением. С помощью преобразователя частоты осуществляется регулирование скорости двигателя и поддержание потокосцепления в машине на заданном уровне.
    Особенность регулирования электропривода с векторным управлением — контролируемые координаты, измеренные в неподвижной системе координат преобразуются к вращающейся системе, из них выделяется постоянное значение, пропорциональное составляющим векторов контролируемых параметров, по которым осуществляется формирование управляющих воздействий, далее обратный переход. Недостатком этих систем является сложность управляющих и функциональных устройств для широкого диапазона регулирования скорости.
    Различия: Двигатели BLDC и синхронные PMSM несколько отличаются друг от друга при внешней схожести, двигатели BLDC имеют лучший крутящий момент при трогании. Отличаются они формой обратной ЭДС наведенной в катушках при вращении ротора. Безщеточный двигатель постоянного тока BLDC имеет трапецевидную обратную ЭДС. Синхронный двигатель с постоянными магнитами PMSM имеет синусоидальную обратную ЭДС. Их обьединенное название PMM — двигатели с постоянными магнитами, имеют трехфазное управление.
    Примечание: BLDC — Brushless DC Motor, PMSM — Permanent Magnet Synchronous Machine

    Преимущества и недостатки
  • Универсального привода не существует. Все приводные системы имеют свои преимущества и недостатки. С изобретением частотного преобразования появилась, было надежда на универсальность, но реальность развеяла такие надежды.
    Достоинства ДПТ: простота устройства и управления, практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя, легко регулировать частоту вращения, хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент), возможность использования их как в двигательном, так и в генераторном режимах.
    Недостатки ДПТ: дороговизна изготовления, необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов, ограниченный срок службы из-за износа коллектора.
    Достоинства вентильного двигателя: высокое быстродействие и динамика, точность позиционирования, широкий диапазон изменения частоты вращения, бесконтактность и отсутствие узлов, требующих техобслуживания — бесколлекторная машина, возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде, большая перегрузочная способность по моменту, высокие энергетические показатели (КПД более 90 % и cos фи более 0,95), большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов, низкий перегрев электродвигателя, при работе в режимах с возможными перегрузками.
    Недостатки вентильного двигателя:Относительно сложная система управления двигателем, ограниченность ресурса электронных узлов, высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора, во многих случаях оказывается более рациональным применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.
    Достоинства универсального двигателя: Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов, (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление), меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств. проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность, быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети, компактность (даже с учётом редуктора), больший пусковой момент, автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика, возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.
    Недостатки универсального двигателя: Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора, меньший максимальный момент (может быть недостатком), нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение), относительно малая надёжность (срок службы) щеточного узла, сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи, высокий уровень шума, относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя).


    Важно:

    1. Для изучения способов управления двигателями рекомендую изучить статьи в журнале «Компоненты и технологии», 2004 год, начиная с номера 4 «Привод-просто, как «раз,два,три». Журналы можно заказать через сайт.
    2. В электронном виде статьи выложены на САЙТЕ: http://www.kit-e.ru/articles/powerel/2004_4_130.php

     

    Коллектор в двигателе


    Коллекторный электродвигатель постоянного тока

    Дмитрий Левкин

    Статор (постоянный магнит)

    Рисунок 1 — Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе

    Ротор — вращающаяся часть электрической машины.

    Статор — неподвижная часть двигателя.

    Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

    Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

    Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

    Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

    Принцип работы коллекторного двигателя

    По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

    Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

    Схема коллекторного двигателя с постоянными магнитами

    Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора. КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

    Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения
    Двигатели независимого и параллельного возбуждения

    В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

    В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

    Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

    Двигатель последовательного возбуждения

    В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа

    ,

    • где M – момент электродвигателя, Н∙м,
    • сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
    • Ф – основной магнитный поток, Вб,
    • Ia – ток якоря, А.

    С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

    Важно: Недопустимо включать двигатели последовательного возбуждения в сеть в режиме холостого хода (без нагрузки на валу) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках частота вращения якоря резко возрастает, достигая значений, при которых возможно механическое разрушение двигателя, поэтому в приводах с двигателями последовательного возбуждения недопустимо применять ременную передачу, при обрыве которой двигатель переходит в режим холостого хода. Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения мощностью до 100—200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, так как их мощность механических и магнитных потерь при больших частотах вращения соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

    Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

    Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

    Двигатель смешанного возбуждения

    Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

    Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

    Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

    Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

    Механические характеристики коллекторных двигателей постоянного тока

    Основные параметры электродвигателя постоянного тока

    Постоянная момента

    Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

    ,

    • где Z — суммарное число проводников,
    • Ф – магнитный поток, Вб [1]
    Смотрите также

    Коллекторный двигатель: виды, принцип работы, схемы

    В бытовом электрооборудовании, где используются электродвигатели, как правило, устанавливаются электромашины с механической коммутацией. Такой тип двигателей называют коллекторными (далее КД). Предлагаем рассмотреть различные виды таких устройств, их принцип действия и конструктивные особенности. Мы также расскажем о достоинствах и недостатках каждого из них, приведем примеры сферы применения.

    Что такое коллекторный двигатель?

    Под таким определением подразумевается электромашина, преобразовывающая электроэнергию в механическую, и наоборот. Конструкция устройства предполагает наличие хотя бы одной обмотки подсоединенной к коллектору (см. рис. 1).

    Рисунок 1. Коллектор на роторе электродвигателя (отмечен красным)

    В КД данный элемент конструкции используется для переключения обмоток и в качестве датчика, позволяющего определить положение якоря (ротора).

    Виды КД

    Классифицировать данные устройства принято по типу питания, в зависимости от этого различают две группы КД:

    1. Постоянного тока. Такие машины отличаются высоким пусковым моментом, плавным управлением частоты вращения и относительно простой конструкцией.
    2. Универсальные. Могут работать как от постоянного, так и переменного источника электроэнергии. Отличаются компактными размерами, невысокой стоимостью и простотой управления.

    Первые, делятся на два подвида, в зависимости от организации индуктора он может быть на постоянных магнитах или специальных катушках возбуждения. Они служат для создания магнитного потока, необходимого для образования вращательного момента. КД, где используются катушки возбуждения, различают по типам обмоток, они могут быть:

    • независимыми;
    • параллельными;
    • последовательными;
    • смешанными.

    Разобравшись с видами, рассмотрим каждый из них.

    КД универсального типа

    На рисунке ниже представлен внешний вид электромашины данного типа и ее основные элементы конструкции. Данное исполнение характерно практически для всех КД.

    Конструкция универсального коллекторного двигателя

    Обозначения:

    • А – механический коммутатор, его также называют коллектором, его функции были описаны выше.
    • В – щеткодержатели, служат для крепления щеток (как правило, из графита), через которые напряжение поступает на обмотки якоря.
    • С – Сердечник статора (набирается из пластин, материалом для которых служит электротехническая сталь).
    • D – Обмотки статора, данный узел относится к системе возбуждения (индуктору).
    • Е – Вал якоря.

    У устройств данного типа, возбуждение может быть последовательным и параллельным, но поскольку последний вариант сейчас не производят, мы его не будем рассматривать. Что касается универсальных КД последовательного возбуждения, то типовая схема таких электромашин представлена ниже.

    Схема универсального коллекторного двигателя

    Универсальный КД может работать от переменного напряжения благодаря тому, что когда происходит смена полярности, ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление. В результате этого вращательный момент не изменяет своего направления.

    Особенности и область применения универсальных КД

    Основные недостатки данного устройства проявляются при его подключении к источникам переменного напряжения, что отражается в следующем:

    • снижение КПД;
    • повышенное искрообразование в щеточно-коллекторном узле, и как следствие, его быстрый износ.

    Ранее КД широко применялись, во многих бытовых электроприборах (инструмент, стиральные машины, пылесосы и т.д.). На текущий момент производители практически престали использовать данный тип двигателей отдав предпочтение безколлекторным электромашинам.

    Теперь рассмотрим коллекторные электромашины, работающие от источников постоянного напряжения.

    КД с индуктором на постоянных магнитах

    Конструктивно такие электромашины отличаются от универсальных тем, что вместо катушек возбуждения используются постоянные магниты.

    Конструкция коллекторного двигателя на постоянных магнитах и его схема

    Этот вид КД получил наибольшее распространение по сравнению с другими электромашинами данного типа. Это объясняется невысокой стоимостью вследствие простоты конструкции, простым управлением скорости вращения (зависит от напряжения) и изменением его направления (достаточно изменить полярность). Мощность двигателя напрямую зависит от напряженности поля, создаваемого постоянными магнитами, что вносит определенные ограничения.

    Основная сфера применения – маломощные приводы для различного оборудования, часто используется в детских игрушках.

    КД на постоянных магнитах с игрушки времен СССР

    К числу преимуществ можно отнести следующие качества:

    • высокий момент силы даже на низкой частоте оборотов;
    • динамичность управления;
    • низкая стоимость.

    Основные недостатки:

    • малая мощность;
    • потеря магнитами своих свойств от перегрева или с течением времени.

    Для устранения одного из основных недостатков данных устройств (старения магнитов) в системе возбуждения используются специальные обмотки, перейдем к рассмотрению таких КД.

    Независимые и параллельные катушки возбуждения

    Первые получили такое название вследствие того, что обмотки индуктора и якоря не подключаются друг к другу и запитываются отдельно (см. А на рис. 6).

    Рисунок 6. Схемы КД с независимой (А) и параллельной (В) обмоткой возбуждения

    Особенность такого подключения заключается в том, что питание U и UK должны отличаться, в противном случае н возникнет момент силы. Если невозможно организовать такие условия, то катушки якоря и индуктора подключается параллельно (см. В на рис. 6). Оба вида КД обладают одинаковыми характеристиками, мы сочли возможным объединить их в одном разделе.

    Момент силы у таких электромашин высокий при низкой частоте вращения и уменьшается при ее увеличении. Характерно, что токи якоря и катушки независимы, а общий ток является суммой токов, проходящих через эти обмотки. В результат этого, при падении тока катушки возбуждения до 0, КД с большой вероятностью выйдет из строя.

    Сфера применения таких устройств – силовые установки с мощностью от 3 кВт.

    Положительные черты:

    • отсутствие постоянных магнитов снимает проблему их выхода из строя с течением времени;
    • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
    • простое и динамичное управление.

    Минусы:

    • стоимость выше, чем у устройств на постоянных магнитах;
    • недопустимость падения тока ниже порогового значения на катушке возбуждения, поскольку это приведет к поломке.
    Последовательная катушка возбуждения

    Схема такого КД представлена на рисунке ниже.

    Схема КД с последовательным возбуждением

    Поскольку обмотки включены последовательно, то ток в них будет равным. В результате этого, когда ток в обмотке статора становится меньше, чем номинальный (это происходит при небольшой нагрузке), уменьшается мощность магнитного потока. Соответственно, когда нагрузка увеличивается, пропорционально увеличивается мощность потока, вплоть до полного насыщения магнитной системы, после чего эта зависимость нарушается. То есть, в дальнейшем рост тока в обмотке катушки якоря не приводит к увеличению магнитного потока.

    Указанная выше особенность проявляется в том, что КД данного типа непозволительно запускать при нагрузке на четверть меньше номинальной. Это может привести к тому, что ротор электромашины резко увеличит частоту вращения, то есть, двигатель пойдет «в разнос». Соответственно, такая особенность вносит ограничения на сферу применения, например, в механизмах с ременной передачей. Это связано с тем, что при ее обрыве электромашина начинает работать в холостом режиме.

    Указанная особенность не распространяется на устройства, чья мощность менее 200 Вт, для них допустимы падения нагрузки вплоть до холостого режима работы.

    Преимущества КД с последовательной катушкой, такие же, как у предыдущей модели, за исключением простоты и динамичности управления. Что касается минусов, то к ним следует отнести:

    • высокую стоимость в сравнении с аналогами на постоянных магнитах;
    • низкий уровень момента силы при высокой частоте оборотов;
    • поскольку обмотки статора и возбуждения подключены последовательно, возникают проблемы с управлением скоростью вращения;
    • работа без нагрузки приводит к поломке КД.
    Смешанные катушки возбуждения

    Как видно из схемы, представленной на рисунке ниже, индуктор на КД данного типа обладает двумя катушками, подключенных последовательно и параллельно обмотке ротора.

    Схема КД со смешанными катушками возбуждения

    Как правило, одна из катушек обладает большей намагничивающей силой, поэтому она считается, как основная, соответственно, вторая – дополнительная (вспомогательная). Допускается встречное и согласованное включение катушек, в зависимости от этого интенсивность магнитного потока соответствует разности или сумме магнитных сил каждой обмотки.

    При встречном включении характеристики КД становятся близкими к соответствующим показателям электромашин с последовательным или параллельным возбуждением (в зависимости от того, какая из катушек является основной). То есть, такое включение актуально, если необходимо получить результат в виде неизменной частоты оборотов или их увеличению при возрастании нагрузки.

    Согласованное включение приводит к тому, что характеристики КД будут соответствовать среднему значению показателями электромашин с параллельными и последовательными катушками возбуждения.

    Единственный недостаток такой конструкции – самая высокая стоимость в сравнении с другими типами КД. Цена оправдывается благодаря следующими положительными качествами:

    • не устаревают магниты, за отсутствием таковых;
    • малая вероятность выхода из строя при нештатных режимах работы;
    • высокий момент силы на низкой частоте вращения;
    • простое и динамичное управление.

    Коллекторный двигатель: Устройство, виды и принцип работы

    Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

    Виды коллекторных двигателей

    В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

    • Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
    • Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

    СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

    В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

    1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
    2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
    3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

    Устройство коллекторного двигателя

    Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

    • Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
    • Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;

    • Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
    • Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

    ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

    • Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
    • Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
    • Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

    Принцип работы коллекторного двигателя

    Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

    Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

    Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

    Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

    При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

    ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

    Варианты обмоток возбуждения

    Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

    • Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
    • Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
    • Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.
    Читайте также:  Двигатель ГАЗ 53 — Технические характеристики и описание

    ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

    • Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

    Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

    Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

    Плюсы

    1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
    2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
    3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
    4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

    Недостатки

    1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
    2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

    Возможные поломки и способы их ремонта

    В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

    Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

    При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

    Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

    Читайте также:  Двигатель Субару: Модели и характеристики

    Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

    Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

    Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

    Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

    Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.

    Коллекторный электродвигатель: достоинства, недостатки, область применения

    Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

    Что такое коллекторный двигатель и его особенности

    Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

    • постоянного тока;
    • переменного тока;
    • универсальные.

    Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

    Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

    Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

    Общее устройство коллекторных двигателей

    Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую. Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

    Коллекторный двигатель: устройство

    Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

    Ротор коллекторного двигателя

    Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники. Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

    Подвижная (вращающаяся) часть

    Роторная обмотка

    Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

    Так выглядит ротор коллекторного двигателя

    В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

    Как устроен коллекторный узел и как он работает

    Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

    Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

    Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

    К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

    Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

    Принцип работы

    Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

    Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

    Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

    Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

    Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

    Достоинства и недостатки

    Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

    • Простое устройство.
    • Высокая скорость до 10 000 об/мин.
    • Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
    • Невысокая стоимость.
    • Возможность регулировать скорость в широких пределах.
    • Невысокие пусковые токи и нагрузки.

    Схема коллекторного двигателя

    Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

    • Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
    • Искрение щёток, их износ.
    • Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
    • Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
    • Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

    В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

    Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

    В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

    • постоянные магниты;
    • обмотки возбуждения.

    Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

    Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

    Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

    С обмотками возбуждения

    Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

    Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

    Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

    • Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
    • Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
    • Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
    • Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

    Способы подключения обмоток возбуждения

    Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

    Универсальные коллекторные двигатели

    Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

    Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

    По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

    • Схема возбуждения всегда последовательная.
    • Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
    • Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

    Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

    Достоинства и недостатки

    Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

    • Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
    • Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
    • Создают радиопомехи.
    • Повышенный уровень шума при работе.

    Во многих моделях строительной техники

    Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

    История создания Принцип преобразования электрической энергии в механическую

    История создания Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей

    История создания Последующим усовершенствованием является колесо Барлоу. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности. Изобретатели стремились создать электродвигатель для производственных нужд. Они пытались заставить железный сердечник двигаться в поле электромагнита возвратно-поступательно

    История создания Русский ученый Б. С. Якоби пошел иным путем. В 1834 г. он создал первый в мире практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины» . Б. С. Якоби писал, что его двигатель несложен и «дает непосредственно круговое движение, которого гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратнопоступательное»

    Электрический двигатель представляет собой машину, преобразующую электрическую энергию в механическую и предназначенную для приведения в действие станков, кранов, насосов, вентиляторов, компрессоров, электрифицированного транспорта и др. Электродвигатели в зависимости от их назначения различаются по роду тока, величине напряжения, мощности, конструктивному исполнению, числу оборотов

    Электрический двигатель В промышленности широко используются асинхронные двигатели трехфазного переменного тока, отличающиеся простотой изготовления и эксплуатации. Когда по условиям производства необходимо иметь широкий диапазон регулирования числа оборотов, применяются наиболее удобные в этом отношении электродвигатели постоянного тока

    Типы электродвигателей В промышленности широко используются асинхронные двигатели трехфазного переменного тока, отличающиеся простотой изготовления и эксплуатации. Когда по условиям производства необходимо иметь широкий диапазон регулирования числа оборотов, применяются наиболее удобные в этом отношении электродвигатели постоянного тока

    Типы электродвигателей Для приведения в действие механизмов значительной мощности применяются синхронные двигатели повышенных напряжений. Электродвигатели по своему конструктивному исполнению должны. быть приспособлены к условиям тех помещений, в которых им предстоит работать

    Типы электродвигателей Если двигатели монтируются в помещениях с нормальной средой и к тому же нет необходимости защищать токоведущие части от случайных прикосновений, можно применять открытые двигатели Часто применяются защищенные электродвигатели, у которых вращающиеся и токоведущие части защищены от случайного прикосновения и попадания в них посторонних предметов Для работы в помещениях с проводящей пылью используются пыленепроницаемые, а во взрывоопасных помещениях —взрывозащищенные электродвигатели. В отдельных случаях применяются также каплезащищенные и брызгозащищенные электродвигатели

    Асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока Наиболее простой по конструкции и поэтому широко распространенный асинхронный электродвигатель (а) состоит из двух основных частей: неподвижной и вращающейся. Неподвижная часть асинхронного двигателя называется статором, вращающаяся — ротором. В состав статора (б) входят станина и сердечник с обмотками. Станина выполняется из стали или чугуна. Сердечник набирается из штампованных листов электротехнической стали, изолированных один от другого тонкой бумагой, лаком или слоем окиси. Назначением изоляции является ограничение величины возникающих в стали вихревых токов, вызывающих нагрев и потери мощности в машине. Боковые крышки (а), закрывающие станину, называются подшипниковыми крышками (щитами). У машин малых и средних мощностей в них встраиваются подшипники. У крупных машин подшипники встраиваются в специальные подшипниковые стойки. Для роторных обмоток трехфазных асинхронных двигателей приняты следующие обозначения: первая фаза Р 1, вторая — Р 2, третья — РЗ

    Асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока а — разрез, б — статор, в ротор: 1 — статор в составе двигателя, 2 ротор в составе двигателя, 3 подшипниковые крышки (шипы), 4 — обмотка статора, 5 — сердечник статора, 6 — станина, 7 сердечник ротора, 8 обмотки ротора, 9 монтажные кольца, 10 вал

    Синхронные двигатели Основными частями синхронного двигателя, как и асинхронной машины, являются статор и ротор. При этом статор устроен в основном так же, как и у асинхронного двигателя. Ротор имеет полюса, концы катушек которых выведены к двум контактным кольцам. На валу ротора укрепляется якорь возбудителя, представляющего собой небольшой генератор постоянного тока, служащий для питания обмоток ротора. Индуктор возбудителя встраивается в подшипниковый щит машины со стороны якоря

    Синхронные двигатели Для облегчения пуска синхронные двигатели в настоящее время снабжаются дополнительной обмоткой на роторе. Это дает возможность пускать в ход синхронный двигатель так же, как и асинхронный (асинхронный пуск). Подшипники подразделяются на два типа: подшипники качения и подшипники скольжения. У подшипников качения внутреннее кольцо подшипника 2 насаживается на вал двигателя, а наружное кольцо 1 вставляется в отверстие подшипниковогощита Смазка осуществляется с помощью тавота, закладываемого в тавотницу 3

    1 — вал двигателя, 2 — бронзовый вкладышь, 3 — пробка маслоналивного отверстия, 4 — стопорный винт, 5 смазочное кольцо, 6 — указатель уровня масла, 7 — пробка маслоспускного отверствия Для того чтобы обеспечить хорошую циркуляцию и равномерное распределение масла, на внутренней поверхности вкладыша устраиваются канавки. Важной частью подшипника является надеваемое на вал смазочное кольцо 5, с помощью которого масло доставляется в канавки и оттуда распространяется по валу, смазывая его шейку

    Синхронные двигатели Ротор асинхронного двигателя состоит из стального вала, сердечника и обмотки. Вал выполняется из стали, на нем закрепляется сердечник и изолированные одно от другого и от вала контактные кольца служащие для подключения к ним обмотки ротора. Сердечник ротора конструктивно строится по тому же принципу, что и сердечник статора. Он состоит из отдельных штампованных и изолированных один от другого стальных листов с пазами. Широкое применение в промышленности получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, выполненным в виде беличьей клетки

    Ротор асинхронного короткозамкнутого двигателя а — общий вид, б — короткозамкнутая обмотка

    Электродвигатели постоянного тока Неподвижная часть электродвигателя постоянного тока (а) называется индуктором, подвижная (б)—якорем

    а — индуктор, б — якорь, в щеточное устройство, г подшипниковые щиты: 1 сердечник основного полюса, 2 — полюсная катушка, 3 добавочный полюс, 4 — лапа станины, 5 — коллектор, 6 щетки Индуктор является той частью машины, в которой создается магнитный поток, и представляет собой выполненную в форме полого цилиндра станину (а), в которой прикреплены основные 1 и добавочные 3 полюса. Станина имеет стальные лапы 4, служащие для крепления двигателя к фундаменту. К станине же прикрепляются щеточное устройство (в) и подшипниковые щиты (г). Якорь двигателя (6) служит для преобразования электрической энергии в механическую и состоит из стального вала и сердечника, набранного из отдельных листов электротехнической стали, с вложенной в его пазы обмоткой. На валу закрепляется коллектор. Концы обмоток присоединяются к пластинам коллектора

    Основные полюса (а). Назначением этих полюсов является создание основного магнитного потока машины. Полюс состоит из сердечника, набираемого на шпильках из временно полюсный наконечник закрепляет катушку на сердечнике полюса Добавочные полюса (б). Служат для улучшения условий коммутации машины и, в частности, предотвращают возникновение искрения между щетками и коллектором. Конструктивное устройство добавочных полюсов в основном аналогично устройству основных. Они располагаются, как правило, между основными полюсами Основной (а) и добавочный (б) полюсы: 1 — полюсная катушка, 2 — сердечник, 3 — полюсный наконечник

    Щеточное устройство Щеткодержатель 1 — гибкий медный проводник, 2 — приспособление для регулировки силы нажатия щеток, 3 — щетка, 4 — обойма щеткодержателя Предназначается для соединения машины с внешней цепью и состоит из траверсы, щеткодержателей и щеточных пальцев. Щетки могут быть угольными, графитными, бронзово или медно-графитными сечением от 16— 20 до 1000— 1200 мм. Щеткодержатели одного знака соединяются между собой и присоединяются к соответствующим зажимам машины

    Клеммовый щиток Снаружи в нижней части машины укрепляется щиток из изоляционного материала, на который выведены все концы обмоток. Каждый конец подсоединен с задней стороны щитка к винтовому зажиму. Щиток закрывается металлической штампованной крышкой. Схемы внутренних соединений обмоток машин постоянного тока. Машины постоянного тока в зависимости от схем внутренних соединений обмоток подразделяются на машины с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением

    Заключение

    Основные части двигателя постоянного тока и их функции — Wira Electrical

    Двигатель постоянного тока способен преобразовывать электрическую энергию в механическую. Наиболее распространенный тип двигателя постоянного тока работает за счет генерируемых магнитных полей. Большинство типов двигателей постоянного тока работают по принципу электромеханического или электронного, чтобы производить изменения тока в двигателе. Как следует из названия, этот двигатель работает от постоянного напряжения.

    Детали двигателя постоянного тока

    Если вы читали описание двигателя постоянного тока, вы можете найти другое количество частей двигателя постоянного тока.Наиболее часто упоминаемыми деталями являются ротор, статор, щетка, коллектор и якорь. Они не ошибаются, но это не совсем так.

    Полное объяснение частей двигателя постоянного тока можно прочитать ниже:

    Ротор

    Ротор происходит от слова «вращать», что означает электрическую вращающуюся часть двигателя постоянного тока. Ротор – подвижная часть двигателя постоянного тока. Он динамически перемещается при подаче напряжения на обмотку якоря. Это создаст механическое движение для двигателя постоянного тока.

    Это важные части двигателя постоянного тока. Rotor построен из:

    • вал
    • ARMARA CORE
    • кисть
    • коммутатор
    • обмотки арматуры

    Статор

    Статор происходит из «Стационарного», означающего это электрические стационарные части постоянного тока мотор. Статор не движется, а только создает магнитное поле вокруг ротора, чтобы заставить ротор вращаться, когда на него подается напряжение.

    Статор состоит из:

    • Ярма или рамы
    • Обмоток возбуждения
    • Полюса

    Щетки

    Щетки присоединяются к коллектору в качестве перемычки. Щетки обычно изготавливаются из углеродного или графитового материала.

    Коллектор

    Коллектор имеет форму разрезного кольца. Кольцо изготовлено из меди и разделено на 2 или более частей в зависимости от количества обмоток якоря.Разделенный сегмент соединен с обмоткой якоря.

    Основное назначение коммутатора – подача электрического тока на обмотки якоря. Основная идея работы двигателя постоянного тока — это взаимодействие между северным и южным полюсами, создаваемое обмотками якоря и обмотками возбуждения. Сгенерированный северный полюс от якоря будет притягиваться к южному полюсу от обмотки возбуждения и наоборот, производя вращательное движение от ротора. Постоянный крутящий момент, создаваемый этим движением ротора в одном направлении, называется коммутационным.

    Таким образом, коммутатор представляет собой часть, соединенную с якорем для переключения тока обмоток якоря. Каждый сегмент разрезного кольца изолирован друг от друга изоляционным материалом, таким как слюда. Резюмируя, мы подаем электрический ток от источника к щеткам через коммутатор и затем обмотки якоря.

    Читайте также: каскадный ОУ

    Обмотки якоря

    Обмотка якоря используется для возбуждения статического магнитного поля в роторе.Устанавливаем обмотку якоря вокруг прорези сердечника якоря.

    Обмотки якоря могут быть изготовлены из:

    • Конструкция обмотки внахлестку
    • Конструкция волновой обмотки

    Помимо обмоток якоря мы находим сердечник якоря, изготовленный из ламинирования кремнистой стали с низким гистерезисом для уменьшения магнитных потерь. Эти многослойные стальные листы будут собраны вместе для создания сердечника арматуры цилиндрической формы. Внутри сердечника также есть прорези из того же материала, что и сердечник.

    Обмотки возбуждения

    Обмотки возбуждения изготовлены из медного провода и расположены вокруг полюсных башмаков. Обмотка возбуждения используется для возбуждения статического магнитного поля в статоре. Устанавливаем обмотки возбуждения вокруг паза полюсных башмаков. Нам не нужны обмотки возбуждения, если мы используем постоянные магниты, такие как двигатель с постоянными магнитами или двигатель с постоянными магнитами.

    Хомут или рама

    Хомут представляет собой железную раму в качестве защитного кожуха для ротора и статора.Эта часть защищает все, что находится внутри, поддерживает якорь и корпус магнитных полюсов, обмотки возбуждения и полюс для обеспечения магнитных полей для ротора.

    Полюса

    Полюса в статоре используются для возбуждения определенной последовательности магнитных полюсов, чтобы обеспечить вращение ротора. Он делится на Pole Core и Pole Shoes.

    Для двигателя постоянного тока нам нужны магнитные поля, чтобы ротор начал вращаться. Чтобы генерировать магнитные поля, мы помещаем обмотки возбуждения вокруг полюсного башмака, который прикреплен к полюсному сердечнику во внутренней части ярма.Эти части Pole Shoe и Pole Core крепятся друг к другу с помощью гидравлического давления. Конструкция представляет собой ярмо, удерживающее полюсный сердечник, на котором закреплены полюсные башмаки с обмотками возбуждения. Этот полюсный узел создает поток, распространяющийся в воздушный зазор между ротором и статором.

    Читайте также: Характеристики двигателя постоянного тока

    Двигатели постоянного тока

    5 Двигатели постоянного тока

    Двигатели постоянного тока

    обладают характеристиками, которые делают их привлекательными для определенных применений.Например, очень высокий крутящий момент на низких скоростях делает этот серийный двигатель постоянного тока привлекательным для тягового привода и пуска двигателя.

    Скорость вращения легко регулируется путем изменения напряжения питания.

    Ниже приведено общее описание двигателей постоянного тока:

    Вращающаяся часть (ротор) двигателя постоянного тока называется якорем и состоит из обмоток, подобных обмоткам асинхронного двигателя с фазным ротором (рис. 5-1).

    Неподвижная часть (статор) создает магнитное поле либо с помощью постоянных магнитов, либо с помощью обмотки возбуждения, воздействующей на якорь.

    Ток протекает по обмоткам якоря через угольные щетки и коллекторный узел. Узел коммутатора легко узнать по кольцу из параллельных диаметрально противоположных пар медных контактов прямоугольной формы на одном конце якоря. Каждая пара контактов соединена с катушкой, намотанной на якорь. Угольные щетки поддерживают контакт с коллектором через пружины. При включении двигателя ток поступает через одну щетку через контакт коммутатора, соединенный с обмоткой катушки на якоре, и вытекает из другой угольной щетки через диаметрально противоположный контакт коммутатора.Это приводит к тому, что якорь выглядит как магнит, с которым взаимодействует поле статора. Поле якоря попытается выровняться с полем статора. Когда это происходит, создается крутящий момент, и якорь слегка перемещается. В это время связь с первой парой контактов коммутатора разрывается и следующая пара выравнивается с угольными щетками. Этот процесс повторяется, и двигатель продолжает вращаться.

    Рисунок 5-1: Создание крутящего момента в двигателе постоянного тока

    а.Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

    Катушка возбуждения (или статора) содержит относительно большое количество витков, что сводит к минимуму ток, необходимый для создания сильного поля статора (рис. 5-2). Он подключается к отдельному источнику питания постоянного тока, что делает ток возбуждения независимым от нагрузки или тока якоря.

    Для этой конструкции характерна отличная регулировка скорости, которая хорошо подходит для управления скоростью путем изменения тока возбуждения.

    Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением могут разгоняться до опасно высоких скоростей (теоретически до бесконечности), если пропадает ток в катушке возбуждения.Из-за этого приложения должны включать некоторую форму защиты от тока возбуждения, поскольку незащищенный двигатель может буквально разлететься на части.

    Рисунок 5-2: Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

    б. Полевой двигатель постоянного тока серии

    Катушка возбуждения имеет относительно небольшое число витков и соединена последовательно с якорем (рис. 5-3). Поскольку он несет полный ток якоря, напряженность магнитного поля увеличивается с нагрузкой и током якоря.

    Особенностью этой конструкции является очень высокий пусковой крутящий момент.

    Плохая регулировка скорости при очень высокой скорости без нагрузки.

    Рисунок 5-3: Полевой двигатель серии

    с. Составной двигатель постоянного тока

    В комбинированном двигателе постоянного тока используются как последовательные, так и шунтирующие обмотки возбуждения, которые обычно соединяются таким образом, что их поля суммируются (рис. 5-4).

    Это соединение двух обмоток обеспечивает промежуточные характеристики по сравнению с двигателями параллельного возбуждения и двигателями последовательного возбуждения.

    Регулировка скорости лучше, чем у серийного полевого двигателя.

    Рисунок 5-4: Составной двигатель постоянного тока

    д. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами

    В этих двигателях вместо обмоток возбуждения используются постоянные магниты для создания магнитного поля статора (Рисунок 5-5).

    Постоянные магниты обеспечивают постоянную напряженность поля, а характеристики двигателя аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока с шунтирующим полем.

    Двигатели с постоянными магнитами часто используются в маломощных устройствах, особенно в тех, которые работают от батареи (например,грамм. мотор стеклоочистителя). Однако с последними разработками в области магнитных технологий двигатели с постоянными магнитами могут иметь мощность более 200 л.с.

    Рисунок 5-5: Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами

    Предыдущий: Двигатели переменного тока | Содержание | Далее: Advanced Motors

     

    Генераторы постоянного тока

    | Генераторы постоянного тока

    Базовая структура электрических машин:

    Вращающаяся машина состоит из двух частей: статора и ротора .Статор неподвижен и является внешней рамой машины, тогда как ротор является подвижной и внутренней частью машины. Они состоят из ферромагнитного материала. Пазы прорезаны на внутренней кромке статора и внешней периферии ротора. В эти пазы помещаются проводники. Эти проводники соединены в обмотку, и в этих обмотках индуцируется напряжение, которые называются обмотками якоря. Обмотка, создающая основной поток, называется обмоткой возбуждения. Постоянный магнит также может использоваться для создания основного магнитного потока в некоторых машинах.

    Машины постоянного тока в основном бывают двух типов: генератор постоянного тока и двигатель постоянного тока. Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, называется генератором постоянного тока, а устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую, называется двигателем постоянного тока.


    Конструкция генератора постоянного тока:

    Генератор постоянного тока в основном состоит из трех основных частей:

    1. Система магнитного поля.
    2. Арматура.
    3. Коллектор и щеточный механизм.

    Система магнитного поля:

    Неподвижная часть машины, создающая основной магнитный поток, называется системой магнитного поля. Его внешняя рама представляет собой ярмо, состоящее из полого цилиндра из литой стали или стального проката. Ярмо генератора постоянного тока скреплено болтами с четным числом полюсных сердечников. Хомут служит двум целям:

    • Выступает в качестве опоры и защиты для сердечников опор.
    • Используется для формирования части магнитной цепи.

    Так как полюса направлены внутрь, они называются явными полюсами. Каждый полюсный сердечник имеет полюсный башмак с криволинейной поверхностью. Башмак для столба служит двум целям:

    • Поддерживает катушки возбуждения.
    • Увеличивает площадь поперечного сечения магнитопровода и уменьшает его сопротивление.

    Полюса ламинированы для уменьшения потерь на вихревые токи.

    Арматура:

    Якорь — это вращающаяся часть машины постоянного тока. Он состоит из вала, на который насажен ламинированный цилиндр (сердечник якоря).Целью ламинирования является уменьшение потерь на вихревые токи, а изолированный проводник помещается в паз сердечника якоря, его называют обмоткой якоря. В якоре используются два типа обмотки: волновая и круговая .

    Коллектор и щетка:

    Коммутатор состоит из большого количества клиновидных сегментов, изготовленных из твердотянутой меди. Эти сегменты изолированы по отношению друг к другу с помощью своей листовой слюды. Он имеет форму гладкого цилиндра, над которым предусмотрены угольные щетки, которые находятся в положении непосредственного соприкосновения с круглой поверхностью цилиндра.

    Коллектор и якорь установлены на одном валу. Если механическая энергия подается на машину в присутствии магнитного поля, в проводнике якоря генерируется переменная ЭДС, которая затем собирается через угольные щетки, и говорят, что машина работает в генераторном режиме. Функция коммутатора заключается в преобразовании всего отрицательного полупериода в положительный цикл и сглаживании пульсаций в выходное напряжение. С другой стороны, когда якорь подключен к d.c источником через угольные щетки в Коммутаторе создается крутящий момент, действующий на каждую жилу якоря, и машина начинает работать как двигатель. Поэтому можно сказать, что угольная щетка вместе с коммутатором ведет себя как механический выпрямитель или инвертор.


    Эквивалентная схема якоря машины постоянного тока:

    Эквивалентная электрическая цепь используется для представления якоря генератора постоянного тока. Его можно представить тремя последовательно соединенными элементами E, R a и V b .Элемент E представляет собой генерируемое напряжение, R a — сопротивление якоря, а V b — падение напряжения на щеточном контакте. Эквивалентная схема якоря генератора постоянного тока, двигателя постоянного тока показана ниже. В случае двигателя постоянного тока E представляет собой противоЭДС.

    Рисунок: Эквивалентные цепи якоря (a) генератора постоянного тока (b) двигателя постоянного тока

    В чем разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока

    Функция двигателя заключается в преобразовании электрической энергии в механическую.Существует две категории двигателей: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока. Но есть огромная разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока .

    Что такое двигатель постоянного тока?

    Двигатель постоянного тока — это вращающийся двигатель, способный преобразовывать энергию постоянного тока в механическую энергию (двигатель постоянного тока) или преобразовывать механическую энергию в энергию постоянного тока. Когда двигатель постоянного тока работает как двигатель постоянного тока, он преобразует электрическую энергию в механическую; когда двигатель постоянного тока работает как генератор, он преобразует механическую энергию в электрическую.

    Двигатель постоянного тока

    состоит из двух основных компонентов: статора и ротора. Часть двигателя постоянного тока, которая остается неподвижной во время работы двигателя, называется статором, и функция статора заключается в создании магнитного поля. Часть двигателя постоянного тока, которая работает с двигателем, называется ротором, и его основная роль заключается в создании электромагнитного крутящего момента и индуцированной электродвижущей силы, и это ступица двигателя постоянного тока для преобразования энергии, поэтому его также называют якорем. .

    Что такое двигатель переменного тока?

    Двигатель переменного тока

    используется для преобразования мощности переменного тока и механической энергии.Благодаря большому развитию систем питания переменного тока Veichi, двигатели переменного тока стали наиболее часто используемыми двигателями. По сравнению с двигателями постоянного тока здесь нет коммутатора, а конструкция проста и прочна, проста в изготовлении, в результате чего можно легко производить высокоскоростные, высоковольтные, сильноточные двигатели большой мощности. Узнайте больше о серводвигателях переменного тока.

    В чем разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока?

    1. Разница магнитных полей вращения двигателей постоянного и переменного тока:

    Существует разница между двигателями постоянного и переменного тока с точки зрения вращающихся магнитных полей.Для синхронного двигателя переменного тока поле статора вращается, потому что

    симметричные трехфазные переменные токи отстают друг от друга на 120 градусов, что означает, что вращение магнитного поля статора вызвано изменением скорости переменного тока; в то время как разница между двигателем переменного и постоянного тока заключается в том, что для двигателя постоянного тока вращающееся магнитное поле формируется за счет изменения расстояния между постоянным напряжением и фактическим местоположением подключенной катушки.

    2. Разница в способе управления скоростью двигателей переменного и постоянного тока:

    Для синхронных двигателей переменного тока Veichi скорость двигателя может изменяться до тех пор, пока изменяется скорость переменного тока; Для двигателей постоянного тока Veichi скорость можно изменить, просто изменив скорость вращения ротора, в то время как скорость вращения ротора пропорциональна напряжению, поэтому скорость можно изменить, изменив напряжение.Кажется, что разница двигателей переменного и постоянного тока имеет определенную связь с разницей мощности переменного и постоянного тока.

    3. Разница в способе создания крутящего момента между двигателем постоянного и переменного тока:

    Для асинхронного двигателя переменного тока вращающееся магнитное поле статора и вращающееся магнитное поле ротора взаимодействуют для создания крутящего момента, а скорость вращения ротора и магнитное поле синхронны; Для двигателя постоянного тока магнитное поле статора и магнитное поле ротора взаимодействуют, создавая крутящий момент, но магнитное поле не перемещается, пока вращается якорь ротора.

    Из-за этих принципиальных различий между двигателями постоянного и переменного тока, драйверы двигателей постоянного и переменного тока также различаются по функциям и приложениям.

    Двигатель постоянного тока Описание функций каждого компонента

    Двигатель постоянного тока работает от постоянного или постоянного тока. На этой странице мы поймем функцию каждого компонента двигателя. Как правило, любой двигатель состоит из двух основных частей: неподвижной части и движущейся части. Стационарная часть — это в основном внешняя часть, в которой размещены обмотки возбуждения и которая получает питание, также известное как статор.

    С другой стороны, вращающаяся часть, также известная как ротор, представляет собой компонент двигателя, который дает выходной сигнал функции двигателя, т. е. механическое или вращательное движение.

    Если мы углубимся в детали, то увидим несколько других компонентов, которые являются вспомогательными по отношению к двум вышеуказанным основным компонентам двигателя. Эти дополнительные компоненты двигателя постоянного тока включают ярмо, полюса, обмотку возбуждения, обмотку якоря, коллектор и щетки.

    В следующем разделе мы рассмотрим все эти части более подробно.

    Детали двигателя постоянного тока

    Вилка двигателя

    Ярмо двигателя постоянного тока составляет неотъемлемую часть статора или статической части двигателя. Изготавливается из чугуна или стали. Его основная функция состоит в том, чтобы сформировать защитное покрытие на внутренних сложных частях двигателя и обеспечить поддержку якоря. Это внешнее покрытие двигателя постоянного тока, также называемое рамой.

    Хомут

    также обеспечивает защиту вращающихся и других частей двигателя от влаги, пыли и других атмосферных воздействий.Ярмо двигателя представляет собой железный корпус, который также обеспечивает путь для магнитного потока, замыкающего магнитную цепь. Он обеспечивает механическую поддержку столбов. Хомут изготовлен из материала с низким магнитным сопротивлением, такого как чугун, кремнистая сталь, катаная сталь, литая сталь и т. д.

    Полюса двигателя постоянного тока

    Полюса внутри двигателя на самом деле являются электромагнитами, и обмотка возбуждения намотана на них. Полюса создают магнитный поток при возбуждении обмотки возбуждения. Магнитные полюса двигателя постоянного тока закреплены на внутренней стенке ярма.

    Конструкция опоры выполнена с использованием ламинирования особой формы для снижения потерь мощности из-за вихревых токов. Конструкция магнитных полюсов состоит из двух частей, а именно: сердечника полюса и полюсного башмака, сложенных вместе под гидравлическим давлением, а затем прикрепленных к ярму. Башмак для шеста представляет собой удлиненную часть шеста. Из-за своей типичной формы он увеличивает площадь полюса, так что больше потока может пройти через воздушный зазор к якорю.

    Эти две конструкции предназначены для разных целей, полюсный сердечник имеет небольшую площадь поперечного сечения и его функция состоит в том, чтобы просто удерживать полюсный башмак над ярмом, тогда как полюсный башмак, имеющий относительно большую площадь поперечного сечения, распределяет поток.Полюса изготавливаются с использованием магнитного материала с низким магнитным сопротивлением, такого как литая сталь или чугун.

    Обмотка возбуждения двигателей постоянного тока

    Обмотка возбуждения двигателя постоянного тока выполнена из катушек возбуждения (медный провод), которые намотаны на пазы полюсных башмаков. Намотка или обмотка проводов выполняется таким образом, что при протекании по нему тока возбуждения противоположная полярность возникает в соседних полюсах. Обмотка возбуждения в основном образует электромагнит, который создает магнитный поток, внутри которого вращается якорь ротора двигателя постоянного тока , что приводит к эффективному отрезанию потока.

    Катушки, намотанные на полюсный сердечник, называются катушками возбуждения. Катушки возбуждения соединены последовательно, образуя обмотку возбуждения. Ток проходит через обмотку возбуждения в определенном направлении для намагничивания полюсов и полюсных башмаков. Таким образом, в воздушном зазоре между полюсным башмаком и якорем создается магнитный поток.

    Обмотка возбуждения также называется обмоткой возбуждения. Материал, используемый для медного проводника, — медь. Из-за тока, протекающего через обмотку возбуждения, образуются чередующиеся полюса N и S.

    Сердечник арматуры

    Сердечник якоря

    представляет собой цилиндрический барабан, закрепленный на валу. Он снабжен большим количеством пазов по всей своей периферии и расположен параллельно оси вала. В эти пазы помещаются проводники якоря. Сердечник якоря обеспечивает низкое сопротивление потоку, создаваемому обмоткой возбуждения. Сердечник якоря изготавливается из литой стали с высокой проницаемостью и низким магнитным сопротивлением или из чугуна. Для минимизации потерь на вихревые токи используется многослойный железный сердечник .

    Обмотка якоря двигателей постоянного тока

    Проводник якоря помещается в пазы якоря, имеющиеся на периферии сердечника якоря. Проводники якоря соединены между собой и образуют обмотку якоря . Когда обмотка якоря вращается с помощью первичного двигателя, она перерезает линии магнитного потока и в ней индуцируется напряжение. Обмотка якоря подключена к внешней цепи (нагрузке) через коммутатор и щетки.

    Обмотка якоря двигателя постоянного тока прикреплена к ротору и в результате на пути своего вращения подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля, что непосредственно приводит к магнитным потерям.По этой причине ротор изготовлен из сердечника якоря, который изготовлен из нескольких слоев кремнистой стали с низким гистерезисом, чтобы уменьшить магнитные потери, такие как гистерезис и потери на вихревые токи соответственно. Поскольку обмотка якоря несет весь ток нагрузки, она состоит из чистого проводящего материала, то есть из меди.

    Конструкция обмотки якоря двигателя постоянного тока может быть двух типов: обмотка внахлестку и волнистая обмотка. В обмотке внахлест число параллельных путей между проводниками А равно числу полюсов Р.т. е. A = P. С другой стороны, в волновой обмотке число параллельных путей между проводниками A всегда равно 2 независимо от числа полюсов.

    Коммутатор двигателя постоянного тока
    Коллектор

    представляет собой цилиндрический барабан, закрепленный на валу вместе с сердечником якоря. Он преобразует ЭДС переменного тока, генерируемую внутри, в постоянный ток, тем самым помогая создавать однонаправленный крутящий момент. Он состоит из большого количества клиновидных медных сегментов, которые сложены вместе. Также сегменты изолированы друг от друга тонким слоем слюды.

    Обмотка якоря имеет ответвления в различных точках, и эти ответвления последовательно подключаются к различным сегментам коллектора. В случае с двигателем постоянного тока коммутатор отвечает за коммутацию или ретрансляцию тока питания от сети к обмотке якоря, расположенной над вращающейся конструкцией, через щетки двигателя постоянного тока.

    Функция щеток двигателя постоянного тока

    Ток от якоря к внешней нагрузке подается угольными щетками, которые удерживаются на поверхности коллектора пружинами.Основная функция щеток заключается в том, чтобы собирать ток от коммутатора и подавать его на внешнюю нагрузку в генераторе и, наоборот, в двигателе.

    Итак, коллекторно-щеточный блок двигателя постоянного тока предназначен для передачи мощности от статической электрической цепи к механически вращающейся области или ротору. Щетки выполнены из углеродистой или графитовой конструкции, образуя скользящий контакт с вращающимся коллектором. Кисти имеют прямоугольную форму.

    Нравится:

    Нравится Загрузка…

    Конструкция двигателя постоянного тока — руководство по электрике

    Привет друзья,

    В этой статье я обсуждаю конструкцию двигателя постоянного тока и надеюсь, что вы найдете ее полезной.

    Обе машины постоянного тока, то есть генератор постоянного тока и двигатель постоянного тока, имеют одинаковую конструкцию. Следовательно, любая машина может использоваться как двигатель или генератор. Таким образом, следующее обсуждение конструкции двигателя постоянного тока в равной степени справедливо и для конструкции генератора постоянного тока. Кроме того, мы можем назвать это конструкцией машины постоянного тока .

    Двигатель постоянного тока или машина состоит из двух обмоток, а именно обмотки возбуждения и обмотки якоря. Обмотка возбуждения неподвижна, а обмотка якоря может вращаться.

    Обмотка возбуждения создает магнитный поток в воздушном зазоре между якорем и обмотками возбуждения и якорь находится в этом магнитном поле. Конструкция двигателя или машины постоянного тока показана на следующем рисунке.

    Конструкция машины постоянного тока

    Основными деталями, используемыми в конструкции двигателя постоянного тока , являются ярмо, полюса, обмотка возбуждения, коллектор, подшипники угольных щеток и т. д.Краткое описание различных частей выглядит следующим образом:

    Хомут

    Хомут служит внешней крышкой двигателя постоянного тока и также известен как рама. Ярмо представляет собой железный корпус, изготовленный из магнитного материала с низким магнитным сопротивлением, такого как чугун, кремнистая сталь, катаная сталь и т. д.

    Ярмо

    служит двум целям: во-первых, оно обеспечивает механическую защиту внешних частей машины, а во-вторых, обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением для магнитного потока.

    Палки и башмак для палок

    Стойка и полюсный башмак закреплены на хомуте болтами.Они изготовлены из тонкой литой стали или пластин из кованого железа, которые склепаны вместе. Полюса создают магнитный поток при возбуждении обмотки возбуждения.

    Башмак для шеста — удлиненная часть шеста. Благодаря своей форме площадь полюса увеличена, и через воздушный зазор к якорю может пройти больше потока.

    Обмотка возбуждения

    Катушки вокруг полюсов известны как катушки возбуждения (или катушки возбуждения) и соединены последовательно, образуя обмотку возбуждения. Медная проволока используется для изготовления катушек возбуждения.Когда постоянный ток проходит через обмотки возбуждения, он намагничивает полюса, которые создают магнитный поток.

    Соединение обмотки возбуждения и обмотки якоря выполняется в соответствии с типом двигателя и определяет характеристики двигателя.

    Сердечник арматуры

    Представляет собой цилиндрический барабан, соединенный шпонкой с вращающимся валом. По всей его периферии выполнено большое количество прорезей, в которых размещается обмотка якоря. Материал с низким сопротивлением и высокой проницаемостью, такой как кремнистая сталь, используется для сердечника якоря.

    Многослойная конструкция используется для изготовления сердечника якоря для минимизации потерь на вихревые токи. На сердечнике якоря также предусмотрены воздушные отверстия для циркуляции воздуха, что способствует охлаждению двигателя.

    Обмотка якоря

    Обмотка якоря играет очень важную роль в конструкции двигателя постоянного тока, поскольку преобразование мощности происходит в обмотке якоря. По соединениям различают два типа обмоток якоря:

    Волновая обмотка : В волновой обмотке все катушки якоря соединены последовательно через сегменты коллектора таким образом, что вся обмотка якоря делится на два параллельных пути.

    Если в якоре проводников Z , то будет 2 параллельных пути, каждый из которых содержит Z/2 проводника последовательно. Волновая обмотка полезна для высоковольтных двигателей с малым током .

    Нахлестная обмотка : В нахлестной обмотке проводники якоря разделены на группы, равные числу полюсов двигателя. Все проводники в каждой группе соединены последовательно, а все такие группы соединены параллельно. Следовательно, при намотке внахлест количество параллельных путей (А) равно количеству полюсов (Р).

    Если в якоре имеется проводников Z и 4 полюса, то будет 4 параллельных пути, каждый из которых содержит последовательно Z/4 проводника.

    Благодаря наличию большого количества параллельных цепей якорь с обмоткой внахлестку способен обеспечивать большие токи нагрузки. Следовательно, круговая обмотка используется для низковольтных сильноточных двигателей постоянного тока.

    Коллектор

    Устанавливается на вал. Он состоит из большого количества клиновидных сегментов твердотянутой меди, изолированных друг от друга тонким слоем слюды.

    Коллектор соединяет проводник вращающегося якоря со стационарной внешней цепью через угольные щетки. Преобразует переменный крутящий момент в однонаправленный крутящий момент , создаваемый якорем.

    Угольные щетки

    Ток проводится от источника напряжения к якорю угольными щетками, которые удерживаются на поверхности коллектора пружинами. Они изготовлены из высококачественной углеродистой стали и имеют прямоугольную форму.

    Подшипники

    Шариковые или роликовые подшипники устанавливаются в концевых корпусах.Подшипник уменьшает трение между неподвижными и вращающимися частями двигателя. В основном для изготовления подшипников используется высокоуглеродистая сталь, так как это очень твердый материал.

    Интерполы

    Видно, что щетки на коллекторе закорачивают катушки якоря, когда они проскальзывают от одного сегмента коммутатора к другому. В этот момент ЭДС, индуцированная в этих конкретных катушках, должна быть равна нулю, иначе эта ЭДС создаст искрение на коммутаторе из-за короткого замыкания.Это достигается за счет размещения угольных щеток на MNA. (МНА определяется как ось под прямым углом к ​​основному потоку, где проводники якоря не имеют в себе ЭДС.

    На холостом ходу двигатель потребляет очень низкий ток, поэтому поток, создаваемый якорем, остается очень слабым. Однако, когда двигатель нагружен, поток, создаваемый якорем, увеличивается из-за увеличения тока якоря. Это ослабляет и искажает основное магнитное поле (то есть магнитное поле, создаваемое полюсами).Это влияние потока якоря на основное магнитное поле известно как реакция якоря .

    Эта реакция якоря смещает MNA, и на коммутаторе начинается искрение. Однако мы можем устранить это искрение, сместив положение угольных щеток на новый МНА. Но это практично только при почти постоянных нагрузках. Когда нагрузка сильно колеблется по своей природе, этот метод становится очень трудным для выполнения.

    Для противодействия влиянию реакции якоря обычно используют межполюсники.Они размещаются посередине между основными полюсами. Полярность промежуточного полюса должна совпадать с полярностью главного полюса сразу за ним.

    Обмотки межполюсников соединены последовательно с якорем. Таким образом, они создают поток, равный и противоположный потоку якоря, и устраняют эффект реакции якоря. И нам больше не придется сдвигать щетки для устранения реакции якоря. Они устанавливаются на все двигатели постоянного тока, за исключением самых маленьких размеров или самых низких скоростей.

    Компенсационная обмотка в двигателе постоянного тока

    В некоторых применениях, таких как сталелитейные заводы, прокатные станы и т. д.двигатель должен ускоряться, замедляться, останавливаться, двигаться в обратном направлении за считанные секунды. Следовательно, в этих приложениях ток якоря увеличивается, уменьшается и изменяется очень часто. Это вызывает очень резкие изменения реакции якоря. В таких случаях промежуточных полюсов недостаточно для устранения реакции якоря.

    Для устранения реакции якоря в таких применениях используются дополнительные компенсирующие обмотки. Компенсационная обмотка представляет собой вспомогательную обмотку, встроенную в пазы на торцах основных полюсов.

    Он соединен последовательно с якорем таким образом, что направление тока через компенсирующие проводники на любой полюсной поверхности будет противоположно направлению тока через соседние проводники якоря, как показано на рисунке. Он создает поток, равный и противоположный потоку якоря, таким образом, полностью нейтрализуя реакцию якоря.

    Поскольку добавление компенсационной обмотки значительно увеличивает стоимость двигателя, используется только для машин, предназначенных для необычно тяжелых условий эксплуатации.

    Спасибо, что прочитали о конструкции двигателя постоянного тока. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете задать их мне в разделе комментариев, указанном ниже. Для получения более подробной информации вы можете посетить Википедию.

    двигатель постоянного тока

    | Учебники по электрике | Мепиц

    Двигатель постоянного тока

    Почти все механические механизмы, которые нас окружают, являются электрическими двигателями. Преобразование энергии является основным применением электрических машин. Электрическая энергия преобразуется в механическую с помощью двигателей. Двигатели используются для питания устройств, которые обычно встречаются в нашей повседневной жизни.Размеры двигателей варьируются от двигателей с нагрузкой в ​​1000 лошадиных сил до двигателей меньшего размера. Приложения включают электропоезда, лифты, роботы, автомобили и т. д. Электродвигатели подразделяются на два сегмента: переменного тока (AC) и постоянного тока (DC). Как правило, почти во всех случаях двигатели включают в себя ротор (якорь или вращающееся поле) и стационарное поле (статор), которое приводится в действие за счет взаимодействия электрического тока и магнитного потока для создания крутящего момента и скорости.

    Части двигателя постоянного тока

    Двигатель постоянного тока состоит из двух основных частей, то есть

    1. Статор: Это неподвижная часть, которая удерживает обмотки возбуждения, получает питание и образует внешнюю часть двигателя. Статор двигателя постоянного тока состоит из 2 или более магнитных полюсов, и это слишком постоянно. Здесь катушка наматывается на магнитный компонент, образуя статор.
    2. Ротор: Это внутренняя вращающаяся часть, которая осуществляет механическое вращение.Эта часть состоит из обмоток, подключенных к внешней цепи питания через коммутаторы. В конструкции статора и ротора используются ферромагнитные материалы, а воздушный зазор разделяет части.

    Прочие вспомогательные части

    1. Хомут
    2. Столбы
    3. Обмотки возбуждения
    4. Обмотка якоря
    5. Коллектор
    6. Щетки

    Все эти детали вместе составляют конструкцию двигателя постоянного тока.

    i) Вилка

    Хомут состоит из магнитной рамы, изготовленной из стали или чугуна и являющейся важным компонентом статора. Это образует защитное покрытие/покрытие для внутренних чувствительных частей двигателя постоянного тока и поддерживает якорь. В ярме размещаются обмотка возбуждения и магнитные полюса, тем самым поддерживая систему возбуждения.

    ii) Опоры

    На внутренних стенках ярма закреплены магнитные полюса с помощью винтов.В конструкции магнитных полюсов в основном используются две части: сердечник полюса и полюсный башмак, которые используют гидравлическое давление для соединения друг с другом и последующего прикрепления к ярму. Назначение полюсного сердечника с меньшей площадью поперечного сечения состоит в том, чтобы удерживать полюсный башмак на ярме, а полюсный башмак предназначен для распределения потока, создаваемого в воздушном зазоре между ротором и статором, чтобы уменьшить любые потери из-за нежелания. Полюсный башмак с площадью поперечного сечения, относительно большей, чем полюсный сердечник, содержит пазы для размещения обмоток возбуждения, предназначенных для создания магнитного поля.

    iii) Обмотки возбуждения

    Обмотки возбуждения изготавливаются путем наматывания катушек возбуждения на пазы, принадлежащие полюсным башмакам. Когда ток течет через катушки, соседние полюса создают противоположную полярность. Электромагниты образованы обмоткой возбуждения, создающей поток вокруг поля, в котором вращается якорь двигателя постоянного тока, что приводит к срезанию потока.

    iv) Обмотка якоря двигателя постоянного тока

    Ротор соединен с обмоткой якоря, и из-за вращения ротора обмотки подвергаются воздействию магнитных полей, которые меняются на пути его вращения, что приводит непосредственно к магнитным потерям.Таким образом, ротор создается из сердечника якоря, который фактически состоит из нескольких пластин кремнистой стали, имеющих низкий гистерезис, чтобы уменьшить магнитные потери, такие как потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Цилиндрическая структура сердечника арматуры образована путем укладки друг на друга ламинированных стальных листов. Медь обычно используется для изготовления обмоток.

    В сердечнике якоря, изготовленном из того же материала, что и сердечник, имеются пазы, на которые равномерно по всей периферии сердечника якоря распределены обмотки из медной проволоки в несколько витков.Волокнистые клинья используются для закрытия щелевых отверстий, чтобы избежать смещения проводника, вызванного большой величиной центробежной силы, возникающей при вращении якоря в присутствии магнитного поля и питающего тока.

    v) Щетки

    Графитовые или углеродные конструкции используются для изготовления щеток двигателя постоянного тока, который находится в контакте с вращающимся коллектором. Электрический ток передается от внешней цепи к коммутатору щетками, которые затем перетекают в обмотку якоря.Итак, щеточно-коллекторная установка предназначена для передачи мощности на ротор от статической электрической цепи.

    vi) Коллектор Коллектор

    представляет собой конструкцию цилиндрической формы, состоящую из соединенных друг с другом медных сегментов и слюды, используемых для изоляции друг друга. В электродвигателях электрический переключатель, то есть поворотный, имеет подвижную часть, называемую коммутатором, которая предназначена для изменения направления тока, протекающего между внешней цепью и ротором.Коллектор предназначен для подачи тока питания на обмотку якоря, расположенную в роторе, от сети через щетки в двигателе постоянного тока. Коммутатор имеет долгий срок службы по сравнению с количеством разрывов и замыканий в цепи при нормальной работе.

    Принцип работы двигателя постоянного тока Двигатели постоянного тока

    отличаются от двигателей переменного тока тем, что работают на постоянном токе. То есть двигатели постоянного тока используются для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию.Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает крутящий момент и начинает двигаться. Говорят, что это моторное действие. При изменении направления электрического тока вращение также меняет свое направление. Здесь механическая сила возникает при взаимодействии электрического поля и магнитного поля.

     

    Правило левой руки Флеминга определяет направление вращения двигателя.В соответствии с этим правилом указательный, средний и большой пальцы левой руки удерживаются как взаимно перпендикулярные друг к другу, где направление магнитного поля представлено указательным пальцем, направление электрического тока представлено средним пальцем, а большой палец показывает направление силы. которое испытывает вал двигателя постоянного тока.

     

    Величина силы определяется как

    Сила, F = B I L (Ньютон)

    Где B обозначает магнитное поле (Вб/м 2 ),

                    Ток (А)

                   L обозначает длину бухты (м).

    Катушка помещена в магнитное поле с плотностью потока B. К двум концам катушки подключен источник постоянного напряжения, который пропускает через нее ток I. Из-за взаимодействия электрического тока и магнитного поля на катушку действует сила с обеих сторон. Катушка начинает двигаться в направлении действия силы. В двигателе постоянного тока ротор намотан несколькими витками, которые вращаются под действием силы. С увеличением тока или магнитного поля сила также увеличивается, поэтому катушка движется быстрее.Крутящий момент также создается одновременно с движением катушек.

    Каждый раз, когда катушка вращается, поток, связанный с ней, изменяется, в результате чего индуцируется ЭДС. Это напряжение, ЭДС индукции, противодействует напряжению, которое заставляет ток течь в проводнике, и называется противо-ЭДС или встречным напряжением . Ток, протекающий через якорь, зависит от разницы между противонапряжением и приложенным напряжением. Согласно закону Ленца, ток встречным напряжением противодействует причине своего возникновения, что заканчивается торможением ротора.Постепенно ротор замедляется до значения, достаточного для того, чтобы значение силы, создаваемой магнитным полем (F= BIL), сравнялось с силой нагрузки, приложенной к валу. С этого момента система работает с постоянной скоростью.

    Значение противо-ЭДС заключается в превращении двигателя постоянного тока в саморегулирующуюся машину, которая позволяет двигателю потреблять ток якоря в той мере, в какой это требуется для создания крутящего момента, требуемого нагрузкой. Протекание тока якоря в двигателе постоянного тока регулируется обратным э.m.f, который автоматически продолжает изменять ток в якоре, чтобы соответствовать требованиям нагрузки.

    Потери двигателя постоянного тока Двигатель постоянного тока

    имеет ряд потерь, таких как

    .
    1. Потери в меди : Сюда входят потери меди в якоре, потери меди в возбуждении и потери из-за сопротивления щеточного контакта.
    2. Механические потери : Состоит из потерь на трение и потерь на ветер.
    3. Потери в стали : Сюда входят потери на гистерезис и потери на вихревые токи.

    Потери в меди: Эти потери происходят из-за тока, протекающего через обмотки, в основном обмотки якоря и обмотки возбуждения. Потери в якоре в меди — это потери в цепи якоря. Потери в якоре зависят от времени, так как значение тока якоря определяется нагрузкой. Поле Потери в меди — это потери в цепи возбуждения. Потери в меди в поле зависят от сопротивления цепи возбуждения и, таким образом, остаются постоянными без изменения сопротивления цепи. Потеря контакта щетки происходит из-за сопротивления, создаваемого контактами щетки.

    Механические потери: поскольку имеются движущиеся части и поэтому во время работы машины необходимо преодолевать большое количество сил трения с затратой ценной энергии, что приводит к нагреву трущихся частей. Механические потери не зависят от нагрузки и зависят от скорости, что затрудняет прямую расчетную оценку, тогда как ее можно измерить.

    Потери в железе: Сердечник якоря из железа постоянно вращается в магнитном поле, что создает потери в сердечнике.Поэтому эти потери также известны как потери в сердечнике. Сердечник якоря, подвергающийся перемагничиванию, вызывает гистерезисных потерь . Этот тип потерь зависит от железа, используемого при изготовлении сердечника, частоты, при которой происходят перемагничивания, и величины плотности потока.

    Обратная ЭДС, индуцированная в сердечнике, невелика, что позволяет большему току, называемому вихревым током, проходить через него из-за более низкого сопротивления, создаваемого сердечником. Из-за этого тока происходят потери мощности, известные как потери на вихревые токи .

    .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.