Какие отличия между двигателями переменного и постоянного тока

Противостояние двух видов тока, развернувшееся в мире в конце XIX — начале ХХ веков, привело к безоговорочной победе переменного тока и постепенной капитуляции постоянного.

 

Однако электродвигатели и переменного, и постоянного тока до сих пор используются на производстве и в быту, они совершенствуются, разрабатываются новые модели. Отсюда следует вывод, что от постоянного тока отказались не полностью.

 

Изобретение двигателей переменного тока не следует списывать на одного человека, как это делается сейчас, многие уверенны, что все, что касается переменного тока, а заодно и сам ток, изобрел один лишь Никола Тесла. Но это не так: несколько крупных ученых разработали и изготовили свою модель двигателя. Например, одним из первых изобретателей был Чарльз Уитстон в 40-х годах XIX века, а в 1889 году русский ученый М.О. Доливо-Добровольский изобрел трехфазный двигатель, который по своим характеристикам превосходит изобретение Теслы. Фактически, двигатели по этому принципу изготавливаются до наших дней.

 

Основное отличие конструкции двигателей:

 

Переменного тока — обмотка на статоре, между ним и ротором воздушный зазор (его величина тоже несет в себе дополнительные свойства).

Постоянного тока — обмотка на ротора (он называется якорь, он вращается).

По способу возбуждения они подразделяются на двигатели независимого параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

 

Сейчас моторы переменного тока нашли широчайшее применение в быту, промышленности, сельском хозяйстве, также они активно эксплуатируются на электростанциях. Они получили распространение, благодаря простой технологичной конструкции, высоким энергетическим показателям, надежности и стабильности работы. 

 

Двигатели переменного тока бывают однофазные и трехфазные.

 

Первый — однофазный — не имеет начального пускового момента и поэтому часто используется бытовых приборах, он вращается в ту сторону, в которую направляет внешняя сила. Кроме того, его мощность несколько меньше чем у трехфазных.

 

Обмотка его статора расположена в пазах и занимает примерно 2/3. Если этому типу все-таки требуется пусковой момент, то двигатель снабжают дополнительной обмоткой (из провода меньшего сечения), сдвинутой на 90 градусов относительно рабочей. 

 

Трехфазные асинхронные двигатели подразделяются на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором (их еще называют «с контактными кольцами»). Статор у них одинаковый. 

 

Асинхронные с короткозамкнутым ротором являются наиболее распространенными. На статоре — трехфазная обмотка, обмотка ротора — короткозамкнутая в виде «беличьей клетки», они размещаются в пазах, расположенных на внешней поверхности — у статора, и на внутренней — у ротора, простейший элемент обмотки — виток, состоящий из двух или нескольких параллельных проводников, которые размещены в пазах и расположены друг от друга на некотором расстоянии. Это расстояние называют шагом обмотки, который приблизительно равен одному полюсному делению.

 

Вращающееся поле статора и пересекает проводящие обмотки ротора, создает напряжение, чем и вызывает появление тока в обмотках и вращение ротора. На силу тока влияет подключенное сопротивление, причем зависимость обратно  пропорциональная, то есть, чем выше сопротивление, тем, соответственно, сила тока ниже и наоборот. В свою очередь, вращающий момент наоборот прямо пропорционален и увеличивается с ростом сопротивления. 

 

В случае с фазным ротором его разомкнутая обмотка выводится на контактные кольца для соединения с внешней схемой. Его используют для регулярно работающих электроприводов, не изменяющих скорость (или — в небольших пределах).

 

Двигатели постоянного тока сейчас используются только в промышленности и в сложных приборах, где важно точное регулирование скорости работы (прокатные станы, мощные металлорежущие станки, тяга на транспорте). Их отличает высокая стоимость, а также некоторые преимущества, которые оказываются важными на сложном оборудовании: более высокий КПД, возможность плавной  и точной регулировки оборотов, частота вращения может быть очень высокой, чем в случае с переменным.

Также в наукоемких точных отраслях используются шаговые двигатели и серводвигатели, в которых можно регулировать многие параметры.

 

Статью предоставила компания НПП «Сервомеханизмы» www.servomh.ru — производитель и поставщик устройств линейного перемещения, электродвигателей, муфт для валов и комплектующих.

Двигатели постоянного и переменного тока 2020

DC против двигателей переменного тока

Двигатели постоянного или постоянного тока работают в определенных ситуациях, когда скорость двигателя должна контролироваться извне. С другой стороны, электродвигатели переменного или переменного тока используются в совершенно другом процессе, используя тип используемого электродвигателя переменного тока.

Двигатели постоянного тока обычно характеризуют постоянный и стандартный ток. Это были первые в истории используемые двигатели, самые ранние формы, в то время как однофазные двигатели переменного тока точно называются двигателями общего назначения, которые могут использоваться в различных ситуациях, независимо от качества тока.

Электродвигатели переменного тока работают очень хорошо для жестких систем, так как они нуждаются в большой мощности. С другой стороны, двигатели постоянного тока не работают так хорошо при производстве электроэнергии в течение продолжительных периодов времени.

Два основных типа двигателей постоянного тока,

• Электродвигатели постоянного тока с щетками: этот конкретный двигатель способен генерировать качающий ток в арматуре или раневом роторе с помощью распределителя с раздельным кольцом с магнитным статором.
• Двигатели постоянного тока без щетки: в этом двигателе имеется механический поворотный переключатель или внешний электронный переключатель, расположенный только на месте двигателя.

Электродвигатели переменного тока также имеют два основных типа:

• Синхронные двигатели переменного тока: он начинает вращаться только тогда, когда попадает под-кратное частоты подачи или частоты подачи. Магнитное поле ротора является результатом тока кольца скольжения или некоторого постоянного магнита.
• Индукционные двигатели переменного тока: это немного медленнее, чем стандартная частота питания. Магнитное поле на роторе в этом случае работает с помощью индуцированного тока.

В этом случае двигатели постоянного тока запускаются самостоятельно и не требуют внешней помощи, в то время как двигатели переменного тока требуют эффективного пускового оборудования для начала работы. Кроме того, двигатели постоянного тока являются однофазными двигателями, в то время как двигатели переменного тока имеют как 1, так и 3 фазы. Хотя двигатели постоянного и переменного тока работают по одному и тому же принципу обмотки якоря и магнитного поля, все же в первом арматура вращается, а магнитное поле остается неподвижным, тогда как в двигателях переменного тока якорь остается неподвижным, а магнитное поле продолжает вращаться.

Резюме: 1. Электродвигатели постоянного тока являются двигателям

Электродвигатель переменного тока | Техника и человек

Электрические двигатели давно и прочно заняли лидирующие позиции среди силовых агрегатов различного типа оборудования. Их можно найти в автомобиле и в пылесосе, в сложнейших станках и в обычных детских игрушках. Они есть практически везде, хотя и отличаются между собой типом, строением и рабочими характеристиками.

Электродвигатели – это силовые агрегаты, способные превращать электрическую энергию в механическую. Различают два их основных вида: двигатели переменного и постоянного тока. Разница между ними, как понятно из названия, заключается в типе питающего тока. В данной статье речь пойдет о первом виде – электродвигателе переменного тока

Устройство и принцип работы

Основная движущая сила любого электрического двигателя – электромагнитная индукция. Электромагнитная индукция, если описать ее в двух словах – это появление силы тока в проводнике, помещенном в переменное магнитное поле. Источником переменного магнитного поля является неподвижный корпус двигателя с размещенными на нем обмотками – статор, подключенный к источнику переменного тока. В нем расположен подвижный элемент – ротор, в котором и возникает ток. По закону Ампера на заряженный проводник, помещенный в магнитное поле, начинает действовать электродвижущая сила – ЭДС, которая вращает вал ротора. Таким образом, электрическая энергия, которая подается на статор, превращается в механическую энергию ротора. К вращающемуся валу можно подключать различные механизмы, выполняющие полезную работу.

Электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Разница между ними в том, что в первых ротор и магнитное поле статора вращаются с одной скоростью, а во вторых ротор вращается медленнее, чем магнитное поле. Отличаются они и по устройству, и по принципу работы.

Асинхронный двигатель

Устройство асинхронного двигателя

На статоре асинхронного двигателя закреплены обмотки, создающие переменное вращающееся магнитное поле, концы которой выводятся на клеммную коробку. Поскольку при работе двигатель нагревается, на его валу устанавливается вентилятор системы охлаждения.

Ротор асинхронного двигателя выполнен с валом как одно целое. Он представляет собой металлические стержни, замкнутые между собой с двух сторон, из-за чего такой ротор еще именуется короткозамкнутым. Своим видом он напоминает клетку, поэтому его часто называют «беличьим колесом» Более медленное вращение ротора в сравнении с вращением магнитного поля – результат потери мощности при трении подшипников. Кстати, если бы не было этой разницы в скорости, ЭДС бы не возникала, а без нее не было бы и тока в роторе и самого вращения.

Магнитное поле вращается за счет постоянной смены полюсов. При этом соответственно меняется направление тока в обмотках. Скорость вращения вала асинхронного двигателя зависит от числа полюсов магнитного поля.

Синхронный двигатель

Устройство синхронного двигателя

Устройство синхронного электродвигателя немного отличается. Как понятно из названия, в этом двигателе ротор вращается с одной скоростью с магнитным полем. Он состоит из корпуса с закрепленными на нем обмотками и ротора или якоря, снабженного такими же обмотками. Концы обмоток выводятся и закрепляются на коллекторе. На коллектор или токосъемное кольцо подается напряжение посредством графитовых щеток. При этом концы обмоток размещены таким образом, что одновременно напряжение может подаваться только на одну пару.

В отличие от асинхронных на ротор синхронных двигателей напряжение подается щетками, заряжая его обмотки, а не индуцируется переменным магнитным полем. Направление тока в обмотках ротора меняется параллельно с изменением направления магнитного поля, поэтому выходной вал всегда вращается в одну сторону. Синхронные электродвигатели позволяют регулировать скорость вращения вала путем изменения значения напряжения. На практике для этого обычно используются реостаты.

Краткая история создания

Впервые возможность превратить электричество в механическую энергию открыл британский ученый М.Фарадей еще в 1821 году. Его опыт с проводом, помещенным в ванну с ртутью, оснащенной магнитом, показал, что при подключении провода к источнику электроэнергии он начинает вращаться. Этот нехитрый опыт наверняка многие помнят по школе, правда, ртуть там заменяется безопасным рассолом. Следующим шагом в изучении этого феномена было создание униполярного двигателя – колеса Барлоу. Никакого полезного применения он так и не нашел, зато наглядно демонстрировал поведение заряженного проводника в магнитном поле.

На заре истории электродвигателей ученые пытались создать модель с сердечником, двигающимся в магнитном поле не по кругу, а возвратно-поступательно. Такой вариант был предложен, как альтернатива поршневым двигателям. Электродвигатель в привычном для нас виде впервые был создан в 1834 году русским ученым Б.С. Якоби. Именно он предложил идею использования вращающегося в магнитном поле якоря, и даже создал первый рабочий образец.

Первый асинхронный двигатель, в основе работы которого заложено вращающееся магнитное поле, появился в 1870 году. Авторами эффекта вращающегося магнитного поля независимо друг от друга стали два ученых: Г.Феррарис и Н. Тесла. Последнему принадлежит также идея создания бесколлекторного электродвигателя. По его чертежам были построены несколько электростанций с применением двухфазных двигателей переменного тока. Следующей более удачной разработкой оказался трехфазный двигатель, предложенный М.О. Доливо-Добровольским. Его первая действующая модель была запущена в 1888 году, после чего последовал ряд более совершенных двигателей. Этот русский ученый не только описал принцип действия трехфазного электродвигателя, но и изучал различные типы соединений фаз (треугольник и звезда), возможность использование разных напряжений тока. Именно он изобрел пусковые реостаты, трехфазные трансформаторы, разработал схемы подключения двигателей и генераторов.

Особенности электродвигателя переменного тока, его достоинства и недостатки

На сегодня электродвигатели являются одними из самых распространенных видов силовых установок, и тому есть немало причин. У них высокий КПД порядка 90%, а иногда и выше, довольно низкая себестоимость и простая конструкция, они не выделяют вредных веществ в процессе эксплуатации, дают возможность плавно менять скорость во время работы без использования дополнительных механизмов типа коробки передач, надежны и долговечны.

Среди недостатков всех типов электромоторов — отсутствие высокоемкостного аккумулятора электроэнергии для автономной работы.

Основное отличие электродвигателя переменного тока от его ближайшего родственника – электродвигателя постоянного тока – заключается в том, что первый питается переменным током. Если сравнивать их функциональные возможности, первый менее мощный, у него сложно регулировать скорость в широком диапазоне, он имеет меньший КПД.

Если же сравнивать асинхронный и синхронный электродвигатель переменного тока, то первый имеет более простую конструкцию и лишен «слабого звена» — графитовых щеток. Именно они обычно первыми выходят из строя при поломке синхронных двигателей. Вместе с тем, у него сложно получить и регулировать постоянную скорость, которая зависит от нагрузки. Синхронные двигатели позволяют регулировать скорость вращения с помощью реостатов.

Сфера применения

Электродвигатели переменного тока широко используются практически во всех сферах. Ими оснащаются электростанции, их используют в автомобиле- и машиностроении, есть они и в домашней бытовой технике. Простота их конструкции, надежность, долговечность и высокий показатель КПД делает их практически универсальными.

Асинхронные двигатели нашли применение в приводных системах различных станков, машин, центрифуг, вентиляторов, компрессоров, а также бытовых приборов. Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее распространенными и востребованными. Синхронные двигатели используются не только в качестве силовых агрегатов, но и генераторов, а также для привода крупных установок, где важно контролировать скорость.

Схема подключения электродвигателя к сети

Электродвигатели переменного тока бывают трех и однофазные.
Асинхронные однофазные двигатели имеют на корпусе 2 вывода и подключить их к сети не составляет трудности. Т.к. вся бытовая электрическая сеть в основном однофазная 220В и имеет 2 провода — фаза и ноль. С синхронными все намного интереснее, их тоже можно подключить с помощью 2 проводов, достаточно обмотки ротора и статора соединить. Но соединять их нужно так, чтобы обмотки однополюсного намагничивания ротора и статора располагались напротив друг друга.
Сложности представляют двигатели для 3ех фазной сети. Ну во-первых у таких двигателей в основном в клеммной коробке 6 выводов и это означает что обмотки двигателя нужно подключать самому, а во-вторых их обмотки можно подключать разными способами — по типу «звезда» и «треугольник». Ниже приведен рисунок соединения клем в клеммной коробке, в зависимости от типа соединения обмоток.

Подключение одного и того же электродвигателя разным способом в одну и туже электрическую сеть приведет к потреблению разной мощности. При этом не правильное подключение электродвигателя, может привести к расплавлению обмоток статора.

Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в  раз.  Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой, а если 380 В, то треугольником. В обоих случаях напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В. Выводы обмоток фаз располагают на панели таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних. В некоторых двигателях небольшой мощности в коробке выводов имеется лишь три зажима. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

 

Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рисунке. Обмотка ротора этого двигате­ля соединена с пусковым реостатом ЯР, создающим в цепи рото­ра добавочное сопротивление R_добав.

Электродвигатели переменного и постоянного тока

Электродвигатели предназначены для того, чтобы привести в движение некоторый механизм: насос, вентилятор, мельницу, конвейер, лифт и т. д. Полезную механическую работу электродвигатель совершает за счёт потребляемой из сети электроэнергии.

Принцип действия любого электродвигателя основан на законе, согласно которому на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. В зависимости от способа создания магнитного поля и рода тока электродвигатели можно разделить на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока, которые в свою очередь делятся на синхронные и асинхронные.

Двигатели постоянного тока работают следующим образом. Электроэнергия подаётся в обмотку ротора от неподвижного источника постоянного тока через коллекторно-щёточные контакты. В обмотку статора также подаётся постоянный ток для создания магнитного поля. На обмотку ротора, помещенную в магнитное поле, действует сила Ампера. Ротор вращается. Как уже было сказано, двигатели постоянного тока на электростанциях имеют ограниченное применение.

Принцип действия синхронного электродвигателя переменного тока следующий. В обмотку статора подаётся трёхфазный переменный ток, за счёт которого внутри двигателя создаётся вращающееся магнитное поле. В обмотку ротора подаётся постоянный ток от возбудителя. Возникшая сила Ампера действует на обмотку и вращает ротор с той же частотой, с какой вращается магнитное поле статора. Синхронные электродвигатели переменного тока также не получили значительного распространения на электростанциях. В виде исключения они используются для привода мельниц, где не требуется особой надежности электроснабжения и допускаются большие перерывы питания. Синхронные электродвигатели имеют следующие недостатки:

сложная конструкция, необходим возбудитель;

сложные условия эксплуатации;

сложные условия пуска и самозапуска;

трудности регулирования частоты вращения;

дороговизна.

Асинхронные электродвигатели получили настолько большое распространения в схемах собственных нужд электростанций, что на них следует остановиться особо.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором

Рассмотрим принцип действия асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Как и в случае синхронного двигателя, в обмотку статора асинхронного двигателя подаётся трёхфазный переменный ток, за счёт которого внутри двигателя создаётся вращающееся магнитное поле. Но в отличие от синхронного, в данном типе двигателя в обмотку ротора не подаётся постоянный ток. Обмотка ротора замкнута накоротко и представляет собой так называемую «беличью клетку». В этой обмотке за счёт вращающегося поля статора по закону Фарадея индуцируются переменные токи. Механизм возникновения этих токов – такой же, как и во вторичной обмотке трансформатора с той лишь разницей, что здесь вторичная обмотка вращается.

Вращающееся магнитное поле статора и переменные токи в роторе обусловливают возникновение силы Ампера. Обмотка ротора и сам рот приходят во вращение. При этом ротор несколько запаздывает относительно скорости вращения поля статора. По этой причине двигатель назван асинхронным. Степень этого запаздывания называется скольжением и рассчитывается по формуле:

s = (n_сх – n)/n_сх,

где n_сх – синхронная частота вращения магнитного поля статора;

n – частота вращения ротора.

Синхронная частота вращения магнитного поля статора в свою очередь определяется по той же формуле, что и для синхронного генератора:

n_сх = 60f/p,

где р – число пар полюсов ротора.

Причина запаздывания ротора относительно поля статора объясняется законом электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому индукционный ток возникнет только в том случае, если будет изменяться магнитный поток. Если же, чисто гипотетически, ротор догонит поле статора и их скорости сравняются, то обмотка ротора относительно вектора магнитной индукции статора окажется неподвижной, а значит и магнитный поток перестанет изменяться во времени. При этом ток в обмотке ротора исчезнет, следовательно, станет равной нулю сила Ампера и ротор замедлит своё вращение. И наоборот – небольшое проскальзывание ротора относительно поля статора – важнейшее условие для существования вращающей силы.

Основные преимущества использования асинхронных электродвигателей (АЭД) с короткозамкнутым ротором заключаются в следующем.

1. АЭД допускают прямой пуск от полного напряжения питающей сети безо всякой пускорегулирующей аппаратуры, которую приходится применять в случае синхронных двигателей.

2. Группа АЭД одной или нескольких секций успешно самозапускаются после кратковременного обесточивания и последующего восстановления питания в результате действия станционной автоматики.

3. Для АЭД не требуется возбудителя. Поэтому они дешевле и относительно просты в эксплуатации.

4. Регулировать скорость вращения АЭД можно не только со стороны статора, но и со стороны ротора. Для сравнения, в отличие от АЭД, скорость вращения синхронных двигателей жёстко связана с электрической частотой сети.

При этом АЭД имеют недостатки, перечисленные ниже.

1. Вследствие больших пусковых токов в элементах системы электроснабжения возникают значительные падения напряжения, и групповой пуск и самозапуск происходит при пониженных напряжениях на секциях.

2. Синхронная частота вращения АЭД не может превышать 3000 об/мин. Для получения более высоких скоростей необходимо использовать повышающий редуктор или турбопривод.

3. Максимальная номинальная мощность асинхронных электродвигателей составляет 8 МВт. При необходимости создания более мощного привода приходится использовать синхронный двигатель или турбопривод.

4. Регулирование скорости вращения АЭД имеет дорогостоящую и сложную реализацию по сравнению с регулированием с помощью двигателя постоянного тока или турбопривода.

5. При возникновении короткого замыкания вблизи шин с работающими двигателями, появляется значительная подпитка тока от АЭД.

6. АЭД чувствительны к провалам напряжения из-за того, что их электромагнитный момент обладает квадратичной зависимостью от напряжения М_е ~ U² . Для синхронного двигателя эта зависимость линейна: М_е ~ U.

7. Изменение электромагнитных моментов асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором происходит при изменении не только напряжения, но и частоты.

С точки зрения использования электропривода механизмов собственных нужд электростанций основные недостатки АЭД проявляются в наибольшей степени для питательных и бустерных насосов. Поэтому на мощных блоках для этой цели применяют турбопривод.

---

Дата добавления: 2016-06-15; просмотров: 5133;

---

Похожие статьи:

Двигатель постоянного тока асинхронный или синхронный. Типы электродвигателей и принципы работы

Электродвигатель переменного тока

Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD-плееру, к игрушке, к дисководу)

Электрический двигатель — это, электрическая машина , в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.

Классификация электродвигателей

• Двигатель постоянного тока постоянным током ;
  • Коллекторные двигатели постоянного тока. 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) с электронным переключателем тока;

• 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;
  • 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
• 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.

• Вентильные двигатели — Электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора (ДПР), системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора).

• Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе.

Из-за связи с низкой частотой сети (50 Герц) асинхронные и синхронные двигатели имеют больший вес и размеры, чем коллекторный двигатель постоянного тока и универсальный коллекторный двигатель той же мощности. При применении выпрямителя и инвертора с частотой значительно большей 50 Гц вес и размеры асинхронных и синхронных двигателей приближаются к весу и размерам коллекторного двигателя постоянного тока и универсального коллекторного двигателя той же мощности.

Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.

История.

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 Барлова. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Электродвигатель переменного тока» в других словарях:

электродвигатель переменного тока — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN ас motor …

Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором Двигатель постоянного тока электрическая машина, ма … Википедия

Машина переменного тока, предназначенная для работы в режиме двигателя (см. Переменного тока машина). П. т. э. подразделяют на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели (См. Синхронный электродвигатель) применяют в… …

Электрическая машина, применяемая для получения переменного тока (генератор) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатель) либо в электрическую энергию другого напряжения или частоты (преобразователь) П. т. м.… … Большая советская энциклопедия

Машина перем. тока, предназнач. для работы в режиме двигателя. П. т. э. подразделяют на синхронные

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 U_K 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.

Классификация электродвигателей — Электрический двигатель

По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающий момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.

Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).

Двигатели постоянного тока

Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:

1. коллекторные двигатели;
2. бесколлекторные двигатели.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.

По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:

1. двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных магнитов;
2. двигатели с самовозбуждением .

Двигатели с самовозбуждением делятся на:

1. Двигатели с параллельным возбуждением;(обмотка якоря включается параллельно обмотке возбуждения)
2. Двигатели последовательного возбуждения;(обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения)
3. Двигатели смешанного возбуждения.(обмотка возбуждения включается частично последовательно частично параллельно обмотке якоря)

Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.

Двигатель постоянного тока в разрезе. Справа расположен коллектор с щётками

Двигатели переменного тока

Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора (благодаря чему сам ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — всегда есть разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора).

Синхронный