конструкция, принцип работы, классификация, характеристики

Постоянное совершенствование технологий и развитие точного электрооборудования приводит к созданию новых и преобразованию старых устройств. Такому совершенствованию подвергаются и электрические машины, которые неоднократно преобразовывались для получения точного позиционирования. При массовом внедрении полупроводниковых приборов появилась возможность заменить классические щетки на p-n переходы, в результате чего был создан  вентильный двигатель.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно вентильный агрегат представляет собой разновидность синхронного двигателя.

В его состав входят:

• Ротор, как правило, из магнитного материала, реагирующий на воздействие электромагнитного поля. 
• Статор, включающий в себя фазы обмоток, намотанные в катушки станину и диэлектрическую прокладку.
• Измерительные датчики (чаще всего Холла), позволяющие определить положение вращения вала.
• Микропроцессорный блок, формирующий импульсы, их форму, задающие частоту вращения ротора, сравнивающий показания датчиков и подаваемого переменного тока на фазные обмотки.

Пример конструкции вентильного двигателя приведен на рисунке ниже:

Рис. 1. Конструкция вентильного двигателя

Принцип работы вентильного двигателя заключается в четком позиционировании постоянных магнитов на роторе по отношению к формируемому пику электромагнитного импульса на фазных электрических обмотках. При движении магнитов датчики воспринимают информацию об их положении в пространстве и меняют пропускную способность реактивных вентильных преобразователей, что позволяет валу вращаться дальше. Таким образом, управление вращением осуществляется без использования скользящего контакта, поэтому данная категория электрических машин относится к категории бесколлекторных электродвигателей.

Статор

Рис. 2. Конструкция статора вентильного двигателя

Конструктивно статор мало чем отличается от классических моделей синхронных и асинхронных двигателей. Это металлический цельнолитой или наборной магнитопровод, в пазах которого укладываются фазные провода. Количество обмоток якоря определяется числом подключаемых фаз и периодичностью их чередования. Чем чаще уложены обмотки статора, тем точнее контролируется вращение вентильного электродвигателя.

Полюса статора также могут характеризоваться смещением на строго определенный угол, как и его обмотки. По количеству фаз коммутации вентильные двигатели бывают двух-, трех-, четырех- и шестифазными.

Ротор

В зависимости от конструкции ротора бесконтактные двигатели могут иметь внутрироторное и внешнероторное исполнение.

Рис. 3. Внешнероторные и внутрироторные модели

Количество пар полюсов также может отличаться, но уже без каких-либо привязок к обмоткам, как правило, этот параметр варьируется от двух до шестнадцати с парным шагом.

В более старых моделях для бесколлекторных двигателей использовались постоянные магниты из ферритовых сплавов. Которые отличались доступностью и относительно более низкой себестоимостью, но имели слишком низкие показатели индукции. Однако с постепенным развитием технологий, на смену им пришли магнитные элементы из редкоземельных металлов. Этот вариант обладает более точным позиционированием, но и стоит он дороже.

Рис. 4. Вентильный двигатель с внешним ротором

Датчик положения ротора

В синхронных электродвигателях датчик необходим для осуществления обратной связи с положением вала механического устройства. В зависимости от принципа действия могут применяться датчики:

• Фотоэлектрического принципа действия;
• Трансформаторного;
• Индуктивного;
• На эффекте Холла.

Рис. 5. Датчик положения ротора

Наиболее распространенными вариантами для практической реализации стали фотоэлектрические датчики и датчики с эффектом Холла. Они обладают большей точностью и меньше запаздывают при передаче данных в канале связи. Датчики привязываются к определенным маркерам на валу и реагируют на их прохождение.

Система управления

В состав блока управления, как правило, входит микроконтроллер и электронный ключ для подключения к двух- или трехфазным обмоткам двигателя. Микроконтроллер или микропроцессор необходим для обработки получаемых с датчиков сигналов и последующего преобразования синусоидальной коммутации в более удобную форму сигнала. Электрические преобразователи выполняется на базе полупроводниковых транзисторов, соединенных по мостовой схеме. Они производят широтно-импульсную модуляцию питающего напряжения в соответствии с заданным режимом работы.

Рис. 6. Электронный ключ вентильного двигателя

Классификация

По типу питания вентильные  электрические машины подразделяются на электродвигатели постоянного и переменного тока.

По способу взаимодействия магнитного поля статора и ротора встречаются синхронные, асинхронные и индукторные аппараты.

Помимо этого, в зависимости от числа задействованных фаз они разделяются на:

• Однофазные – представляю собой наиболее простой вариант, где используется минимум линий передачи питающего напряжения от блока управления к его обмоткам. Однако в некоторых позиция существует трудность пуска такого вентильного двигателя под нагрузкой.
• Двухфазные – обладают хорошей связью между обмоткой и статором. Но выдают довольно сильные пульсации, которые могут привести к негативным последствиям в работе.
• Трехфазные – наиболее распространенные варианты, способные выдать плавный пуск и нормальный режим работы вентильного двигателя. Характеризуется четным количеством обмоток и хорошими тяговыми характеристиками. К его недостаткам относят лишь чрезмерный шум во время работы.
• Четырехфазные – характеризуются минимальными пульсациями низким пусковым моментом. Но, в сравнении с другими моделями, они имеют высокую себестоимость, из-за чего применяются редко.

Рис. 7. Четырехфазный вентильный двигатель

Технические характеристики

При выборе конкретной модели важно определить ее соответствие месту установки, поэтому важно обращать внимание на следующие характеристики вентильных двигателей:

• номинальное напряжение – определяет питающую величину, которая должна подаваться на вентильный двигатель для получения номинального усилия;
• потребляемая мощность – характеристика электродвигателя, показывающая величину мощности, расходуемую на работу устройства;
• КПД – показывает соотношение полезной работы, совершаемой вентильным двигателем к израсходованной мощности;
• мощность на валу – полезная работа электрической машины, совершаемая за счет тягового усилия;
• номинальная частота – определяет количество оборотов в минуту, которые вентильный двигатель может совершать в номинальном режиме работы;
• диапазон регулировки частоты – показывает, в каких пределах можно изменять частоту оборотов вала для конкретной модели;
• номинальный крутящий момент – определяет усилие, создаваемое на валу вентильного двигателя при оптимальных параметрах работы, также в параметрах может регламентироваться пусковой и максимальный момент;
• коэффициент нагрузки – показывает, насколько снижается эффективность электрической машины, в зависимости от подъема над уровнем моря;
• габаритные размеры и масса вентильного двигателя.

Преимущества и недостатки

В сравнении с другими типами электрических машин, вентильный двигатель имеет ряд качественных отличий, дающих ему как выгодное, превосходство, так и определенные недостатки.

К преимуществам вентильных двигателей относят:

• Относительно небольшая величина магнитных потерь из-за отсутствия постоянно действующего поля, как в классических синхронных и асинхронных электродвигателях.
• Обеспечивает безопасное вращение даже с максимальной нагрузкой, в отличии от коллекторных электродвигателей.
• За счет встроенного преобразователя частоты коммутация вентильного преобразователя обеспечивает широкий спектр скоростей вращения, которые отличаются плавным переходом от одной к последующей.
• Хорошая динамика  работы и точность позиционирования, способная создать конкуренцию шаговым двигателям.
• Относительно большая степень надежности и длительный срок эксплуатации без обслуживания за счет отсутствия скользящего контакта, в отличии от коллекторных двигателей.
• Может применяться во взрывоопасной среде, в отличии от электродвигателей постоянного и переменного тока со щетками.

К недостаткам вентильных агрегатов следует отнести их высокую себестоимость, наличие дополнительных элементов, усложняющих последующую эксплуатацию. Также существенным минусом считается  сложность управления и задания логики перемещения рабочих органов трехфазных бесколлекторных двигателей в соответствии с меняющимися факторами производственного процесса.

Применение

Вентильные двигатели применяются во всех сферах, где требуется регулировать скорость вращения рабочего элемента. Такие синхронные приводы имеют точное позиционирование и применяются для компьютерной техники, устройств привода, винчестера, куллеров обдува и т.д.

Рис. 8. Вентильный двигатель в компьютере

Помимо этого он используется в робототехнике, строительстве спутников, летательных аппаратов. Для бытовой техники, в устройствах автомобилестроения, в медицинской сфере.  Также нашел широкое применение в станочном оборудовании, горнодобывающих машинах, используется в компрессорных установках и насосных станциях.

конструктивные особенности и принцип действия, преимущества и недостатки, количество фаз

Работа прецизионных систем требует серьёзного контроля. Для выполнения контролирующих функций в таких системах принято использовать вентильный двигатель (ВД), позволяющий повысить вычислительные возможности микроэлектронного оборудования. Он же улучшает свойства электродвигателей постоянного тока, обеспечивая высокую плотность длительного момента.

Конструктивные особенности

Этот тип электромотора имеет стандартную конструкцию. Она состоит из ротора, роль которого выполняет магнитный диск, статоров и подшипников. Все детали заключены в прочный корпус. Статор ВД аналогичен тому, что используется в асинхронных приборах. Основным его элементом выступает стальной сердечник, по периметру которого располагается обмотка из меди. От количества обмоток зависит, к какому типу будет относиться вентильный электродвигатель (однофазному, двухфазному, трёхфазному).

В зависимости от того, как витки обмотки располагаются в статоре, форма его электродвижущей силы может быть:

1. Трапецеидальной (BLDC).
2. Синусоидальной (PMSM).

Форма обмотки оказывает прямое влияние на способ питания двигателей. Изменение электрического тока также может происходить синусоидально либо трапецеидально.

Ротор представляет собой несколько магнитов с постоянным полем. Ранее для его производства применялись магниты из феррита. Но уровень их магнитной индукции достаточно мал, поэтому они были заменены на изделия из сплавов редкоземельных элементов, позволяющих достичь необходимого уровня индукции и одновременно сделать ротор более компактным.

Неотъемлемой частью любого вентильного двигателя является датчик положения ротора. В основе его работы может быть заложен:

1. фотоэлектрический принцип;
2. индуктивный принцип;
3. эффект Холла и другие явления.

Фотоэлектрический датчик положения состоит из трёх стационарных фотоприемников, которые поочерёдно закрываются вращающейся шторкой. Её движение синхронно движению ротора. Благодаря двоичному коду, поступающему с датчика, ротор может фиксироваться в шести разных положениях. Преобразуясь в комбинацию управляющих напряжений, сигналы регулируют силовые ключи по особой схеме. Каждая фаза работы электродвигателя задействует два ключа, а подключёнными к сети являются две из трёх обмоток.

Датчик положения фотоэлектрического типа относится к категории самых распространённых, поскольку является практически безынерционным. Также он позволяет исключить запаздывание в канале обратной связи.

Принцип действия

В зависимости от особенностей конструкции и технических характеристик выделяют асинхронный, синхронный и индуктивный вентильный двигатель. Принцип работы каждого из них основывается на индуцировании непостоянных магнитных полюсов на роторе. При подаче напряжения начинается его вращение в соответствии с полюсами статора, вследствие чего сопротивление магнитного поля сводится к минимуму.

Сведения о состоянии ротора используются в качестве инструмента управления фазой подачи напряжения. Наложение сигналов на угловую ненасыщенную фазу индуктивности осуществляется таким образом, что её максимальное значение совпадает с минимальным сопротивлением полюса.

Чтобы высокие вольт-секунды не оказывали негативного действия на работающую электронику, следует предусмотреть ограничение фазного тока на невысоких скоростях двигателя. Роль ограничителей в этом случае выполняют датчики. При высоких скоростях необходимость в ограничении тока отпадает.

Выровненный угол управляющего напряжения одиночного импульса позволяет оптимизировать производительность оборудования. Процесс её преобразования наглядно демонстрируется в виде траектории реактивной энергии. Преобразованное в механическую энергию питание отвечает за мощностную область. Отключение электроэнергии приводит к тому, что избыточная либо остаточная энергия переходит к статору. Влияние магнитного поля на работающий вентильный электродвигатель является минимальным. Это отличает ВД от других аналогичных устройств.

Преимущества и недостатки

Электродвигатели такого типа нашли широкое применение в производственной и промышленной сфере. Это обуславливается следующими достоинствами ВД:

1. широким интервалом для модифицирования частоты вращения;
2. максимально точным позиционированием;
3. быстродействием и высокой динамикой;
4. экономически выгодным техобслуживанием;
5. достаточной защищенностью от взрывов;
6. устойчивостью к большим нагрузкам при вращении;
7. мягким переключением скоростей;
8. хорошим КПД, превышающим 90%;
9. большим рабочим ресурсом и сроком службы.

При длительной работе вентильного двигателя не происходит опасного перегрева основных элементов, что делает процесс его эксплуатации более эффективным и безопасным.

Эта разновидность электродвигателя обладает определёнными недостатками. Они выражаются в сложной системе управления и высоком уровне шума в процессе работы. Также к очевидным минусам следует отнести высокую цену, обусловленную применением дорогостоящих постоянных магнитов, используемых при изготовлении ротора.

Количество фаз

Вентильный электродвигатель, как и другие виды устройств, может функционировать от постоянного и переменного тока. Встречаются двигатели, рассчитанные на разное число фаз.

Однофазный относится к категории самых простых, имеющих минимальное количество связей с электроникой. Характеризуется наличием пульсаций, высоким крутящим моментом. Однофазный прибор не может запускаться на всех угловых позициях, используется в установках, где важна высокая скорость.

Двухфазный мотор активирует воздушный зазор, а при дополнительном настраивании в полюсах ротора создаётся асимметрия. Имеет высокий крутящий момент, который может спровоцировать негативные последствия во время эксплуатации.

Трехфазное устройство показывает эффективность при запуске и создании крутящего момента без задействования большого числа фаз. При наличии чётного количества полюсов оптимально подходит для техники, в которой важную роль играет высокая мощность при небольшой скорости работы (к примеру, для насосов). В процессе работы создаётся высокий крутящий момент и большой уровень шума.

Четырехфазный двигатель лишён недостатков из-за завышенного крутящего момента и наличия пульсаций. Однако характерная для него высокая мощность и стоимость не позволяет широко использовать такой мотор в различном оборудовании.

Вентильный электродвигатель — это… Что такое Вентильный электродвигатель?

Принцип работы трёхфазного вентильного двигателя

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.

Описание ВД

Этот тип двигателя создан с целью улучшения свойств электродвигателей постоянного тока.

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 (датчиком 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

Статор бесколлекторного электродвигателя

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

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 редкоземельных сплавов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.

В двигателях большой мощности вместо постоянного магнита на роторе используется электромагнит. Напряжение питания к нему подаётся через щётки и контактные кольца установленные на роторе. Так устроен автомобильный генератор.

Датчик положения 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 безинерционны 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 ВД

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 микропроцессора требует большое количество вычислительных операций по управлению двигателем.

Принцип работы ВД

Принцип работы ВД, основан на том что контроллер ВД так коммутирует обмотки статора чтобы вектор магнитного поля статора всегда был сдвинут на угол близкий к 90° или −90° относительно вектора магнитного поля ротора. C помощью ШИМ модуляции контроллер управляет током протекающим через обмотки ВД и значит величиной вектора 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 в число пар полюсов ротора. Например в ВД с ротором имеющим 3 пары полюсов оптимальный угол между векторами будет 90°/3 = 30°

Так как фаз коммутации обмоток всего 6 то вектор статора может перемещаться скачками по 60° — значит реальный угол между векторами будет не 90°, а будет меняться от 60° до 120° при вращении ротора ВД.

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 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.

Управление двигателем

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.

Достоинства и недостатки ВД

В последнее время, этот тип двигателей быстро приобретает популярность, проникая во многие отрасли промышленности. Находит применение в различных сферах использования: от бытовых приборов до рельсового транспорта.

ВД с электронными системами управления часто объединяют в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.

Достоинства:

• 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 соsφ 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:

• Относительно сложная система управления двигателем
• Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

устройство и принцип работы. Синхронный и асинхронный двигатель

Основывается на разных параметрах. По одному из них, различают синхронный и асинхронный двигатель. Отличия приборов, общая характеристика и принцип работы описаны в статье.

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Преимущества и недостатки

Основными минусами этого вида двигателя являются:

• необходимость питания обмотки постоянным током;
• сложность запуска;
• скользящий контакт.

Большинство генераторов, где бы они ни использовались, являются синхронными. Преимуществами таких двигателей в целом являются:

• самая высокая надежность;
• самый большой ;
• простота обслуживания.

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда.
Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Принцип действия

Работа двигателя осуществляется на основе взаимодействия магнитного статорного поля и наводящихся этим же полем токов в роторе. Вращающий момент появляется тогда, когда имеется разность частоты вращения полей.

Резюмируем теперь, чем отличается от асинхронного. Чем объясняется широкое применение одного типа и ограниченное — другого?

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей — в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.
Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

• однофазные
• двухфазные
• трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков, шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.
Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

• однофазные
• двухфазные
• трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков, шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.

По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей. Они отличаются по конструкции роторов . Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.

Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.

Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.

Отличаются они и по сферам применения . Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

Вентильный двигатель: принцип работы агрегата

Для того чтобы решать задачи по контролю современных прецизионных систем, все чаще используется вентильный двигатель. Это характеризуется большим преимуществом таких приборов, а также активным формированием вычислительных возможностей микроэлектроники. Как известно, они могут обеспечить высокую плотность длительного момента и энергоэффективности по сравнению с другими видами двигателей.

Схема вентильного двигателя

Двигатель состоит из следующих деталей:

1. Задняя часть корпуса.
2. Статор.
3. Подшипник.
4. Магнитный диск (ротор).
5. Подшипник.
6. Статор с обмоткой.
7. Передняя часть корпуса.

У вентильного двигателя имеется взаимосвязь между многофазной обмоткой статора и ротора. У них присутствуют постоянные магниты и встроенный датчик положения. Коммутация прибора реализовывается при помощи вентильного преобразователя, вследствие чего он и получил такое название.

Схема вентильного двигателя состоит из задней крышки и печатной платы датчиков, втулки подшипника, вала и самого подшипника, магнитов ротора, изолирующего кольца, обмотки, трельчатой пружины, промежуточной втулки, датчика Холла, изоляции, корпуса и проводов.

В случае соединения обмоток «звездой» устройство имеет большие постоянные моменты, поэтому такую сборку применяют для управления осями. В случае скрепления обмоток «треугольником» их можно использовать для работы с большими скоростями. Чаще всего количество пар полюсов вычисляется численностью магнитов ротора, которые помогают определить соотношение электрических и механических оборотов.

Статор может быть изготовлен с безжелезным или железным сердечником. Используя такие конструкции с первым вариантом, можно обеспечить отсутствие притяжения магнитов ротора, но и в это же мгновение снижается на 20% эффективность двигателя из-за уменьшения значения постоянного момента.

Со схемы видно, что в статоре ток образуется в обмотках, а в роторе создается при помощи высокоэнергетических постоянных магнитов.
Условные обозначения:
— VT1-VT7 — транзисторные коммуникаторы;
— A, B, C – фазы обмоток;
— M – момент двигателя;
— DR – датчик положения ротора;
— U – регулятор напряжения питания двигателя;
— S (south), N (north) – направление магнита;
— UZ – частотный преобразователь;
— BR – датчик частоты вращения;
— VD – стабилитрон;
— L – катушка индуктивности.

Схема двигателя показывает, что одним из основных преимуществ ротора, в котором установлены постоянные магниты, является уменьшение его диаметра и, как следствие, сокращение момента инерции. Такие приспособления могут быть встроенными в сам прибор или расположенными на его поверхности. Понижение этого показателя очень часто приводит к небольшим значениям баланса момента инерции самого двигателя и приведенного к его валу нагрузки, который и усложняет работу привода. По этой причине производители могут предложить стандартный и повышенный в 2-4 раза момент инерции.

Принципы работы

На сегодняшний день становится очень популярным вентильный двигатель, принцип работы которого основан на том, что контролер устройства начинает коммутировать обмотки статора. Благодаря этому вектор магнитного поля остается всегда сдвинутым на угол, приближающийся к 900 (-900) относительно ротора. Контролер рассчитан на управление током, который движется через обмотки двигателя, в том числе и величиной магнитного поля статора. Следовательно, можно регулировать момент, который воздействует на прибор. Показатель угла между векторами может определить направление вращения, которое действует на него.

Нужно учитывать, что речь идет об электрических градусах (они значительно меньше геометрических). Для примера приведем расчет вентильного двигателя с ротором, который в себе имеет 3 пары полюсов. Тогда оптимальным его углом будет 900 /3=300. Эти пары предусматривают 6 фаз обмоток коммутации, тогда получается, что вектор статора может перемещаться скачками по 600. Из этого видно, что настоящий угол между векторами обязательно будет варьироваться в пределах от 600 до 1200, начиная с вращения ротора.

Вентильный двигатель, принцип работы которого основывается на обороте фаз коммутации, из-за которых поток возбуждения поддерживается относительно постоянным движением якоря, после их взаимодействия начинает формировать вращающийся момент. Он устремляется повернуть ротор таким способом, чтобы все потоки возбуждения и якоря совпали воедино. Но во время его разворота датчик начинает переключать обмотки, и поток перемещается на следующий шаг. В этот момент результирующий вектор сдвинется, но останется полностью неподвижным сравнительно с потоком ротора, что в итоге и создаст вращающий момент вала.

Преимущества

Применяя вентильный двигатель в работе, можно отметить такие его достоинства:

— возможность применения широкого диапазона для модифицирования частоты вращения;

— высокая динамика и быстродействие;

— максимальная точность позиционирования;

— небольшие затраты на техническое обслуживание;

— устройство можно отнести к взрывозащищенным объектам;

— имеет способность переносить большие перегрузки в момент вращения;

— высокий КПД, который составляет более 90%;

— имеются скользящие электронные контакты, которые существенно увеличивают рабочий ресурс и срок службы;

— при длительной работе нет перегрева электродвигателя.

Недостатки

Несмотря на огромное количество достоинств, вентильный двигатель также имеет и недостатки в эксплуатации:
— довольно сложное управление электродвигателем;
— относительно высокая цена устройства из-за применения в его конструкции ротора, который имеет дорогостоящие постоянные магниты.

Вентильный индукторный двигатель

Вентильно-индукторный двигатель – это устройство, в котором предусмотрено переключающееся магнитное сопротивление. В нем преобразование энергии происходит за счет изменения индуктивности обмоток, которые располагаются на явно выраженных зубцах статора при передвижении зубчатого магнитного ротора. Питание устройство получает от электрического преобразователя, поочередно переключающего обмотки двигателя в строгости по перемещению ротора.

Вентильно-индукторный двигатель представляет собой комплексную сложную систему, в которой работают совместно разнообразные по своей физической природе компоненты. Для удачного проектирования таких устройств необходимы углубленные знания в области конструирования машин и механики, а также электроники, электромеханики и микропроцессорной техники.

Современное устройство выступает как электродвигатель, действующий совместно с электронным преобразователем, который изготавливается по интегральной технологии с использованием микропроцессора. Он позволяет осуществить качественное управление двигателем с наилучшими показателями переработки энергии.

Свойства двигателя

Такие устройства обладают высокой динамикой, большой перегрузочной способностью и точным позиционированием. Благодаря тому что в них отсутствуют движущие части, их использование возможно во взрывоопасной агрессивной среде. Такие моторы также называют и бесколлекторными, их основным преимуществом, по сравнению с коллекторными, является скорость, которая зависит от напряжения питания нагружающего момента. Также еще одним немаловажным свойством считается отсутствие истираемых и трущихся элементов, которые переключают контакты, благодаря чему вырастает ресурс пользования аппаратом.

Вентильные двигатели постоянного тока

Все двигатели постоянного тока можно назвать бесколлекторными. Они работают от сети с постоянным током. Щеточный узел предусмотрен для электрического объединения цепей ротора и статора. Такая деталь является самой уязвимой и достаточно сложной в обслуживании и ремонте.

Вентильный двигатель постоянного тока работает по тому же принципу, что и все синхронные устройства такого типа. Он представляет собой замкнутую систему, включающую силовой полупроводниковый преобразователь, датчик положения ротора и координатор.

Вентильные двигатели переменного тока

Такие устройства получают свое питание от сетей переменного тока. Скорость вращения ротора и движения первой гармоники магнитной силы статора полностью совпадают. Данный подтип двигателей можно использовать при высоких мощностях. К этой группе относятся шаговые и реактивные вентильные аппараты. Отличительной особенностью шаговых устройств является дискретное угловое смещение ротора при его работе. Питание обмоток формируется при помощи полупроводниковых компонентов. Управление вентильным двигателем осуществляется при последовательном смещении ротора, которое и создает переключение его питания с одних обмоток на другие. Это устройство можно разделить на одно-, трех- и многофазные, первые из которых могут содержать пусковую обмотку или фазосдвигающую цепь, а также запускаться вручную.

Принцип работы синхронного двигателя

Вентильный синхронный двигатель работает на основе взаимодействия магнитных полей ротора и статора. Схематически магнитное поле при вращении можно изобразить плюсами этих же магнитов, которые движутся со скоростью магнитного поля статора. Поле ротора также возможно изобразить как постоянный магнит, который делает обороты синхронно с полем статора. В случае отсутствия внешнего вращающего момента, который прикладывается к валу аппарата, оси полностью совпадают. Воздействующие силы притяжения проходят вдоль всей оси полюсов и могут компенсировать друг друга. Угол между ними приравнивается к нулю.

В случае если на вал машины будет воздействовать тормозной момент, то ротор перемещается в сторону с запаздыванием. Благодаря этому силы притяжения разбиваются на составляющие, которые направляются вдоль оси плюсовых показателей и перпендикулярно к оси полюсов. Если будет прикладываться внешний момент, который создает ускорение, то есть начинает действовать по направлению вращения вала, картинка по взаимодействию полей полностью изменится на обратную. Направленность углового смещения начинает трансформироваться на противоположное, и в связи с этим меняется направление тангенциальных сил и воздействие электромагнитного момента. При таком раскладе двигатель становится тормозным, а аппарат работает как генератор, который подводимую к валу механическую энергию преобразует в электрическую. Далее она перенаправляется в сеть, питающую статор.

Когда будет отсутствовать внешний, явнополюсный момент начнет принимать положение, при котором ось полюсов магнитного поля статора будет совпадать с продольной. Это размещение станет соответствовать минимальному сопротивлению потока в статоре.

В случае воздействия на вал машины тормозного момента ротор отклонится, при этом магнитное поле статора будет деформированным, так как поток стремится замкнуться по наименьшему сопротивлению. Для его определения необходимы силовые линии, направленность которых в каждой из точек будет соответствовать движению действия силы, поэтому изменение поля приведет к появлению тангенциального взаимодействия.

Рассмотрев все эти процессы в синхронных двигателях, можно выявить демонстративный принцип обратимости разнообразных машин, то есть возможность любого электрического аппарата изменить направленность преобразованной энергии на противоположную.

Бесколлекторные двигатели с постоянными магнитами

Вентильный двигатель с постоянными магнитами используется для решения серьезных оборонных и промышленных задач, так как такое устройство имеет большой запас мощности и эффективности.

Эти приборы чаще всего применяются в отраслях, где необходимы сравнительно низкие потребляющие мощности и небольшие габариты. Они могут иметь самые разные габариты, без технологических ограничений. В то же время большие аппараты не являются совершенно новыми, их чаще всего производят компании, которые стремятся преодолеть экономические трудности, ограничивающие ассортимент этих приборов. У них есть свои преимущества, среди которых можно отметить высокую эффективность из-за потерь в роторе и большую плотность мощности. Для управления бесколлекторными двигателями нужен частотно-регулируемый привод.

Анализ по затратам и результатам показывает, что устройства с постоянными магнитами намного предпочтительнее, по сравнению с другими, альтернативными технологиями. Чаще всего они используются для отраслей промышленности с достаточно тяжелым распорядком работы судовых двигателей, в военной и оборонной отрасли и других подразделениях, число которых непрерывно возрастает.

Реактивный двигатель

Вентильно-реактивный двигатель работает с использованием двухфазных обмоток, которые установлены вокруг диаметрально противоположных полюсов статора. Подача питания продвигается к ротору в соответствии с полюсами. Таким образом, его противодействие полностью сводится к минимуму.

Вентильный двигатель, своими руками созданный, обеспечивает высокоэффективную скорость привода при оптимизированном магнетизме для работы с реверсом. Информация о месторасположении ротора используется для того, чтобы управлять фазами подачи напряжения, так как это является оптимальным для достижения непрерывного и плавного крутящего момента и высокой эффективности.

Сигналы, которые выдает реактивный двигатель, накладываются на угловую ненасыщенную фазу индуктивности. Минимальное сопротивление полюса полностью соответствует максимальной индуктивности устройства.

Положительный момент можно получить только при углах, когда показатели позитивные. На небольших скоростях фазный ток обязательно должен быть ограниченным, чтобы произвести защиту электроники от высоких вольт-секунд.
Механизм преобразования можно иллюстрировать линией реактивной энергии. Мощностная сфера характеризует собой питание, которое преобразовывается в механическую энергию. В случае его резкого отключения избыточная или остаточная сила возвращается к статору. Минимальные показатели влияния магнитного поля на производительность устройства являются основным его отличием от похожих устройств.

Современный вентильный двигатель в нефтедобыче

Преимущества и недостатки вентильных двигателей. Принцип их работы

Определение 1

Вентильный двигатель – это разновидность электрического двигателя, в котором вместо щеточно-коллекторного узла используется полупроводниковый коммутатор, управляемый датчиком управления ротором.

Схема конструкции вентильного двигателя изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема вентильного двигателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 — корпус; 2 — диэлектрическая прослойка; 3 — втулка; 4 — пружина; 5 — обмотка статора; 6 — кольцо изоляции; 7 — постоянные магниты; 8 — роторный вал; 9 — подшипник; 10 — обойма; 11 — датчик Холла; 12 — монтажная плата; 13 — задняя крышка; 14 — жгут электропроводки.

Определение 2

Постоянный магнит – это изделие, сделанное из магнитотвердого материала и обладающее высокой остаточной магнитной индукцией, способствующей сохранению состояния намагничивания в течении длительного промежутка времени.

Принцип работы вентильного двигателя заключается в позиционировании постоянных магнитов, находящихся на роторе, по отношению к создаваемому пику электромагнитного импульса на фазных электрических обмотках. Во время движения магнитов датчики Холла воспринимают данные об их положении в пространстве и изменяют пропускную способность вентильных преобразователей, что способствует продолжению вращения вала. Получается, что управления процессом вращения осуществляется без скользящего контакта. Таким образом, данная электрическая машина относится к безколлекторным электродвигателям.

Готовые работы на аналогичную тему

Преимуществами вентильных двигателей является:

• Большой срок службы.
• Высокая степень надежности (благодаря отсутствию скользящего контакта).
• Широкий диапазон изменения частоты вращения.
• Высокий коэффициент полезного действия (до 90%).
• Отсутствие узлов, которым требуется частое обслуживание (коллекторы).
• Высокая перегрузочная способность.
• Возможность применения в агрессивных и взрывоопасных средах.

У вентильных двигателей есть два основных недостатка. Первый – их относительно высокая стоимость, из-за использования дорогих постоянных магнитов, второй — сложная конструкция двигателя и сложность управления им.

Использование вентильных двигателей в современной добыче нефти

На российских месторождениях нефти широко распространены два способа использования вентильных двигателей в процессе ее добычи:

1. Эксплуатация скважин установкой электрического центробежного насоса с вентильным двигателем в постоянном режиме.
2. Эксплуатация скважин установкой электрического центробежного насоса с вентильным двигателем в периодическом режиме.

Внедрение в процесс добычи вентильных двигателей сделало возможным перевод эксплуатации скважин из периодического режима в постоянный. Первыми использовать вентильные двигатели на своих месторождениях, при эксплуатации скважин с малым дебитом, начали в ООО “ЛУКОЙЛ — Пермь”, на месторождениях которого почти 100 % скважин эксплуатировались в периодическом режиме. После замены асинхронных двигателей на вентильные позволило перевести большинство скважин на постоянный режим работы с сохранением высоких наработок (у некоторых скважин наработка составляет более 1000 суток). Сейчас вентильные двигатели, входящие в состав установок электрических центробежных насосов, используются на месторождениях ОАО “Ритэк”, ООО “ЛУКОЙЛ — Волгограднефтегаз” и ООО “ЛУКОЙЛ — Западная Сибирь”.

Раньше, периодическая эксплуатация скважин считалась неэффективной, так как отбор продукции был гораздо ниже, чем при постоянном режиме, а также необходимости многократных запусков из-за динамических нагрузок и больших значениях токов пуска. С появлением вентильных двигателей и станций с плавным запуском, а также возможность регулировки частоты вращения, эти недостатки перестали быть определяющими. При эксплуатации скважин в периодическом режиме, асинхронный двигатель работает почти без охлаждения потоком откачиваемой из пластов жидкости, что способствует его перегреву, который часто становится причиной уменьшения ресурса. У вентильного двигателя низкая температура перегрева обмотки, около 25 градусов по Цельсию, в то время, как у асинхронного двигателя этот параметр составляет порядка 45 градусов по Цельсию (ресурс изоляции снижается в два раза при каждом повышении ее температуры на 10 градусов по Цельсию.

В настоящее время вентильные двигатели используются на скважинах ОАО “ТНК-Нягань”, работающих в периодическом режиме. Данные выработки обладают высоким газовым фактором, нестабильным притоком и осложнены отложениями солей. Внедрение вентильных двигателей ( в составе установок электрических центробежных насосов), способствовало увеличению наработки оборудования минимум в два раза и снижению расхода электрической энергии в среднем на 55 %.

Алгоритмы Триол для работы с вентильными двигателями

В настоящее время, в связи с удешевлением технологий производства ниодимовых магнитов все большее применение находят вентильные погружные электродвигатели.  Вентильные двигатели могут являться перспективной альтернативой погружным асинхронным двигателям.

Рассмотрим некоторые преимущества вентильных двигателей:

— КПД у вентильного двигателя на 5-7% выше, чем у асинхронного;

— меньшие габариты по сравнению с асинхронными двигателями;

— постоянная работа с высокими оборотами.

Триол АК06 обеспечивает управление двигателями независимо от их типа, будь то бесколлекторный двигатель с постоянными магнитами или асинхронный.

В станциях управления серии Триол АК06 применяются авторские алгоритмы управления специализированными двигателями. Контроль и управление осуществляется на основании параметров двигателя. Станция управления определяет положение и частоту вращения ротора без применения датчика положения вала или абсолютного энкодера. Этот метод определения угла основан на свойстве электродвигателя генерировать обратную ЭДС во время вращения. Обратная ЭДС двигателя содержит в себе информацию о положении ротора, поэтому вычислив величину обратной ЭДС в стационарной системе координат, можно рассчитать положение ротора.  Алгоритм управления состоит в том, что за счет контроля положения ротора – математически определяются параметры тока и напряжения. Благодаря этому, станция управления поддерживает заданную частоту вращения ротора высокооборотного вентильного двигателя.

В станциях управления Триол АК06 реализован принцип преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока на базе автономного инвертора напряжения. Инвертор напряжения построен на высококачественных силовых IGBT-транзисторах.

Для рынка России производится и поставляется станция управления Триол АК06 линии RC, которая обладает большим количеством функций для работы операторов сервисных и нефтяных компаний. Станции управления Триол АК06 линии RC отличаются надёжной работой в различных по качеству и мощности сетях электроснабжения месторождений. Это эффективное и выгодное решение для управления погружными установками электроцентробежных насосов (ЭЦН) с асинхронными и вентильными приводными электродвигателями, а также для управления наземными насосными установками.

Станции управления Триол АК06 линии RC поддерживают векторное управление с ориентацией по положению ротора, что позволяет достичь максимальной эффективности работы погружного вентильного двигателя.

Применяя Триол АК06 линии RC с векторным управлением, Заказчик имеет возможность использовать вентильные двигатели достигая при этом:

— экономию электроэнергии за счет более высоких значений КПД (91-92%), по сравнению с асинхронными двигателями;

— меньших значений рабочих токов, что обеспечивает снижение потерь мощности в кабельной линии;

— регулирования частоты вращения в широком диапазоне при постоянном моменте.

Универсальные станции управления Триол АК06 линии RC адаптированы для работы с любым типом погружных и наземных электродвигателей.

Конструкция и принцип действия приводов клапанов

Приводы клапанов

Приводы клапана

выбираются на основе ряда факторов, включая крутящий момент, необходимый для работы клапана, и необходимость автоматического срабатывания. Типы приводов включают ручной дублер, ручной рычаг, электродвигатель, пневматические, соленоидные, гидравлические поршневые и самоприводные. Все приводы, кроме ручного маховика и рычага, могут быть адаптированы к автоматическому срабатыванию.

Ручные, фиксированные и ударные приводы
Ручные приводы могут переводить арматуру в любое положение, но не позволяют работать в автоматическом режиме.Самый распространенный тип механического привода — маховик. К этому типу относятся маховики, прикрепленные к штоку, штурвалы-молотки и штурвалы, соединенные со штоком через шестерни.

Маховики, прикрепленные к штоку
Как показано на изображении, правые штурвалы, прикрепленные к штоку, обеспечивают только механическое преимущество колеса. Когда эти клапаны подвергаются воздействию высоких рабочих температур, их заедание затрудняет работу.

Маховик с молотком
Как показано на изображении, маховик с молотком свободно проходит часть своего поворота, а затем ударяется о выступ на вспомогательном колесе.Второстепенное колесо прикреплено к штоку клапана. При таком расположении клапан может быть плотно закрыт для плотного закрытия или открываться, если он застрял в закрытом состоянии.

Коробка передач с ручным приводом

Если для клапана с ручным управлением требуется дополнительное механическое преимущество, крышка клапана оснащается зубчатыми головками с ручным управлением, как показано на рисунке. Специальный гаечный ключ или маховик, прикрепленный к валу шестерни, позволяет одному человеку управлять клапаном, когда могут потребоваться два человека без преимущества передачи.Поскольку для одного оборота штока клапана необходимо несколько оборотов шестерни, время работы больших клапанов исключительно велико. Использование переносных пневмодвигателей, подключенных к валу-шестерне, сокращает время работы клапана.

Коробка передач с ручным приводом

Если для клапана с ручным управлением требуется дополнительное механическое преимущество, крышка клапана оснащается зубчатыми головками с ручным управлением, как показано на рисунке. Специальный гаечный ключ или маховик, прикрепленный к валу шестерни, позволяет одному человеку управлять клапаном, когда могут потребоваться два человека без преимущества передачи.Поскольку для одного оборота штока клапана необходимо несколько оборотов шестерни, время работы больших клапанов исключительно велико. Использование переносных пневмодвигателей, подключенных к валу-шестерне, сокращает время работы клапана.

Приводы электродвигателей

Электродвигатели допускают ручное, полуавтоматическое и автоматическое управление арматурой. Двигатели используются в основном для функций открытия-закрытия, хотя они могут быть адаптированы для позиционирования клапана в любой точке открытия, как показано на изображении ниже.Обычно это реверсивный высокоскоростной двигатель, подключенный через зубчатую передачу для снижения скорости двигателя и, таким образом, увеличения крутящего момента на штоке. Направление вращения двигателя определяет направление движения диска.
Электрический привод может быть полуавтоматическим, например, когда двигатель запускается системой управления. Маховик, который может быть соединен с зубчатой ​​передачей, обеспечивает ручное управление клапаном. Обычно предусмотрены концевые выключатели для автоматической остановки двигателя при полностью открытом и полностью закрытом положениях клапана.Концевые выключатели приводятся в действие физически по положению клапана или торсионно в зависимости от крутящего момента двигателя.

Пневматические приводы

Пневматические приводы, показанные на изображении ниже, обеспечивают автоматический или полуавтоматический режим работы клапана. Эти приводы преобразуют воздушный сигнал в движение штока клапана за счет давления воздуха, действующего на диафрагму или поршень, соединенный со штоком. Пневматические приводы используются в дроссельных клапанах для открытия-закрытия, где требуется быстрое действие.Когда давление воздуха закрывает клапан, а действие пружины открывает клапан, привод называется прямым. Когда давление воздуха открывает клапан, а действие пружины закрывает клапан, привод называется реверсивным. У дуплексных приводов воздух подается с обеих сторон диафрагмы. Перепад давления на диафрагме позиционирует шток клапана. Автоматическая работа обеспечивается, когда воздушные сигналы автоматически управляются схемами. Полуавтоматический режим работы обеспечивается ручными переключателями в цепи клапанов управления воздухом.

Гидравлические приводы

Гидравлические приводы обеспечивают полуавтоматическое или автоматическое позиционирование клапана, аналогично пневматическим приводам. Эти приводы используют поршень для преобразования сигнального давления в движение штока клапана. Гидравлическая жидкость подается с обеих сторон поршня, в то время как другая сторона сливается или удаляется. В качестве гидравлической жидкости используется вода или масло. Электромагнитные клапаны обычно используются для автоматического управления гидравлической жидкостью, чтобы управлять открытием или закрытием клапана.Ручные клапаны также могут использоваться для управления гидравлической жидкостью; тем самым обеспечивая полуавтоматический режим работы.

Клапаны с автоматическим приводом

Самоуправляемые клапаны используют системную жидкость для позиционирования клапана. Предохранительные клапаны, предохранительные клапаны, обратные клапаны и конденсатоотводчики являются примерами самоприводных клапанов. Все эти клапаны используют некоторые характеристики системной жидкости для приведения в действие клапана. Для работы этих клапанов не требуется никаких источников энергии вне системной энергии жидкости.

Клапаны с электромагнитным приводом

Клапаны с электромагнитным приводом

обеспечивают автоматическое позиционирование клапана «открыто-закрыто», как показано на рисунке ниже. Большинство клапанов с электромагнитным приводом также имеют ручное дублирование, которое позволяет ручное позиционирование клапана до тех пор, пока дублирование позиционируется вручную. Соленоиды позиционируют клапан, притягивая магнитную пробку, прикрепленную к штоку клапана. В одинарных соленоидных клапанах давление пружины противодействует движению пробки, когда на соленоид подается питание.Эти клапаны могут быть расположены так, что подача питания на соленоид либо открывает, либо закрывает клапан. Когда питание на соленоид прекращается, пружина возвращает клапан в противоположное положение. Два соленоида могут использоваться для открытия и закрытия путем подачи питания на соответствующий соленоид.

Одиночные электромагнитные клапаны называются открытыми при отказе или закрытыми при отказе в зависимости от положения клапана при обесточенном соленоиде. Аварийно открытые электромагнитные клапаны открываются давлением пружины и закрываются при подаче питания на соленоид.Аварийно закрытые электромагнитные клапаны закрываются давлением пружины и открываются при подаче питания на соленоид. Двойные электромагнитные клапаны обычно выходят из строя «как есть». То есть положение клапана не меняется, когда оба соленоида обесточены.
Одно из применений электромагнитных клапанов — в пневматических системах, например, в тех, которые используются для подачи воздуха к пневматическим приводам клапанов. Электромагнитные клапаны используются для управления подачей воздуха к пневматическому приводу и, таким образом, положением клапана с пневматическим приводом.

Скорость силовых приводов

Соображения безопасности на предприятии определяют скорость клапана для определенных предохранительных клапанов.Если система должна быть очень быстро изолирована или открыта, требуется очень быстрое срабатывание клапана. Если открытие клапана приводит к нагнетанию относительно холодной воды в горячую систему, необходимо более медленное открытие, чтобы свести к минимуму тепловой удар. При проектировании выбирается привод для предохранительных клапанов на основе требований к скорости и мощности, а также наличия энергии для привода.

Как правило, самое быстрое срабатывание обеспечивается гидравлическими, пневматическими и соленоидными приводами. Однако соленоиды не подходят для больших клапанов, потому что их размер и требования к мощности будут чрезмерными.Кроме того, для гидравлических и пневматических приводов требуется система для обеспечения гидравлической или пневматической энергии. Скорость срабатывания в любом случае может быть установлена ​​путем установки отверстий подходящего размера в гидравлических или пневматических линиях. В некоторых случаях клапан закрывается давлением пружины, которому противодействует гидравлическое или пневматическое давление, чтобы клапан оставался открытым.

Электродвигатели обеспечивают относительно быстрое срабатывание. Фактическая скорость клапана устанавливается комбинацией скорости двигателя и передаточного числа.Эта комбинация может быть выбрана для обеспечения полного хода клапана в диапазоне от примерно двух секунд до нескольких секунд.

Индикация положения клапана

Операторам требуется указание положения определенных клапанов, чтобы обеспечить грамотную эксплуатацию установки. Для таких клапанов предусмотрена дистанционная индикация положения клапана в виде индикаторов положения, которые показывают, открыты или закрыты клапаны. В схемах дистанционной индикации положения клапана используется датчик положения, который определяет положение штока и диска или положение привода.Одним из типов датчиков положения является механический концевой выключатель, который физически приводится в действие движением клапана.

Другой тип — это магнитные переключатели или трансформаторы, которые определяют движение своих магнитных сердечников, которые физически приводятся в действие движением клапана.

Местная индикация положения клапана относится к некоторой визуально различимой характеристике клапана, которая указывает положение клапана. Положение клапана с выдвижным штоком обозначается положением штока. Клапаны с неподнимающимся штоком иногда имеют маленькие механические стрелки, которые приводятся в действие приводом клапана одновременно с работой клапана.Клапаны с силовым приводом обычно имеют механический указатель, который обеспечивает локальную индикацию положения клапана. С другой стороны, некоторые клапаны не имеют функции индикации положения.

Краткое описание приводов клапанов

• Ручные приводы — наиболее распространенный тип приводов клапанов. Ручные приводы включают в себя штурвалы, прикрепленные непосредственно к штоку клапана, и штурвалы, прикрепленные через шестерни, чтобы обеспечить механическое преимущество.
• Приводы с электродвигателями состоят из реверсивных электродвигателей, соединенных со штоком клапана через зубчатую передачу, которая снижает скорость вращения и увеличивает крутящий момент.
• Пневматические приводы используют давление воздуха с одной или обеих сторон диафрагмы для обеспечения силы для позиционирования клапана.
• Гидравлические приводы используют жидкость под давлением на одной или обеих сторонах поршня для обеспечения силы, необходимой для позиционирования клапана.
• Электромагнитные приводы имеют магнитную пробку, прикрепленную к штоку клапана. Усилие для позиционирования клапана возникает из-за магнитного притяжения между пробкой на штоке клапана и катушкой электромагнита в приводе клапана.

Ссылки: DOE-HDBK-1018/2

На сайтах AUMA и Rotork вы найдете самые разные типы редукторов и приводов.

Как работает электрический привод клапана?

Размещено RWVC 6 августа 2020 г., 15:55 | Комментарии к записи Как работает электрический привод клапана отключены?

Электрические приводы клапанов управляют открытием и закрытием клапанов. Они могут обеспечивать как линейное, так и вращательное движение и работать с различными типами клапанов, включая шаровые и дисковые.Электрические приводы клапанов реагируют на запросы через дистанционное управление или централизованные системы управления технологическими процессами, что делает их бесценными для управления системами, которые труднодоступны или распределены по большой площади. Системы управления технологическим процессом могут управлять электрическими приводами из централизованной системы для доставки запланированных и запрограммированных команд, что позволяет организациям автоматизировать систему и повысить надежность.

В целом электрические приводы клапанов становятся все более гибкими, технологичными и простыми в использовании.В следующем руководстве объясняется, что вам нужно знать о том, как работают эти компоненты, и что необходимо для их установки и использования.

Компоненты электрического привода

В отличие от других приводов клапана, электрические приводы содержат двигатели, которые могут преобразовывать электричество в линейное или вращательное движение, чтобы открывать, закрывать или регулировать соответствующий клапан. Различные электрические приводы управляют различными типами движения; например, четвертьоборотный привод поворачивает механизм клапана на 90 градусов, который полностью открыт.

Важно выбрать электрический привод клапана, который работает с правильным напряжением, подходящим для системы вашего предприятия. Эти системы различаются в зависимости от того, использует ли оператор источники питания переменного (AC) или постоянного (DC) тока.

Некоторые из наиболее популярных типов напряжения:

• 12 В перем. Тока
• 12 В постоянного тока
• 24 В перем. Тока
• 24 В постоянного тока
• 115 В перем. Тока
• 120 В перем. Тока

Наряду с двигателем приводы имеют другие электрические компоненты, включая концевой выключатель, проводку и зубчатую передачу.Все эти части расположены в компактном защитном корпусе.

Требуемый крутящий момент для электрических приводов клапанов

Крутящий момент — это сила вращения, которую привод создает для закрытия поворотного клапана. Электрические приводы могут создавать эту силу, передавая ее на выходной вал, а затем на шток клапана. Когда к штоку клапана прикладывается давление, отверстие клапана открывается или закрывается.

Приводы

имеют разные уровни мощности (мощности) двигателя в зависимости от крутящего момента, который они должны обеспечить.Важно выбирать приводы в зависимости от крутящего момента, необходимого для клапана. «Пусковой момент» — это мощность, необходимая для переключения из статического разомкнутого положения в замкнутое или наоборот. Это самый высокий уровень крутящего момента, необходимый для работы системы.

Процесс монтажа

При установке электрических приводов клапанов на место используйте прочные стандартные детали. Многие приводы и монтажное оборудование используют стандарты ISO 5211 для соединений, что обеспечивает бесперебойную совместную работу различных производителей и компонентов.

Для монтажа вам понадобятся как минимум три компонента:

• Выходной вал
• Шток для соединения с головкой клапана
• Фланец, с помощью которого привод устанавливается на клапан

Для различных приводов требуются различные типы фланцев в зависимости от крутящего момента и имеющихся креплений.

Как выбрать электрический привод клапана

Электрические приводы клапанов могут сделать гидравлические системы более безопасными и более простыми в управлении. Они особенно полезны, если вам нужно расширить или обновить систему и сделать ее более сложной.

Вот некоторые параметры, которые могут помочь вам принять решение:

• Крутящий момент: Учитывайте общие требования к крутящему моменту и моменту отрыва системы. Вторичные факторы, влияющие на крутящий момент, включают вязкость жидкости и размер клапана.
• Требования к напряжению: Определите тип тока и силу источника питания на месте установки привода.
• Монтажное соединение клапана: Различные фланцы, приводы и требования к монтажной среде могут ограничить ваш выбор электрического привода клапана.
• Степень защиты IP: Рейтинги IP, установленные стандартом IEC 60529, имеют разные уровни защиты от факторов окружающей среды, таких как влажность и пыль.
• Сертификат защиты корпуса: Аналогичным образом, защитный корпус и корпуса должны действовать как барьер от опасностей применения, специфичных для окружающей среды.
• Отказоустойчивость: Интегрированные электрические приводы клапанов могут быть запрограммированы с автоматическими настройками, которые вступают в силу в случае потери питания, аварийной ситуации или отказа системы.
• Модуляция: Некоторые приводы могут управлять расходом жидкости, модулируя его, в то время как другие позволяют только управление ВКЛ / ВЫКЛ.
• Применение: Материал жидкости, температура и другие факторы вашего предполагаемого применения также могут повлиять на то, какой клапан с электроприводом будет работать лучше всего.

Клапаны с электрическим приводом от RED-WHITE VALVE CORP.

Компания RED-WHITE VALVE CORP. Обслуживает различные отрасли промышленности, предлагая мощные интегрируемые электрические приводы для клапанов.

Эти отрасли включают:

• Сельское хозяйство
• Продукты питания и напитки
• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
• Нефть и газ
• Целлюлоза бумажная
• Производство электроэнергии
• Очистка сточных вод

Более подробную информацию о нашем исключительном мастерстве и технических характеристиках см. На страницах с описанием электрических приводов:

Двигатель — как открываются и закрываются клапаны

клапан что позволяет смешивать цилиндр впускной клапан; тот, через который отходят отработавшие газы, является выпускным клапаном.Они предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты, чтобы позволить двигатель эффективно бежать на всех скоростях.

Работа контролируется грушевидными кулачками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распредвал с приводом от цепи, ремня или набора шестерни от коленчатый вал .

Если распределительный вал установлен в блокировка двигателя , маленькие металлические цилиндры толкатели сидят в каналах над каждым кулачком, а от толкателей металлический толкатель выходит в крышка цилиндра . Вершина каждого толкателя встречает коромысло который упирается в шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной, пружина клапана .

По мере того, как толкатель поднимается на кулачок, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывает) против давление своей весны. Как кулачок вращается дальше, пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой верхнего клапана (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; Клапаны управляются более напрямую от одинарных или двойных распредвалов в самой головке блока цилиндров и в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод верхнего кулачка (OHC) более эффективен и обеспечивает большую мощность для данного объема двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях.В любой системе должен быть некоторый свободный ход в приводном механизме, чтобы клапан мог полностью закрываться, когда детали расширяются из-за нагрева.

Толкатель с заданным зазором оформление имеет важное значение между шток клапана и коромысло или кулачок, чтобы учесть расширение. Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются раньше, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей сжатие .

Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически приводятся в действие давлением моторного масла.

Система верхнего клапана (OHV), управляемая толкателями, имеет коленчатый вал рядом и параллельно коленчатому валу в блоке цилиндров.

При вращении коленчатого вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, толкателя и коромысла.Клапан закрывается давлением пружины.

Цепь приводная распределительного вала звездочка имеет вдвое больше зубцов, чем звездочка коленчатого вала, поэтому распределительный вал вращается с половинной скоростью вращения двигателя.

Двигатель с верхним расположением распредвала (OHC) требует меньшего количества деталей для управления клапанами. Кулачки действуют непосредственно на толкатели ковша или на короткие рычаги — известные как пальцы — которые, в свою очередь, действуют непосредственно на штоки клапана.

Система избавляется от лишнего веса и механической сложности толкателей и коромысел.

Длинная цепь часто используется для привода распределительного вала от звездочки на коленчатом валу, но такая длинная цепь имеет тенденцию «хлестать». В некоторых конструкциях проблема решается путем установки промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, находящихся под натяжением.

Клапанный механизм: определение, принцип работы, детали, функции

Клапанный механизм или Клапанный механизм является частью двигателя внутреннего сгорания, который управляет работой впускных и выпускных клапанов.Имеется впускной клапан , который пропускает топливовоздушную смесь в горение. Выпускной клапан позволяет выхлопным газам выходить из камеры сгорания после завершения процесса.

Читайте: Компоненты автомобильного двигателя

Сегодня мы рассмотрим определение, компоновку, функции, работу и компоненты клапанного механизма в двигателе внутреннего сгорания.

Определение клапанного механизма

Клапанный механизм — это компонент, который предназначен для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, чтобы воздушно-топливная смесь могла входить и выходить из камеры сгорания в виде газов.

В настоящее время двигатели конструируются с узлами верхнего распредвала, которые известны как верхний распределительный вал. Он расположен в верхней части двигателя.

В отличие от тех, которые размещают распределительный вал ниже в двигателе и используют толкатели для перемещения клапанных узлов. Такая компоновка клапанного механизма называется «Кулачок в блоке».

В некоторых компоновках клапанного механизма распредвал не используется. Он использует такие технологии, как соленоиды, для управления отдельными клапанами. он известен как Camless.

Прочтите Все, что вам нужно знать об автомобильном поршне

Функции и принцип работы клапанного механизма

Основными функциями клапанного механизма является управление открытием и закрытием клапанов.клапанный механизм также регулирует поток воздуха и топлива, которые поступают в камеру сгорания и уходят в виде выхлопных газов.

В работе клапанного механизма распределительный вал играет очень важную роль, поскольку его вращательное движение помогает открывать и закрывать клапаны с помощью кулачков. Хотя есть разные детали, которые помогают работе клапанного механизма.

В большинстве дизельных двигателей большой мощности используется четыре клапана, то есть по четыре клапана в каждом цилиндре. Два клапана для всасываемого воздуха / топлива и два для выхлопных газов.Впускные клапаны имеют больший диаметр, чем выпускные клапаны, что позволяет большому потоку воздуха в цилиндр.

Выпускные клапаны спроектированы так, чтобы выдерживать более высокие температуры горячих отработавших газов, чем впускные клапаны. Это связано с тем, что свежий воздух, проходящий через впускные клапаны, поддерживает более низкую температуру.

Для того, чтобы не повредить клапаны, то есть избежать возгорания, впускной и выпускной клапаны передают тепло головке блока цилиндров, иначе они сгорят.

В середине клапана находится форсунка, которая нажимается для впрыска топлива в цилиндр.Что ж, время открытия и закрытия клапана невероятно точное, что обеспечивает его эффективную работу.

В более новых двигателях электрические сигналы используются для подачи сигнала на форсунку вместо механического клапана. Этот процесс еще более точен.

Видео ниже объясняет работу клапана tr ain:

Прочтите: Как работает автомобильный двигатель

Компоненты клапанного механизма

Ниже представлены различные компоненты, которые помогают работе клапанного механизма:

Распредвал:

Функция распределительного вала заключается в управлении синхронизацией и повышении профиля открытия клапана.Это достигается за счет выступа кулачка на вращающемся валу.

Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом и вращается с половинной скоростью коленчатого вала в случае четырехтактного двигателя.

Коленчатый вал передает движение на распределительный вал с помощью металлической цепи привода ГРМ или чаще всего резинового ремня привода ГРМ. Также можно использовать набор шестерен.

Толкатель:

Толкатель — это длинный тонкий металлический стержень, который используется в двигателях с верхним расположением клапанов. Он также используется для передачи движения от распределительного вала в блоке цилиндров к клапанам в головке блока цилиндров.

На нижнем конце толкателя есть подъемник, который контактирует с распределительным валом. Лепесток распредвалов перемещает подъемник вверх, который перемещает толкатель. Верхний конец подъемника толкает коромысло, открывая клапан.

Коромысло / толкатель ковша:

Конструкция двигателя определяет, каким образом клапан будет приводиться в действие коромыслом, пальцем или толкателем ковша. В двигателях с верхним распредвалом используются кулачковые кулачки или пальцы, с которыми соприкасаются кулачки.

Коромысла используются в двигателях с верхним расположением клапанов, которые приводятся в действие толкателем и шарниром на валу. Его также можно поворачивать на отдельных шаровых шпильках, которые помогают приводить в действие клапаны.

Клапаны:

Клапан, используемый в большинстве современных двигателей, называется тарельчатым клапаном. Иногда также рассматриваются некоторые клапаны, такие как рукавный клапан, золотниковые и поворотные клапаны.

Обычно тарельчатые клапаны открываются кулачком распределительного вала или коромыслом. Он закрывается спиральной пружиной, называемой пружиной клапана.

Ниже представлена ​​схема клапанного механизма:

Читайте: понимание работы маховика

Вот и все для статьи «Автомобильный клапанный механизм». Я надеюсь, что знания достигнуты, если да, любезно комментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим техническим студентам. Спасибо!

Принцип работы мембранного насоса

Для начала давайте начнем описание с диафрагменного насоса и принципа его работы .Название мембранного насоса происходит от РЕЗИНОВОЙ МЕМБРАНЫ, которую насос использует для достижения своего перекачивающего действия. Диафрагма работает по принципу вытеснения воздуха. Мембрана механически толкается, втягивается и выходит из насосной камеры.

При сжатии диафрагмы весь воздух вытесняется из камеры диафрагмы. Когда диафрагма расширяется, суспензия или что-либо еще перекачивается, всасывается в камеру диафрагмы через впускной трубопровод. То есть ИНДУКЦИОННЫЙ или ВСАСЫВАЮЩИЙ ХОД, ВЫДВИЖЕНИЕ или РАЗГРУЗОЧНЫЙ ХОД просто заставляет диафрагму снова схлопнуться.

Шлам будет выгружен из напорной линии. Для управления всасыванием и нагнетанием впускная и выпускная линии будут иметь ОДНОХОДОВЫЙ КЛАПАН в каждой из них. Они обеспечивают доступ материала только к нужной линии. На такте всасывания или всасывания вакуум будет держать выпускной клапан закрытым. На такте нагнетания односторонний клапан всасывающей линии не открывается.
В некоторых случаях для увеличения скорости и производительности насоса может быть добавлена ​​вторая диафрагма, эта вторая диафрагма будет на такте всасывания, а первая — на такте нагнетания.Это также снижает вибрацию и перемещение насоса.
Энергия, необходимая для перекачивания диафрагмы, может генерироваться различными способами, от ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО или ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ до ВОЗДУШНОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Существует большое количество конструкций, которые возможны с пневмодвигателем. Принцип работы мембранного насоса так же прост, как открытие и закрытие двух клапанов с использованием давления воздуха, заставляющего поршень двигаться вперед и назад, или столь же сложен, как тонко сбалансированные лопатки, которые вращаются воздухом.Использование пневмодвигателя в этом типе насоса позволяет использовать его более чем в одном приложении. Пневматические двигатели можно сделать небольшими и легкими, идеально подходящими для использования в качестве переносного насоса. В качестве погружного насоса использование воздуха делает его герметичным агрегатом без внешних движущихся частей. Поскольку он не выделяет пар и не использует электричество, его можно использовать в помещении или рядом с легковоспламеняющимися жидкостями. Эти преимущества делают его очень удобным для использования на обогатительной фабрике, хотя бы в качестве аварийного оборудования.

У вас есть две опции, которые вы можете использовать для управления объемом через этот насос.Вы можете УВЕЛИЧИТЬ или УМЕНЬШИТЬ СКОРОСТЬ хода диафрагмы, или вы можете УДЛИНИТЬ или УКРАТИТЬ ход диафрагмы, одно из которых увеличит или уменьшит пропускную способность насоса.
Он хорошо справляется с материалами с высокой плотностью, и до тех пор, пока он находится в хорошем состоянии, он остается надежным, но медленным насосом. Недостатком для некоторых приложений является неустойчивое давление на выходе, даже насосы с двойной диафрагмой имеют паузу между циклами нагнетания.

Принцип действия

и схема

Для решения задач управления современными прецизионными системами все чаще применяется клапанный двигатель.Для этого характерно большое преимущество таких устройств, а также активное формирование вычислительных возможностей микроэлектроники. Как известно, они могут обеспечить высокую плотность длительного крутящего момента и энергоэффективность по сравнению с другими типами двигателей.

Схема клапанного мотора

Двигатель состоит из следующих частей:

1. Задняя часть корпуса.
2. Статор.
3. Подшипник.
4. Магнитный диск (ротор).
5. Подшипник.
6.Статор с обмоткой.
7. Передняя часть кузова.

Электродвигатель клапана имеет взаимосвязь между многофазной обмоткой статора и ротора. У них есть постоянные магниты и встроенный датчик положения. Переключение устройства реализовано с помощью вентильного преобразователя, в результате чего оно и получило такое название.

Схема электродвигателя вентилятора состоит из задней крышки и платы датчика, втулки подшипника, вала и подшипника, магнитов ротора, изоляционного кольца, обмотки, пружинного колеса, промежуточной втулки, датчика Холла, изоляции, корпуса и проводов.

Если обмотки соединены «звездой», устройство имеет большие постоянные моменты, поэтому этот узел используется для управления осями. В случае скрепления обмоток «треугольником» их можно использовать для работы на высоких скоростях. Чаще всего количество пар полюсов рассчитывается по количеству магнитов ротора, которые помогают определить соотношение электрической и механической скорости.

Статор может быть выполнен с сердечником из не железного железа. Используя такие конструкции с первым вариантом, можно добиться того, чтобы магниты ротора не притягивались, но при этом КПД двигателя снижается на 20% из-за уменьшения значения постоянного крутящего момента.

Из схемы видно, что в статоре ток образуется в обмотках, а в роторе он создается с помощью высокоэнергетических постоянных магнитов.
Обозначения:
— VT1-VT7 — транзисторные коммуникаторы;
— А, В, С — фазы обмоток;
— М — момент двигателя;
— ДР — датчик положения ротора;
— У — регулятор напряжения питания двигателя;
— S (юг), N (север) — направление магнита;
— УЗ — преобразователь частоты;
— БР — датчик скорости;
— ВД — стабилитрон;
— L — индуктор.

Схема двигателя показывает, что одним из основных преимуществ ротора, в котором установлены постоянные магниты, является уменьшение его диаметра и, как следствие, уменьшение момента инерции. Такие устройства могут быть встроены в само устройство или располагаться на его поверхности. Понижение этого показателя очень часто приводит к малым значениям баланса момента инерции самого двигателя и нагрузки на его вал, что усложняет привод. По этой причине производители могут предложить стандартный и увеличенный в 2-4 раза момент инерции.

Принципы работы

Сегодня все большую популярность приобретает клапанный двигатель, принцип работы которого основан на том, что контроллер устройства начинает переключать обмотки статора. Благодаря этому вектор магнитного поля всегда остается смещенным на угол, приближающийся к 900 (-900) относительно ротора. Контроллер предназначен для управления током, который проходит через обмотки двигателя, включая величину магнитного поля статора. Следовательно, можно регулировать момент, который действует на устройство.Индекс угла между векторами может определять направление вращения, которое на него действует.

Следует иметь в виду, что речь идет об электрических градусах (они существенно менее геометрические). Для примера представляем расчет клапанного двигателя с ротором, который сам по себе имеет 3 пары полюсов. Тогда его оптимальный угол составляет 900/3 = 300. Эти пары обеспечивают 6 фаз коммутации обмоток, тогда получается, что вектор статора может перемещаться с шагом 600. Отсюда видно, что реальный угол между векторами обязательно будет варьируются от 600 до 1200, начиная с вращения ротора.

Электродвигатель клапана, принцип действия которого основан на реверсе фаз переключения, за счет чего поток возбуждения поддерживается относительно постоянным движением якоря, после их взаимодействия начинает формироваться вращающий момент. Он бросается крутить ротор так, чтобы все потоки возбуждения и якоря совпали. Но во время своей очереди датчик начинает переключать обмотки, и поток переходит на следующую ступень. В этот момент результирующий вектор будет двигаться, но останется полностью неподвижным по сравнению с потоком ротора, что в конечном итоге создаст крутящий момент на валу.

Преимущества

Применяя в работе клапанный двигатель, можно отметить следующие преимущества:

— возможность использования широкого диапазона изменения частоты вращения;

— высокая динамика и скорость;

— максимальная точность позиционирования;

— низкие эксплуатационные расходы;

— устройство можно отнести к взрывозащищенным объектам;

— имеет способность переносить большие перегрузки в момент вращения;

— высокий КПД, более 90%;

— есть скользящие электронные контакты, значительно увеличивающие срок службы и срок службы;

— при длительной эксплуатации нет перегрева электродвигателя.

недостатки

Несмотря на огромное количество достоинств, клапанный мотор имеет и свои недостатки в эксплуатации:
— довольно сложное управление двигателем;
— относительно высокая цена устройства из-за использования в его конструкции ротора, имеющего дорогие постоянные магниты.

Клапан-индукторный двигатель

Клапан-индукторный электродвигатель — это устройство, в котором обеспечивается переключающее магнитное сопротивление. В нем преобразование энергии происходит за счет изменения индуктивности обмоток, которые располагаются на ярко выраженных зубцах статора при перемещении зубчатого магнитного ротора.Устройство получает питание от электрического преобразователя, попеременно переключающего обмотки двигателя в зависимости от движения ротора.

Вентиляционный индукционный двигатель представляет собой сложную систему, в которой компоненты, различающиеся по своей физической природе, работают вместе. Для успешного проектирования таких устройств необходимы глубокие знания в области проектирования машин и механики, а также электроники, электротехники и микропроцессорной техники.

Современное устройство представляет собой электродвигатель, действующий совместно с электронным преобразователем, который изготавливается по интегрированной технологии с использованием микропроцессора.Это позволяет качественно управлять двигателем с наилучшей переработкой энергии.

Характеристики двигателя

Такие устройства обладают высокой динамикой, высокой перегрузочной способностью и точным позиционированием. Благодаря тому, что в них нет движущихся частей, их использование возможно во взрывоопасной, агрессивной среде. Такие двигатели еще называют бесщеточными, их главное преимущество перед коллекторными — скорость, которая зависит от напряжения питания момента нагрузки. Также еще одним важным свойством является отсутствие элементов истирания и трения, переключающих контакты, что увеличивает ресурсоемкость устройства.

Электродвигатели постоянного тока

Все электродвигатели постоянного тока можно назвать бесщеточными. Они работают от сети постоянного тока. Щеточный узел предназначен для электрического соединения цепей ротора и статора. Такая деталь наиболее уязвима и довольно сложна в обслуживании и ремонте.

Двигатель постоянного тока работает по тому же принципу, что и все синхронные устройства этого типа. Это замкнутая система, которая включает в себя силовой полупроводниковый преобразователь, датчик положения ротора и координатор.

Электродвигатели переменного тока

Такие устройства получают питание от сети переменного тока. Скорость вращения ротора и движение первой гармоники магнитной силы статора полностью совпадают. Этот подтип двигателя может использоваться на большой мощности. В эту группу входят устройства с шаговыми и струйными клапанами. Отличительной особенностью шаговых устройств является дискретное угловое смещение ротора при его работе. Силовые обмотки сформированы с использованием полупроводниковых компонентов.Электродвигатель клапана управляется последовательным перемещением ротора, что создает переключение его мощности с одной обмотки на другую. Это устройство можно разделить на одно-, трех- и многофазное, первое из которых может содержать пусковую обмотку или фазосдвигающую схему, а также запускаться вручную.

Принцип работы синхронного двигателя

Клапанный синхронный двигатель работает на основе взаимодействия магнитных полей ротора и статора. Схематично магнитное поле при вращении можно представить плюсами этих самых магнитов, которые движутся со скоростью магнитного поля статора.Также можно изобразить поле ротора в виде постоянного магнита, который вращается синхронно с полем статора. При отсутствии внешнего крутящего момента, который прилагается к валу аппарата, оси полностью совпадают. Ударные силы притяжения проходят по всей оси полюсов и могут компенсировать друг друга. Угол между ними равен нулю.

Если на вал машины воздействует тормозной момент, ротор перемещается вбок. Благодаря этому силы притяжения разделяются на составляющие, которые направлены вдоль оси положительных показателей и перпендикулярно оси полюсов.Если приложить внешний момент, создающий ускорение, то есть он начнет действовать в направлении вращения вала, картина взаимодействия полей полностью изменится. Направление углового смещения начинает трансформироваться в противоположное, и в связи с этим изменяется направление касательных сил и влияние электромагнитного момента. В этой ситуации двигатель начинает тормозить, и устройство работает как генератор, который преобразует механическую энергию вала в электрическую.Затем он перенаправляется в сеть, питающую статор.

Когда не будет внешнего, полюсный момент полюса начинает принимать положение, при котором оси полюсов магнитного поля статора будут совпадать с продольным. Такое размещение будет соответствовать минимальному сопротивлению потоку в статоре.

В случае удара по валу тормоза машины момент ротора отклоняется, при этом магнитное поле статора деформируется, так как поток стремится закрываться при наименьшем сопротивлении.Для его определения необходимы силовые линии, направленность которых в каждой из точек будет соответствовать движению силы, поэтому изменение поля приведет к появлению тангенциального взаимодействия.

Рассмотрев все эти процессы в синхронных двигателях, вы можете выявить наглядный принцип обратимости различных машин, то есть возможность любого электрического устройства изменять направление преобразованной энергии на противоположное.

Бесщеточные электродвигатели с постоянными магнитами

Клапанные электродвигатели с постоянными магнитами используются для решения серьезных оборонных и промышленных задач, так как такое устройство имеет большой запас мощности и КПД.

Эти устройства чаще всего используются в отраслях, где требуется относительно низкое энергопотребление и небольшие габариты. Они могут иметь самые разные габариты, без технологических ограничений. При этом большие устройства не являются полностью новыми, их чаще всего производят компании, которые стремятся преодолеть экономические трудности, ограничивающие ассортимент этих устройств.У них есть свои преимущества, среди которых можно отметить высокий КПД за счет потерь в роторе и большую удельную мощность. Для управления бесщеточными двигателями нужен частотно-регулируемый привод.

Анализ затрат и результатов показывает, что устройства с постоянными магнитами намного предпочтительнее других альтернативных технологий. Чаще всего их применяют на производствах с достаточно тяжелым графиком работы судовых двигателей, в военной и оборонной промышленности и других подразделениях, количество которых постоянно увеличивается.

Реактивный двигатель

Клапанный реактивный двигатель работает с использованием двухфазных обмоток, которые установлены вокруг диаметрально противоположных полюсов статора. Подача энергии движется к ротору в соответствии с полюсами. Таким образом, его противодействие полностью сводится к минимуму.

Двигатель с клапаном, сделанный вручную, обеспечивает высокоэффективную скорость привода с оптимизированным магнитным полем для работы с реверсом. Информация о местоположении ротора используется для управления фазами подачи напряжения, так как это оптимально для достижения постоянного и плавного крутящего момента и высокой эффективности.

Сигналы, генерируемые реактивным двигателем, накладываются на угловую ненасыщенную фазную индуктивность. Минимальное сопротивление полюса полностью соответствует максимальной индуктивности устройства.

Положительный момент можно получить только при поворотах при положительных показателях. На низких скоростях фазный ток должен быть ограничен, чтобы защитить электронику от высоких вольт-секунд.
Механизм трансформации можно проиллюстрировать линией реактивной энергии. Энергетическая сфера характеризует мощность, которая преобразуется в механическую энергию.В случае внезапного отключения избыточная или остаточная сила возвращается к статору. Минимальные показатели влияния магнитного поля на работоспособность устройства — его главное отличие от аналогичных устройств.

Что такое привод электродвигателя?

Электромоторные приводы широко различаются по конструкции и применению. Некоторые приводы с электродвигателями предназначены для работы только в двух положениях (полностью открытое или полностью закрытое).

Другие электродвигатели можно расположить между двумя положениями.Типичный привод электродвигателя показан на рисунке ниже. Его основные части включают электродвигатель, сцепление и коробку передач в сборе, ручной дублер и шток, соединенный с клапаном.

Примечание: Электромоторные приводы также называются клапанами с электроприводом (MOV)

Привод электродвигателя

Двигатель перемещает шток через редуктор. Двигатель меняет направление вращения, чтобы открыть или закрыть клапан. Сцепление и рычаг сцепления отсоединяют электродвигатель от редуктора и позволяют управлять клапаном вручную с помощью маховика.

Большинство приводов с электродвигателями оснащены концевыми выключателями, ограничителями крутящего момента или обоими. Концевые выключатели обесточивают электродвигатель, когда клапан достигает определенного положения.

Ограничители крутящего момента обесточивают электродвигатель, когда сила поворота достигает заданного значения. Сила поворота обычно наибольшая, когда клапан достигает полностью открытого или полностью закрытого положения. Эта функция также может предотвратить повреждение привода или клапана, если клапан заедает в промежуточном положении.

Преимущества приводов электродвигателей Электроприводы

обеспечивают высочайшую точность управления позиционированием. Их настройки масштабируются для любых целей или требований к силе, они бесшумны, плавны и воспроизводимы.

С точки зрения шума они тише, чем пневматические и гидравлические приводы, и, поскольку отсутствуют утечки жидкости, исключаются опасности для окружающей среды.

Недостатки приводов электродвигателей

Электрические приводы подходят не для всех сред, в отличие от пневматических приводов, которые безопасны во взрывоопасных и воспламеняющихся зонах.

Двигатель, работающий в непрерывном режиме, перегревается, что увеличивает износ редуктора.

.