Электрические двигатели переменного тока характеристики

Глава 3. Электромеханические свойства двигателей переменного тока

3.1. Общие сведения

Наиболее распространенными типами электродвигателей являются асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором, асинхронные двигатели с фазным ротором и синхронные двигатели (СД). Эти электродвигатели используются в нерегулируемых и регулируемых электроприводах.

Для нерегулируемых электроприводов характерно непосредственное включение электродвигателя в питающую сеть без промежуточных преобразователей электрической энергии (преобразователей частоты и регуляторов напряжения). Для нерегулируемых асинхронных короткозамкнутых электродвигателей обычно используются следующие функции управления: включение и отключение двигателя, реверсирование направления вращения, иногда электрическое торможение двигателя. Для приводов с синхронными двигателями кроме указанных функций необходимо также регулирование тока возбуждения. При использовании асинхронных двигателей с фазным ротором для обеспечения плавности пуска и снижения пусковых токов в цепь ротора на время пуска вводится добавочное сопротивление, величина которого ступенчато уменьшается по мере разгона двигателя.

Управление нерегулируемым приводом осуществляется чаще всего с помощью контактной аппаратуры управления и защиты. В последнее время для коммутации цепей обмоток асинхронных двигателей используются также бесконтактные аппараты — тиристорные пускатели. На рис.3.1 представлены схемы включения и реверсирования асинхронного к.з. двигателя с использованием контактной и бесконтактной аппаратуры.

При включении контактора КМ1 происходит пуск двигателя в направлении «вперед» (см. рис.3.1, а). Для изменения направления вращения двигателя необходимо поменять порядок чередования фаз на статорных обмотках. Поэтому для пуска двигателя в направлении «назад» включается контактор КМ2. При использовании бесконтактных тиристорных пускателей каждый полюс контактора заменяется двумя тиристорами, включенными встречно – параллельно. При подаче импульсов на управляющие электроды тиристоров VS11, VS12, VS13 двигатель включается в направлении «вперед». При подаче импульсов на управляющие электроды тиристоров VS21, VS12, VS23 двигатель включается с обратным направлением вращения. Защита от токов короткого замыкания и от перегрузки осуществляется автоматическим выключателем QF.

Основной характеристикой нерегулируемого электропривода являются номинальные данные приводного электродвигателя, т.е. те данные, которые относятся к основному расчетному режиму работы двигателя. Номинальная мощность определяется как мощность на валу двигателя, на которую он рассчитан по условиям нагревания в длительном режиме работы или в том режиме, для которого этот двигатель предназначен. К номинальным данным относятся также частота и напряжение питания, скорость вращения, ток в обмотках, КПД и cosφ, соответствующие номинальному режиму работы.

3.2. Электромеханические свойства асинхронных двигателей

3.2.1. Принцип работы асинхронного двигателя

Наиболее распространенными электрическими двигателями в промышленности, сельском хозяйстве и во всех других сферах применения являются асинхронные двигатели. Можно сказать, что они являются основным средством преобразования электрической энергии в механическую.

Асинхронный двигатель является трехфазной индукционной электрической машиной переменного тока. На статоре двигателя располагаются три распределенные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 120 0 , если число пар полюсов машины , как это показано на рис.3.2, а. Если число пар полюсов (р_п), образуемых обмотками, более одного, то соответственно увеличивается число секций обмотки, и они будут сдвинуты геометрически друг относительно друга уже не на 120 0 , а на .

Фазные статорные обмотки асинхронного двигателя соединяют в звезду (рис.3.2, б) или в треугольник (рис.3.2, в). Обычно асинхронные двигатели малой и средней мощности сконструированы на номинальное напряжение 380/220В. При этом, если напряжение питания 380 В, то обмотки соединяют в звезду (), если напряжение питания 220 В, то обмотки соединяют в треугольник (Δ). В обоих случаях напряжение, прикладываемое к фазной обмотке статора двигателя, равно 220 В.

Работа асинхронного двигателя основана на формировании силового электромагнитного поля статора. Благодаря пространственному сдвигу обмоток на градусов и временному сдвигу трех фаз напряжения, прикладываемого к обмоткам, (фазы напряженийU_A, U_B, и U_С сдвинуты на 120 электрических градусов — радиан), результирующий вектор магнитодвижущих сил, создаваемых токами в обмотках двигателя, равномерно перемещается по окружности расточки статора со скоростью

, (3.1)

где: f₁ – частота синусоидального тока в обмотках статора;

р_п – число пар полюсов машины.

Поскольку воздушный зазор равномерен, машина симметрична и обмотки статора равномерно распределены, магнитодвижущие силы создают магнитный поток, результирующий вектор которого вращается в пространстве со скоростью . Принцип образования вращающегося магнитного поля в обмотках статора можно уяснить из рассмотрения рис.3.3. На рис.3.3,а представлена эпюра системы трехфазных токов, протекающих по обмоткам статора (мгновенные значения токов в обмотках фаза, в и с в зависимости от времени ). Рассмотрим положение в пространстве результирующего вектора м.д.с. статора в момент времениt₁.

.

Вектор м.д.с. обмотки а направлен по оси «а» в положительном направлении и равен 0,5I_а.максw; вектор м.д.с. обмотки с направлен по оси «с» в положительном направлении и равен 0,5I_с.максw. Сумма векторов направлена по оси «в» в отрицательном направлении; с этой суммой складывается вектор м.д.с. обмотки «в», равный_в.макс. Сумма этих векторов образует пространственный вектор , пропорциональный величине 3/2I_макс и занимающий пространственное положение, как показано на рис.3.3,б.

По прошествии времени (при частоте 50 Гц черезс.) наступит момент времениt₂, при котором вектор м.д.с. обмотки «а» имеет максимальное положительное значение, а векторы м.д.с. обмоток «в» и «с» – половинное отрицательное значение. Результирующий вектор м.д.с.займет в этот момент положение, показанное на рис. 3.3,б, т.е. переместится по отношению к предыдущему положениюна пространственный угол 60 0 по часовой стрелке. Нетрудно убедиться, что в момент времени t₃ результирующий вектор м.д.с. обмоток статора займет положение, т.е. будет продолжать перемещаться в пространстве по часовой стрелке. За время периода питающего напряжения результирующий вектор м.д.с.совершит полный оборот по часовой стрелке, занимая далее последовательно положение.

Предоставляем читателю самому убедиться, что при изменении порядка чередования фаз напряжения, подводимого к обмоткам двигателя (если, например, поменяем местами фазы В и С на рис.3.2,б,в), результирующий вектор потокосцепления будет вращаться против часовой стрелки, т.е. изменится направление вращения магнитного поля, образуемого токами в обмотках статора.

Если число пар полюсов двигателя больше единицы, то увеличивается число секций обмоток, располагаемых по окружности статора. Так, если число пар полюсов р_п=2, то все три фазные обмотки расположены на одной половине окружности статора, соответственно и на второй его половине. В этом случае за время одного периода питающего напряжения вектор м.д.с. статора пройдет половину окружности, т.е. повернется на 180 геометрических градусов, и скорость вращения магнитного поля статора будет вдвое меньше, чем у машин ср_п=1. Следовательно, скорость вращения магнитного поля статора (ее также называют синхронной скоростью) обратно пропорциональна числу пар полюсов машины и будет в согласно (3.1) соответствовать значениям, указанным в табл. 3.1.

Зависимость скорости вращения асинхронных двигателей от числа пар полюсов

Число пар полюсов

Угловая скорость электромагнитного поля статора , 1/с

Синхронная скорость вращения асинхронного двигателя , об/мин

Примерная номинальная скорость вращения двигателя, об/мин

Особенности электродвигателей переменного тока

Большинство промышленных и профессиональных механизмов и оборудования использует электродвигатели трехфазные, что обуславливает применение в рабочих органах двигателей переменного тока, которые существенно отличаются своими характеристиками от двигателей постоянного тока.

Особенности двигателей переменного тока

Несмотря на то, что двигатели постоянного тока имеют больший пусковой момент и более легкое управление характеристиками, они получили меньшее распространение, вернее, более узкую специализацию. Двигатели переменного тока получили широкое распространение из-за более высокого КПД и значительно меньших габаритных размеров при сохранении условной мощности, что существенно снижает себестоимость машины. При этом двигатели переменного тока отличаются повышенной надежностью и более длительным сроком эксплуатации.

Но, такие двигатели имеют и несколько негативных моментов:

• Пусковой момент «мотора» значительно меньший, что требует для раскручивания вала большого начального тока, что приводит к значительным нагрузкам электросети и колебаниям тока.
• Проблематичная (слабая) регулировка частоты вращения двигателя, что значительно сужает их область применения.

Конструктивно существует два вида двигателей переменного тока:

• С коллекторным (имеет кольцевую контактную группу) или фазным ротором, имеющим обмотку, за счет которой расширяются возможности регулирования пускового момента и частоты вращения вала.
• С короткозамкнутым ротором, не имеющего контактной группы, что упрощает конструкцию и повышает надежность двигателя, но осложняет регулировку пускового момента и частоты вращения вала.

Также двигатели переменного тока разделяют на:

• Синхронные, имеющие свои конструктивные особенности и обладающие более мягкими характеристиками регулирования, но требующие специализированного пуска.
• Асинхронные, имеющие простую конструкцию короткозамкнутого ротора, за счет чего получили обширное применение.

Главные параметры асинхронного двигателя

Вращающий момент на валу двигателя асинхронного типа возникает из-за разницы частоты вращения ротора и частоты магнитного поля статора. Это отношение принято называть скольжением, которое в момент пуска (ток подан, а вал еще стоит) соответствует S = 1 (100%), а при раскручивании вала до оборотов холостого тока – около S = 0,05 (5%).

Асинхронные двигатели часто выполняю функцию генератора или тормоза, при которой изменение отношения частоты вращения ротора к магнитному полю статора происходит в обратном торможении, что соответствует отрицательному скольжению.

Столь значительные колебания скольжения и объясняют пиковые перегрузки электросети в момент пуска. При этом момент вращения на валу пропорционален квадрату электрического напряжения в сети, что влечет за собой зависимость момента от номинального напряжения, т.е. падение напряжения в сети уменьшает момент на валу. Такая зависимость обязует нормирование напряжение в сети, которое не должно отличаться на более, чем 10%.

Выделяют естественные и искусственные механические характеристики асинхронных двигателей:

• Асинхронный двигатель работает с естественной характеристикой только при номинальных параметрах электрической сети, а в цепях статора и ротора нет дополнительных регулирующих элементов.
• Искусственные механические характеристики возникают у двигателя при подключении цепей управления для регулирования моментом и частотой вращения вала.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Легкость преобразования напряжения переменного тока сделала его наиболее широко используемым в электроснабжении. В сфере конструирования электродвигателей открылось другое достоинство переменного тока: возможность создания вращающегося магнитного поля без дополнительных преобразований или с их минимальным количеством.

Поэтому, даже несмотря на определенные потери из-за реактивного (индуктивного) сопротивления обмоток, простота создания электродвигателей переменного тока внесла свой вклад в победу над электроснабжением постоянным током в начале XX века.

Принципиально электродвигатели переменного тока можно разделить на две группы:

B них вращение ротора отличается по скорости от вращения магнитного поля, благодаря чему они могут работать на самых разных оборотах. Этот тип электродвигателей переменного тока наиболее распространен в наше время. Синхронные

Эти двигатели имеют жесткую связь оборотов ротора и скорости вращения магнитного поля. Они сложнее в производстве и менее гибки в применении (изменение оборотов при фиксированной частоте питающей сети возможно только изменением числа полюсов статора).

Они находят применение только на высоких мощностях в несколько сотен киловатт, где их больший по сравнению с асинхронными электродвигателями КПД значительно снижает тепловые потери.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА АСИНХРОННЫЙ

Наиболее распространенный тип асинхронного двигателя – это электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличья клетка», где в наклонные пазы ротора уложен набор токопроводящих стержней, с торцов соединенных кольцами.

История этого типа электродвигателей насчитывает более сотни лет, когда было замечено, что токопроводящий предмет, помещенный в зазор сердечника электромагнита переменного тока, стремится вырваться из него за счет возникновения в нем ЭДС индукции с противонаправленным вектором.

Таким образом, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет каких-либо механических контактирующих узлов, кроме опорных подшипников ротора, что обеспечивает моторам такого типа не только низкую цену, но и высочайшую долговечность.

Благодаря этому электродвигатели такого типа стали наиболее распространенными в современной промышленности.

Однако им присущи и определенные недостатки, которые приходится учитывать при проектировании асинхронных электродвигателей подобного типа:

Высокий пусковой ток – так как в момент включения асинхронного бесколлекторного электродвигателя в сеть на реактивное сопротивление обмотки статора еще не влияет магнитное поле, создаваемое ротором, возникает сильный бросок тока, в несколько раз превосходящий номинальный ток потребления.

Эту особенность работы двигателей подобного типа необходимо закладывать во все проектируемое электроснабжение во избежание перегрузок, особенно при подключении асинхронных электродвигателей к мобильным генераторам с ограниченной мощностью.

Низкий пусковой момент – электродвигатели с короткозамкнутой обмоткой имеют ярко выраженную зависимость крутящего момента от оборотов, поэтому их включение под нагрузкой крайне нежелательно: значительно увеличиваются время выхода на номинальный режим и пусковые токи, обмотка статора перегружается.

Так, например, происходит при включении глубинных насосов – в электроцепях их питания приходится учитывать пяти-семикратный запас по току.

Невозможность непосредственного запуска в цепях однофазного тока — для того, чтобы ротор начал вращаться, необходим стартовый толчок либо введение дополнительных фазных обмоток, сдвинутых по фазе друг относительно друга.

Для запуска асинхронного электродвигателя переменного тока в однофазной сети используется либо вручную коммутируемая пусковая обмотка, отключаемая после раскрутки ротора, либо вторая обмотка, включенная через фазовращательный элемент (чаще всего – конденсатор необходимой емкости).

Отсутствие возможности получения высокой частоты вращения — хотя вращение ротора и не синхронизировано с частотой вращения магнитного поля статора, но и не может его опережать, поэтому в сети 50 Гц максимальные обороты для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором – не более 3000 об/мин.

Увеличение частоты вращения асинхронного двигателя требует применения частотного преобразователя (инвертора), что делает такую систему дороже, чем коллекторный двигатель. Кроме того, при увеличении частоты возрастают реактивные потери.

Трудность организации реверса — для этого необходима полная остановка двигателя и перекоммутация фаз, в однофазном варианте – смещение фазы в пусковой или второй фазной обмотке.

Фактически цепь, состоящую из трехфазных генератора и электромотора, можно рассматривать как пример электро трансмиссии: привод генератора создает в нем вращающееся магнитное поле, преобразуемое в колебания электрического тока, в свою очередь возбуждающего вращение магнитного поля в электродвигателе.

Кроме того, именно при трехфазном питании асинхронные электродвигатели имеют наибольший КПД, так как в однофазной сети создаваемое статором магнитное поле по сути может быть разложено на два противофазных, что увеличивает бесполезные потери на перенасыщение сердечника. Поэтому мощные однофазные электродвигатели как правило выполняются по коллекторной схеме.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА КОЛЛЕКТОРНЫЙ

В электромоторах данного типа магнитное поле ротора создается фазными обмотками, подключенными к коллектору. Фактически коллекторный двигатель переменного тока отличается от двигателя постоянного тока только тем, что в его расчет заложено реактивное сопротивление обмоток.

Преимущества данного типа двигателей очевидны:

Возможность работы на высоких оборотах позволяет создавать коллекторные электромоторы с частотой вращения до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту, знакомые всем по электрическим бормашинам.

Отсутствие необходимости в дополнительных пусковых устройствах в отличие от двигателей с короткозамкнутым ротором.

Высокий пусковой момент, что ускоряет выход на рабочий режим, в том числе и под нагрузкой. Более того, крутящий момент коллекторного электродвигателя обратно пропорционален оборотам и при росте нагрузки позволяет избежать просадки частоты вращения.

Легкость управления оборотами — так как они зависят от напряжения питания, для регулировки частоты вращения в широчайших пределах достаточно иметь простейший симисторный регулятор напряжения. При отказе регулятора коллекторный двигатель может быть включен в сеть напрямую.

Меньшая инерция ротора — он может быть выполнен гораздо более компактным, чем при короткозамкнутой схеме, благодаря чему и сам коллекторный двигатель становится заметно меньше.

По этим причинам коллекторные двигатели широко распространены во всех однофазных потребителях, где необходимо гибкое регулирование оборотов:

• в ручном электроинструменте;
• пылесосах;
• кухонной технике и так далее.

Однако ряд конструктивных особенностей определяет специфику эксплуатации коллекторного электродвигателя:

Неизбежное искрение между коллектором и щетками (причина появления всем знакомого запаха озона при работе коллекторного электродвигателя) не только дополнительно снижает ресурс, но и требует повышенных мер безопасности при работе из-за вероятности воспламенения горючих газов или пыли.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Что такое ротор и статор в электродвигателе

В быту, коммунальном хозяйстве, на любом производстве двигатели электрические являются неотъемлемой составляющей: насосы, кондиционеры, вентиляторы и пр. Поэтому важно знать типы наиболее часто встречающихся электродвигателей.

Электродвигатель является машиной, которая преобразует в механическую энергию электрическую. При этом выделяется тепло, являющееся побочным эффектом.

Видео: Классфикация электродвигателей

Все электродвигатели разделить можно на две большие группы:

• Электродвигатели постоянного тока
• Электродвигатели переменного тока.

Электродвигатели, питание которых осуществляется переменным током, называются двигателями переменного тока, которые имеют две разновидности:

• Синхронные – это те, у которых ротор и магнитное поле питающего напряжения вращаются синхронно.
• Асинхронные. У них отличается частота вращения ротора от частоты, создаваемого питающим напряжением магнитного поля. Бывают они многофазными, а также одно-, двух- и трехфазными.
• Электродвигатели шаговые отличаются тем, что имеют конечное число положений ротора. Фиксирование заданного положения ротора происходит за счет подачи питания на определенную обмотку. Путем снятия напряжения с одной обмотки и передачи его на другую осуществляется переход в другое положение.

К электродвигателям постоянного тока относят те, которые питаются постоянным током. Они, в зависимости от того, имею или нет щёточно-коллекторный узел, подразделяются на:

Коллекторные также, в зависимости от типа возбуждения, бывают нескольких видов:

• С возбуждением постоянными магнитами.
• С параллельным соединением обмоток соединения и якоря.
• С последовательным соединением якоря и обмоток.
• Со смешанным их соединением.

Электродвигатель постоянного тока в разрезе. Коллектор со щетками – справа

Какие электродвигатели входят в группу «электродвигатели постоянного тока»

Как уже говорилось, электродвигатели постоянного тока составляют группу, в которую входят коллекторные электродвигатели и бесколлекторные, которые выполнены в виде замкнутой системы, включающей датчик положения ротора, систему управления и силовой полупроводниковый преобразователь. Принцип работы бесколлекторных электродвигателей аналогичен принципу работы двигателей асинхронных. Устанавливают их в бытовых прибора, например, вентиляторах.

Электродвигатель постоянного тока

Электродвигатель — это двигатель, служащий для преобразования электрической энергии в механическую.
Основная часть электродвигателя — это контур (рамка, катушка) с током, расположенный в сильном магнитном поле (рис. 1). На контур в магнитном поле действует вращающий момент, в результате чего контур поворачивается и останавливается в положении равновесия, т.е. в положении, в котором его магнитный момент направлен параллельно магнитной индукции (

vec p_mupuparrows vec B) (плоскость контура перпендикулярна линиям индукции магнитного поля). Если при прохождении контура через положение равновесия направление тока изменится на противоположное, то изменится и направление магнитного момента. Пройдя по инерции положение равновесия, контур сделает еще пол-оборота. Если периодически изменять направление тока, то контур придет во вращательное движение. Изменение направления тока осуществляется автоматически с по-мощью устройства, которое называется коллектором. Коллектор со-стоит из двух металлических полуцилиндров, к которым присоединены концы контура. Через них и скользящие контакты (щетки) контур присоединяют к источнику тока.

Наибольший момент действует на контур, плоскость которого параллельна магнитной индукции (vec B). Следовательно, если расположить два контура перпендикулярно друг к другу и вывести их концы на четверть-кольцевой коллектор (рис. 2), то вращающий момент резко возрастет и увеличится плавность хода подвижной части двигателя (ротора).

В промышленных двигателях магнитное поле создается обмоткой электромагнита; в роторе делают пазы, в которые укладывают много витков одной секции (вместо рамки); различные секции уложены под углом друг к другу, и их концы выведены на противоположные бока коллектора, к которому прижимаются щетки, соединенные с источником тока. От источника тока напряжение подается в электромагниты статора (неподвижной части двигателя). По каждой секции идет ток только тогда, когда ее пластины касаются щеток, т.е. когда плоскость этой секции параллельна вектору магнитной индукции. При этом секции поочередно создают самый большой вращающий момент.

Магнит или электромагнит, который создает магнитное поле, называют часто индуктором, а рамку (обмотку), через которую про-пускают электрический ток, — якорем.

Основной рабочей характеристикой электродвигателя является вращающий момент М

, создаваемый на валу двигателя силой Ампера, действующей на обмотки якоря:
(

2FrN = 2IBlrN ,)
где I

— сила тока в обмотке,
В
— индукция магнитного поля,
l
— длина проводника,
r
— радиус ротора,
N
— число витков в обмотке.

Такие двигатели постоянного тока используют на транспорте (в электровозах, трамваях, троллейбусах), на подъемных кранах, во многих бытовых электрических устройствах (электробритвы, магнитофоны и др.).

С помощью электродвигателя постоянного тока — стартера — осуществляется запуск двигателя автомобиля.

Что собой представляет коллекторный электродвигатель

Длина электродвигателя постоянного тока зависит от класса. Например, если речь идет о двигателе 400 класса, то его длина составит 40 мм. Отличием коллекторных электродвигателей от бесколлектрных собратьев является простота в изготовлении и эксплуатации, следовательно, и стоимость его будет более низкой. Их особенность — наличие щеточно-коллекторного узла, при помощи которого осуществляется соединение цепи ротора с расположенными в неподвижной части мотора цепями. Состоит он из расположенных на роторе контактов – коллектора и прижатых к нему щеток, расположенных вне ротора.

Используют эти электродвигатели в радиоуправляемых игрушках: подав на контакты такого двигателя напряжение от источника постоянного тока (той же батарейки), вал приводится в движение. А, чтобы изменить его направление вращения, достаточно изменить полярность, подаваемого напряжения питания. Небольшой вес и размеры, низкая цена и возможность восстановления щеточно-коллекторного механизма делают эти электродвигатели наиболее используемыми в бюджетных моделях, несмотря на то, что он значительно уступает по надежности бесколлекторному, поскольку не исключено искрение, т.е. чрезмерный нагрев подвижных контактов и их быстрый износ при попадании пыли, грязи или влаги.

На коллекторный электродвигатель нанесена, как правило, маркировка, указывающая на число оборотов: чем оно меньше, тем скорость вращения вала больше. Она, к слову, очень плавно регулируется. Но, существуют и двигатели этого типа высокооборотистые, не уступающие бесколлекторным.

Преимущества и недостатки бесколлекторных электродвигателей

В отличие от описанных, у этих электродвигателей подвижной частью является статор с постоянным магнитом (корпус), а ротор с трехфазной обмоткой – неподвижен.

К недостаткам этих двигателей постоянного тока отнести можно менее плавную регулировку скорости вращения вала, но зато они способны за доли секунды набрать максимальные обороты.

Бесколлекторный электродвигатель помещен в закрытый корпус, поэтому он более надежен при неблагоприятных условиях эксплуатации, т.е. ему не страшны пыль и влага. К тому же, его надежность возрастает благодаря отсутствию щеток, как и скорость, с которой вращается вал. При этом, по конструкции мотор более сложен, следовательно, не может быть дешевым. Стоимость его в сравнении с коллекторным, выше в два раза.

Таким образом, коллекторный электродвигатель, работающий на переменном и на постоянном токе, является универсальным, надежным, но более дорогим. Он и легче, и меньше по размерам двигателя переменного тока той же мощности.

Поскольку электродвигатели переменного тока, питающиеся от 50 Гц (питание промышленной сети) не позволяют получать высокие частоты (выше 3000 об/мин), при такой необходимости, используют коллекторный двигатель.

Между тем, его ресурс ниже, чем у асинхронных электродвигателей переменного тока, который зависит от состояния подшипников и изоляции обмоток.

Как работает синхронный электродвигатель

Синхронные машины применяют часто в качестве генераторов. Он синхронно работают с частотой сети, поэтому он с датчиком положения инвертора и ротора, является электронным аналогом коллекторного электродвигателя постоянного тока.

Строение синхронного электродвигателя

Свойства

Эти двигатели не являются механизмами самозапускающимися, а требуют внешнего воздействия для того, чтобы набрать скорость. Применение они нашли в компрессорах, насосах, прокатных станках и подобном оборудовании, рабочая скорость которого не превышает отметки пятьсот оборотов в минуту, но требуется увеличение мощности. Они достаточно большие по габаритам, имеют «приличный» вес и высокую цену.

Запустить синхронный электродвигатель можно несколькими способами:

• Используя внешний источник тока.
• Пуск асинхронный.

В первом случае, с помощью мотора вспомогательного, в качестве которого выступать может электродвигатель постоянного тока или индукционный трехфазный мотор. Изначально ток постоянный на мотор не подается. Он начинает вращаться, достигая близкой к синхронной скорости. В этот момент подается постоянный ток. После замыкания магнитного поля, разрывается связь с вспомогательным двигателем.

Во втором варианте необходима установка в полюсные наконечники ротора дополнительной короткозамкнутой обмотки, пересекая которую магнитное вращающееся поле индуцирует токи в ней. Они, взаимодействуя с полем статора, вращают ротор. Пока он не достигнет синхронной скорости. С этого момента крутящий момент и ЭДС уменьшаются, магнитное поле замыкается, сводя к нулю крутящий момент.

Эти электродвигатели менее чувствительны, чем асинхронные, к колебаниям напряжения, отличаются высокой перегрузочной способностью, сохраняют неизменной скорость при любых нагрузках на валу.

Что из себя представляет электродвигатель

Говоря техническим языком, электродвигатель является элементом, который преобразует электричество в механическую энергию, что приводит в движение весь механизм. Поэтому двигатель и называют главным составляющим. Давайте же разберемся подробнее, для чего нужен электродвигатель, из чего он состоит и как работает.Первые модели были произведены еще в 19 ст. Но перед этим была четко сформулирована цель – получить механическую энергию для передвижения и других действий с помощью электричества.

Разберемся, из чего состоит электродвигатель. Главными элементами считаются статор – неподвижная часть (корпус) и ротор – подвижная часть механизма. Помимо этого, в состав двигателя входят еще десятки мелких деталей, таких как подшипники, обмотка из медной проволоки и так далее. На этой странице можно посмотреть все электрические характеристики электродвигателей.

Теперь давайте рассмотрим виды электрических двигателей. В основном они классифицируются по типу питания – это двигатели постоянного тока и переменного, и по принципу работы – синхронные и асинхронные. Двигатели постоянного тока так называются, так как работают от различных блоков питания, аккумуляторов и прочих батарей. Переменного, потому что соединяются напрямую с электрической сетью.

Синхронные механизмы имеют обмотки на роторе и подают на них напряжение для работы двигателя. Асинхронные – не имеют данных компонентов. Поэтому скорость вращения будет заметно медленнее, так отсутствует магнитное поле, созданного в статоре.

Как работает и что делает электродвигатель

Когда механизм соединяется с источником питания, на обмотке возникает магнитное поле, которое и вращает ротор в статоре. Это происходит по закону Ампера. Ведь создается отталкивающая сила, способная вращать вал и приводить в движение другие детали. Частота оборотов ротора напрямую зависит от частоты приходящего на витки электричества, а также от количества пар магнитных полюсов. Кстати, название данной разновидности пошло от того факта, что скорость вращения ротора различалась с частотой оборотов магнитного поля, то есть эти показатели были асинхронными.

Синхронные же двигатели немного отличаются строением ротора. В таком типе электродвигателей, ротор играет роль магнита, который и создает поле для вращения. Здесь магнитное поле статора и сам ротор вращаются с одинаковой частотой. Но есть один, очень значимый минус. Чтобы запустить синхронный электродвигатель, нужно воспользоваться помощью асинхронного. Ведь после простого подключения механизма к сети, ничего не произойдет.

К этому недостатку можно прибавить низкую скорость оборотов. К примеру, если взять асинхронный и синхронный двигатели и подключить их к источнику электричества одинакового напряжения, то первый тип будет вращаться заметно быстрее второго.