Avtonova37.ru

Авто мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем отличаются двигатели переменного тока от двигателей постоянного тока

Под электродвигателем понимается устройство, которое применяется для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного элемента электрической машины. Процесс преобразования преимущественно основан на взаимодействии магнитных полей обмоток основных элементов двигателя – ротора и статора. Данные электромашины нашли широкое применение во многих промышленных сферах как элементы приводов электрического транспорта и электрического инструмента, в устройствах автоматизации и т.п.

В настоящее время существует достаточно большое число различных видов электрических двигателей, которые отличаются друг от друга принципом действия, конструкцией и другим параметрам. Рассмотрим наиболее распространенные типы электродвигателей.

По принципу работы выделяют магнитоэлектрические и гистерезисные электродвигатели. Гистерезисные электродвигатели не получили широкого распространения ввиду своей дороговизны и низкого коэффициента полезного действия (КПД), хотя они имели достаточно простую конструкцию и высокие пусковые характеристики. В настоящее время в основном выпускают магнитоэлектрические электродвигатели.

По типу питающего напряжения принято разделять электрические двигатели на те, которые работают от постоянного тока, от переменного тока и универсальные электродвигатели.

По своей конструкции электрические двигатели делятся на устройства с горизонтально или вертикально расположенным валом.

Существуют еще достаточно большое число классификаций (например, по назначению, климатическому исполнению, степени защиты и т.п.), но наиболее важными являются классификации, приведенные выше.

На рисунке показана полная классификация электрических двигателей.

Синхронные и асинхронные электродвигатели

Синхронные и асинхронные электромоторы имеют общие условия для своей работы. Для этого необходимо магнитное поле, максимальная величина которого перемещается в пространстве. Такое поле может быть создано двумя или большим числом обмоток. Обычные конструкции синхронных и асинхронных электромоторов содержат две или три обмотки.

Они размещаются на массивных ферримагнитных сердечниках, усиливающих магнитное поле. Для трёх обмоток применяется трёхфазное напряжение, для двух обмоток – двухфазное или одна фаза с фазосдвигающим конденсатором. Но с таким конденсатором к однофазной сети можно подключить и трёхфазные двигатели.

Если ротор электромотора создаёт постоянное магнитное поле, либо от постоянных магнитов, либо от встроенного в ротор источника питания постоянного тока, либо от внешнего источника питания постоянного тока через кольца со щётками такой двигатель является синхронным. В нём частота оборотов и частота напряжения источника питания одинаковы. В асинхронных двигателях используется немагнитный ротор без явно выраженных полюсов, колец со щётками, встроенных выпрямителей и комбинированных деталей из различных материалов. Исключением является синхронный гистерезисный двигатель.

Ротор асинхронного двигателя работает как вторичная обмотка трансформатора, которая замкнута накоротко. Но ток в его роторе может возникнуть только при более медленном вращении в сравнении с магнитным полем статора. Такое различие скоростей называется скольжением. Простота конструкции и соответствующая надёжность делают асинхронный электромотор наиболее широко используемым.

Энергетическая диаграмма.

Энергетический процесс рассмотрим на примере двигателя параллельного возбуждения с помощью энергетической диаграммы (рис.2). Двигатель потребляет из сети мощность P1=U(Ia+Iв). Часть этой мощности тратится на покрытие потерь на возбуждение ?Pв=UIв и потери в цепи якоря ?Рэ=Ia 2 ?r.

Рис. 2 — Энергетическая диаграмма

Оставшаяся часть мощности представляет собой электромагнитную мощность якоря Pэм, которая преобразовывается в полную механическую мощность

Полезная механическая мощность P2, отдаваемая двигателем рабочему механизму, меньше мощности Pэм на величину потерь холостого хода ?Pо, включающих потери в стали якоря ?Pст и механические потери Pмех (трение в подшипниках, вентиляционные и т.д.)

Читать еще:  В систему охлаждения двигателя попало моторное масло что делать

Полезная мощность P2 обозначается на заводском щитке машины.

Аналогично происходит энергетический процесс в двигателях других типов.

Расчет цепи

Основная цель расчета — определение на отдельных участках цепи:

  • напряжения;
  • силы тока;
  • мощности и угла сдвига фаз.

В простых случаях, когда в цепи присутствует только резистивная нагрузка, неудобный для расчетов переменный ток заменяют так называемым действующим значением. Это постоянный ток, эквивалентный данному переменному, то есть выделяющий то же количество тепла.

Для синусоидальных переменных тока и напряжения, справедливы выражения:

  • I = Imax / корень из 2 = Imax / 1.41;
  • U = Umax / корень из 2 = Umax / 1.41;
  • где I и U — действующие значения, соответственно, тока и напряжения;
  • Imax и Umax — амплитуды тока и напряжения, то есть их максимальные отклонения от нуля.

Стандартное напряжение в бытовой электросети 210-230 В — это действующее значение. Реальное значение колеблется в пределах от -296 до 296 В (210 В) или от -324 до 324 В (230 В).

Аналогично, когда говорят, что прибор мощностью 2,2 кВт потребляет ток в 10 А, подразумевают действующее значение, тогда как реальная его величина колеблется в пределах от -14 до 14 А.

График синусоидального переменного тока

Задача усложняется при наличии в комплексе таких элементов:

  • катушки индуктивности: возникают ЭДС само- и взаимоиндукции;
  • конденсаторы: появляются токи – зарядные и разрядные.

Под влиянием этих процессов напряжение и ток сдвигаются по фазе друг относительно друга, разница составляет 90 градусов, при этом в системах:

  • с индуктивностью – U опережает I;
  • с конденсаторами – напряжение отстает от тока.

В подобных цепях действуют те же законы, что и в цепях постоянного тока, но заменить переменные напряжения и ток на действующие значения нельзя, существует два пути:

  1. оперирование мгновенными значениями переменных величин;
  2. запись их в векторной (комплексной) форме.

В первом варианте приходится иметь дело с тригонометрическими уравнениями, поскольку мгновенные значения тока и других параметров выражаются через функцию «sin(ωt)», где ω — угловая частота вращения ротора генератора, t — время. Решение таких уравнений отличается сложностью, потому этот путь непопулярен. Векторными величинами оперировать проще.

Этот метод называют символическим. При составлении уравнений, векторы записывают в виде комплексных чисел, задаваясь условным положительным направлением для тока, напряжения и ЭДС.

В алгебраической форме комплексное число выглядит так A = a + jb, где:

  • А — действительная (вещественная) часть;
  • j — мнимая единица;
  • b — мнимая часть.

Букву, выражающую электрический параметр, в комплексной записи подчеркивают. Для проверки правильности расчета цепи составляют баланс активной и реактивной мощностей.

Современная нам маркировка электродвигателей

Есть несколько пунктов, что принято отображать в типовой маркировке:

  • марка или тип оборудования;
  • особенности;
  • полезная длина вала;
  • установочные габариты;
  • длина сердечника;
  • число полюсов;
  • модификация;
  • на какой климат расчитан.

Ниже возможная расшифровка обозначений:

Для асинхронных моторов картина будет выглядеть следующим образом:

Возможны указания пыле- влагозащищенности (по стандарту IP), где первая цифра указывает на защиту о пыли, а вторая – от воды. Оба значения от 0 до 8.

Обязательно указание на монтажные особенности. То есть крепится электродвигатель на лапах или при помощи фланцев, как нужно ориентировать вал и т.д.

Если в начала маркировки стоит литер В, то это означает взрывозащищенное исполнение.

В таком случае в комплекте сопроводительных документах обязательно наличие сертификата, где проставлен класс защиты, ее вид и сферу применения.

В подобной ситуации стандарт маркировке может меняться и представлять следующую форму:

Читать еще:  Вибрация на холостых оборотах сузуки гранд витара двигатель j20a

Для тяговых крановых электродвигателей есть своя система обозначений.

Вот пример таблички асинхронной электрической машины.

Анализ подтверждает утверждать следующее:

  • АИР – тип асин. машины;
  • 80 – вылет вала;
  • А – установочный габарит;
  • 4 – количество пар полюсов;
  • У– исполнение для умеренных широт;
  • 3 – предназначен для эксплуатации в помещении.

Мощность 1,1 кВт, скорость вращения 1420 об/мин. В зависимости от способа коммутации обмоток питающее напряжение 220 или 380 В.

Ток потребления в зависимости от питающего напряжения 4,9/2,8А. IP54 – это степень защиты, производитель – республика Беларусь.

Двигатель подключается через клеммную коробку (коробка БРНО). В ней на диэлектрической панели выведены обмотки.

Соответственно мы видим старое и принятое теперь обозначения. Комбинируя, можно коммутировать обмотки треугольником или звездой.

Соединяя U1, V1, W1 (начала) получаем звезду, а используя последовательность U1 c W2, V1 c U2, W1 c V2 — треугольник.

§ 8.1. Устройство машин постоянного тока

Основными частями машины постоянного тока (рис. 8.1) являются: неподвижная часть — станина, вращающийся ротор-якорь и два подшипниковых щита.

Рис. 8.1. Разрез четырехполюсной машины постоянного тока:
1— станина; 2 — главный полюс; 3 — дополнительный полюс; 4— якорь; 5 — коллектор; 6 — щетки

Станина — из литой стали; с внутренней ее стороны укреплены сердечники полюсов электромагнитов, выполненные из тонких листов стали, изолированных друг от друга лаковой пленкой или тонкими листами бумаги. На сердечники надеты катушки из изолированной медной проволоки, являющиеся обмоткой возбуждения ма шины.

Рис. 8.2. Якорь машины постоянного тока
Станина машины служит замыкающей частью — ярмом магнитопровода.

Ротор машины, называемый в машинах постоянного тока якорем (рис. 8.2), представляет собой цилиндрическое тело, собранное (так же как фазный ротор асинхронных двигателей) из тонких штампованных листов стали. Одно целое с якорем составляет коллектор — полая втулка, на которой укреплены медные пластины клинообразного сечения, изолированные одна от другой и от втулки коллектора прокладками из миканита (изделие из слюды). В пазах якоря размещается обмотка. Концы ее припаивают к пластинам коллектора.
На внешнюю поверхность коллектора накладываются щетки, прикрепленные при помощи траверсы к неподвижной части машины. При вращении якоря вращается также и коллектор, а щетки скользят по его поверхности, оставаясь неподвижными. Вал якоря вращается в подшипниках, закрепленных в щитах.

Рис. 8.3. Упрощенная модель генератора постоянного тока

Рис. 8.4. Кривая выпрямления коллектором переменного напряжения при одной катушке на якоре генератора

На упрощенной схеме рис. 8.3 изображен между двумя магнитами вращающийся виток обмотки якоря 3. Нетрудно уяснить назначение и принцип действия коллектора. Концы обмотки якоря соединены с двумя пластинами коллектора 1, по которому скользят две щетки 2. При вращении якоря в его проводниках будет наводиться синусоидальная электродвижущая сила. При коллекторе с верхней щеткой все время оказывается соединенным проводник, движущийся под северным полюсом электромагнита, а с нижней — проводник, движущийся под южным полюсом. В результате этого между щетками будет действовать напряжение, изменяющееся во времени, как показано кривой рис. 8.4. Все ее точки расположены выше нулевой линии (напряжение все время будет сохранять один знак). Таким образом коллектор выпрямляет переменное напряжение.
Но напряжение, представленное кривой рис. 8.4, еще не является постоянным, так как его величина за один оборот якоря два раза претерпевает изменения от нулевого значения до максимального.
Если намотать на якорь обмотку, состоящую не из одного, а из двух витков, и расположить их на якоре перпендикулярно один другому, то э. д. с, которые наводятся в них при вращении якоря, будут отличаться друг от друга по фазе. В тот момент, когда в одном витке э. д. с. будет равна нулю, в другом она будет иметь максимальную величину. Графически это можно изобразить двумя кривыми (рис. 8.5, а).

Рис. 8.5. Кривая выпрямления коллектором переменного напряжения при двух катушках на якоре генератора

Читать еще:  Что за двигатель adr на пассате б5

С помощью коллектора, состоящего из четырех раздельных частей, можно получить в двух витках два выпрямленных напряжения ег и е2, показанных на рис. 8.5, б. При соответствующем соединении витков наводимые в них э. д. с. будут складываться и на щетках машины получится суммарное напряжение, которое имеет значительно меньшие колебания по величине (рис. 8.5, в).
В выпускаемых ныне машинах постоянного тока обмотки якоря имеют значительно большее число катушек и пластин коллектора. Чем больше будет катушек в обмотке якоря и пластин на коллекторе, тем более ровным, т. е. приближающимся к постоянной величине, будет выпрямляемое коллектором напряжение. Соответственным увеличением числа катушек обмотки и пластин коллектора получают суммарное напряжение на щетках (выводах) генератора с весьма малыми колебаниями по величине.
Машины постоянного тока производят обычно не двухполюсными, а с большим числом полюсов — 4—6. Полюса чередуются попеременно между собой. Количество щеток равно числу полюсов: например, у четырехполюсной машины должно быть четыре щетки.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Так как генератор автомобиля и аккумулятор работают неотъемлемо друг от друга, при неисправности любого из устройств загорится лампа разряда аккумулятора, а также может загореться индикатор “Check Engine”. Проверить состояние аккумулятора и диагностировать неисправность можно с помощью универсального автомобильного сканера Rokodil ScanX Pro.

Rokodil ScanX Pro

На неисправность, связанную с генератором или плохим электрическим соединением в цепи управления часто указывают ошибки P0620 и P0622.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector