Avtonova37.ru

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

Двигатели постоянного тока назначение конструкция принцип работы

Принцип работы разных видов двигателей постоянного тока

Зарождение идеи о работе двигателя постоянного тока (ДПТ) появилось в начале XIX века. Известные физики Алессандро Вольта, М. Фарадей и П. Барлоу внесли в историю своё видение этого процесса. Изобретателем электромотора по праву принято считать Б. С. Якоби, ведь именно ему удалось изготовить устройство с вращающимся якорем, которое можно было применить на практике. Хотя первый двигатель был маломощным, но следующий уже приводил в движение лодку.

Работа электродвигателя постоянного тока

Обмотка ротора поддается воздействию потока электроэнергии. Со стороны магнитного поля на данный конструктивный элемент оказывает влияние сила Ампера. В результате образуется крутящий момент, что проворачивает роторную часть на 90 о . Продолжается вращение рабочих валов двигателя за счет образования эффекта коммутации на щеточно-коллекторном узле.

При поступлении электрического тока на ротор, который находится под воздействием магнитного поля индуктора, электродвигатели постоянного тока (12 вольт) создают момент силы, что приводит к выработке энергии в процессе вращения валов. Механическая энергия передается от ротора к прочим элементам системы посредством ременной передачи.

  • С независимым возбуждением – питание обмотки происходит от независимого источника энергии.
  • С последовательным возбуждением – обмотка якоря включена последовательно с обмоткой возбуждения.
  • С параллельным возбуждением – обмотка ротора включена в электрическую цепь параллельно источнику питания.
  • Со смешанным возбуждением – двигатель содержит несколько обмоток: последовательную и параллельную.

Двигатель постоянного тока.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.

Еженедельные отправки по всей России:

Контакты отдела продаж:

Телефон/факс:

+7 (4922) 53-95-25
+7 (4922) 53-96-26
+7 (4922) 53-95-40
Электронная почта:
info@motors33.ru

Преимущества и недостатки

Одновременная смена полярности в статоре и роторе обеспечит электродвигателю одно и то же направление силы Лоренца в течение всего времени воздействия переменного напряжения. Это расширяет полезные свойства двигателя, работающего на пт. Однако на постоянном токе сердечники дпт могут работать в режиме насыщения, обеспечивая при взаимодействии ротора и статора максимальную силу.

  • В этом заключается главное преимущество дпт. На переменном напряжении индуктивность ротора и статора не позволит получить нормальный режим работы с аналогичными по силе магнитными полями.

А вот недостаток дпт по сути только один — это коллектор. Самое худшее в электротехнике — это контакты. Большинство проблем и неисправностей обусловлено именно этими деталями. А коллектор — это и есть контакты, много контактов. Причем колектору присущи следующие недостатки:

  • Коммутация индуктивной нагрузки, которой является каждая рамка. В результате на щетках появляется искрение, которое при определенных условиях (оборотах и мощности) развивается в круговой огонь на коллекторе. Это недопустимо опасный режим, который быстро портит дпт.
Читать еще:  Что означает объем двигателя в кубических сантиметрах

Устранить недостатки дпт путем изменения его конструкции стало возможным только с появлением полупроводниковых ключей, запираемых при пт. Но при этом получается новый тип двигателя, который часто именуется шаговым. Применение электромагнитов в роторе и статоре все равно не избавляет от контактов. Для питания рамок ротора нужны те же щетки, но уже не коллектор, а кольца. Полупроводниковый коммутатор в цепи каждой рамки подключает ее к кольцам, и рамка поворачивается. Скорость вращения вала в таком двигателе зависит и от напряжения, и от работы коммутаторов.

От колец в шаговом двигателе можно отказаться, если ротор сделать на основе постоянного магнита, а рамки с полупроводниковыми коммутаторами разместить на статоре. По сути, получается синхронная машина пт, в которой статор с коммутаторами создает вращающееся магнитное поле. Это наиболее функциональное и современное техническое решение. Оно позволяет получить наибольший крутящий момент применительно к габаритам движков. Но в принципе, шаговые двигатели, так же как и еще одна разновидность дпт — униполярные электродвигатели, — это уже совсем другая история…

Свойства бесколлекторных приборов

Бесколлекторный двигатель постоянного тока (БДПТ) существенно отличается от вентильного двигателя. Его ток в фазах выглядит трапецеидально. БДПТ устроен более просто: широтно-импульсная модуляция заменена на коммутацию 120 или 180 градусов. Главными задачами безщеточного двигателя является точное положение ротора в необходимом промежутке и высокая скорость вращения.

Конструкция может быть двух видов: с магнитами на подвижной части (якоре) или неподвижной (статоре). В устройствах автоматики для охлаждения используются приводы с конструкцией магнитов на якоре. Характерной их особенностью является быстрое достижение высоких оборотов.

В системах оборудования для медицины распространено размещение магнитов на статоре. Эти микромашины называются высокомоментными двигателями. Скорость вращения у них не столь велика, но из-за отсутствия обмотки возбуждения и наличия постоянных магнитов они неплохо справляются с работой при перегрузках и сохраняют точность позиции в пространстве.

Сигнал на обмотки таких электромашин будет поступать от драйвера, задачей которого является управление вращающим моментом. Для того чтобы якорь повернулся на определённый угол, необходимо подать на нужные обмотки напряжение. Плавность вращения сохранить не удастся, но высокой скорости вращения добиться можно.

Разница между коллекторными и бесколлекторными двигателями состоит как в строении, так и в процессе работы. В контроллере коллекторные двигатели не нуждаются, а вот работа бесщеточного мотора без его участия недопустима. Достоинства бесщеточных двигателей:

  • возможность работы в условиях с различными характеристиками окружающей среды;
  • длительный срок использования;
  • надёжность в работе.

Недостатком является стоимость. Она довольно высока из-за наличия в строении полупроводникового коммутатора, постоянного магнита и чувствительных элементов.

Собрать вентильный или ДПТ своими руками — дело неблагодарное. Материалы, сложность работы и потраченное время будут стоить гораздо дороже, нежели потраченные средства на покупку двигателя заводского изготовления. Но надёжность и безопасность тоже будут в несколько раз выше.

Подбор этих электромашин необходимо проводить, опираясь на характеристики драйверов с каналами широтно-импульсной модуляции:

  • предельное напряжение при длительном использовании;
  • максимальная скорость вращения;
  • допустимая сила тока;
  • частота тока (обыкновенные устройства 7—8 кГц, более усовершенствованные модели — 16—32 кГц).

Главными звеньями при управлении бесколлекторным двигателем являются датчики положения. Сигнал с них передаётся на контроллер, и вследствие этого происходят переключения. Но возможна работа этих устройств и без датчиков. В этом случае играет роль перепад напряжения на обмотке, которая в определённый момент является нерабочей.

По количеству фаз многие моторы являются трехфазными, и для управления ими необходим дополнительный узел в устройстве — выпрямитель постоянного тока в трехфазный импульсный. Управление трехфазным бесщеточным двигателем постоянного тока также вызывает некоторые сложности из-за параллельного контроля нескольких параметров. Поскольку электрические машины устройства обратимые, то бесколлекторный мотор можно подключить как генератор.

Что такое электровоз и как он работает

Электровоз – очень мощная машина и эту мощность можно повышать существенно, чего не скажешь про тепловоз. Практически все железные дороги нашей страны уже электрифицированы, поэтому электровоз является главным в семье локомотивов. Итак, электровоз — это локомотив, который работает, используя электрический ток, получая его от контактной сети, через контактный провод, поэтому требует для своей работы большой инфраструктуры: контактная сеть, тяговые подстанции и т.д., но он хорошо выигрывает в мощности, скорости и является более экономичным в своей эксплуатации. На наших железных дорогах применяется для питания электровозов две системы тока: постоянный и переменный. Напряжение в контактной сети постоянного тока составляет — 3000 Вольт, а в контактной сети переменного тока – 25000 Вольт.

Читать еще:  Что делать если нет компрессии в двигателе ваз 2109

Контактная сеть

Исходя из этого на железных дорогах эксплуатируются электровозы двух родов тока: постоянного и переменного, есть и представители, совмещающие в своей конструкции обе системы, так называемые, электровозы двойного питания, про них я ниже расскажу. Давайте рассмотрим, что общего в конструкциях электровозов.

Тяговые электродвигатели

Немного освежим в памяти основы электротехники. Если в магнитное поле мы поместим какой-нибудь проводник (рамку) и начнем ее вращать, то в этой самой рамке будет возникать электрический ток, таким образом мы получаем генератор. А если по этой рамке пропустить ток, то получится электродвигатель. Из законов физики известно, что вокруг проводника с током создается магнитное поле – теперь эти оба магнитных потока складываются и вращают рамку с током. В этом и заключается принцип работы всех электродвигателей.

Более подробно это выглядит так: все тяговые электродвигатели (ТЭД) электровозов сложные электрические машины, постоянными магнитами наша промышленность просто не сможет снабдить все электромашины, поэтому магнитный поток, необходимый для вращения якоря, создается в проводниках, путем пропуска по ним электрического тока, это называется – обмотка возбуждения и располагается она в остове электродвигателя по всей его окружности. Эта обмотка включает в себя главные полюса, добавочные полюса и компенсационную обмотку. Якорь тягового электродвигателя состоит из сердечника, коллектора и обмотки, которая укладывается в пазы сердечника. Величина тока в обмотке возбуждения и в обмотке якоря регулируется, соответственно обороты якоря и мощность электродвигателя.

    Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД

» data-medium-file=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105-300×204.jpg» data-large-file=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105.jpg» width=»1000″ height=»680″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105.jpg» alt=»Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД» data-id=»9841″ data-full-url=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105.jpg» data-link=»https://dvizhenie24.ru/railway/utrojstvo-teplovozov-prosto-i-dostupno/attachment/dvizhenie24_ru_9105/» data-srcset=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105-300×204.jpg 300w, https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105-768×522.jpg 768w, https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /> Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД

  • Существует режим реостатного и рекуперативного торможения, то есть, ток от якоря тягового электродвигателя (ТЭД) отключается и якорь вращается в магнитном поле обмотки возбуждения, а это уже генератор. В генераторах возникает сила, называемая противо ЭДС, эта сила всегда направлена против вращения якоря, и она довольно большая. Поэтому в режиме реостатного или рекуперативного торможения электровоз тормозит всеми своими ТЭД, без применения автоматических тормозов, что очень эффективно на затяжных спусках и обеспечивает плавность ведения грузовых и пассажирских поездов. Вот на эти ТЭД и работают все системы электровоза.

    Практически на всех электровозах обоих систем тока применяются тяговые электродвигатели постоянного тока. Это коллекторные двигатели со щеточным аппаратом, по которому подается ток на якорь двигателя. Велись активные разработки по применению на электровозах асинхронных тяговых электродвигателей переменного тока, что значительно удешевит стоимость локомотива и уменьшит его вес, но возникали трудности с системами управления этими двигателями. В настоящее время эта проблема решена и уже эксплуатируется парк электровозов с асинхронными ТЭД.

    Тележки

    Итак, общее в электровозах – тяговые электродвигатели постоянного тока, которые устанавливаются в тележках. Тележка представляет собой рамную конструкцию, на раме которой и крепятся ТЭД. Существует два вида подвески ТЭД: опорно-осевая и опорно-рамная.

    Тележка электровоза 2ЭС6 Синара

    » data-medium-file=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760-300×185.jpg» data-large-file=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760.jpg» width=»1000″ height=»616″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760.jpg» alt=»Тележка электровоза 2ЭС6 Синара» data-srcset=»https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760-300×185.jpg 300w, https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760-768×473.jpg 768w, https://cdn-dvizhenie24.jq7.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /> Тележка электровоза 2ЭС6 Синара

    Опорно-осевая подвеска ТЭД

    В первом случае ось колесной пары закрепляется в пазах двигателя и закрывается крышками, в которых находится смазочный материал: косы из специального материала, смазывающиеся маслом (польстер). Вся эта конструкция называется – моторно-осевой подшипник. На концах оси колесной пары (с одной или с обоих сторон) напрессованы тяговые шестерни, которые входят в зацепление с шестернями, расположенными на якоре электродвигателя. Этот тяговый редуктор закрывается кожухом. Другой конец тягового электродвигателя закрепляется за балку на раме тележки.

    Читать еще:  Что делать если двигатель на скутере заклинил

    Опорно-рамная подвеска ТЭД

    Во втором случае, ТЭД крепится к раме тележки, а ось колесной пары с напрессованной на ней тяговой шестерней закреплена с шестерней ТЭД в специальном редукторе, эта схема не требует установки моторно-осевых подшипников и постоянного контроля за уровнем смазки в них.

    Как передается тяговое усилие от колесных пар к автосцепкам?

    На концах осей колесных пар расположены буксовые узлы. На всех современных электровозах применяются бесчелюстные (поводковые) буксы. Ведь вращающий момент и тяговое усилие от ТЭД и соответственно колесной пары необходимо передать на раму электровоза, а через нее на весь состав. Поэтому тележки имеют, так называемые, приливы, именно к этим приливам через резинометаллические поводки и закреплены буксы. Сами тележки установлены на шкворнях на раме кузова и могут свободно перемещаться в соответствии с профилем пути. Таким образом все необходимые тяговые усилия передаются на раму кузова, на ней с обоих сторон установлены автоматические сцепки, которые соединяются с автосцепками вагонов и вперед, поехали!

    На тележках устанавливаются гидравлические гасители колебаний, пружины и рессоры. Тележки могут быть трехосными, двухосными и даже четырехосными, но в настоящее время все отечественные электровозы имеют двухосные тележки и в зависимости от конструкции, электровоз может опираться на две или три двухосные тележки (ВЛ85 ,ВЛ65, ЭП1).

    Работа электродвигателя постоянного тока

    Под токосъемником простейшего двигателя две секции. Выродился барабан коллектора. Каждая контактная ламель (пластинка на валу) занимает половину оборота. Одна щетка снабжается положительным потенциалом, вторая – отрицательным, сообразно меняется направление магнитного поля полюсов. Активными в каждый момент времени являются два (в описанной выше конструкции). Статора может формироваться постоянным электрическим полем, либо металлическим магнитом. Последнее применяется детскими машинками.

    Как работает электродвигатель постоянного тока. Допустим, в начальный момент времени обмотки расположены так, как показано на рисунке. В нашем примере полюсов уже не два, как обсуждали выше, – три. Минимальное число для стабильного запуска электрического двигателя постоянного тока в нужном направлении. Обмотки соединены схемой звезды, у каждой пары одна общая точка. Напряженность поля формирует два полюса отрицательных, один положительный. Постоянный магнит стоит, как показано рисунком.

    Упрощенный рисунок случая постоянного тока

    Каждую треть оборота происходит перераспределение поля так, что полюса сдвигаются согласно изменению напряжения питания на ламелях. На второй эпюре видим: номера обмоток сдвинулись, картина в пространстве осталась. Залог стабильности: один полюс притягивается к постоянному магниту, второй отталкивается. Если нужно получить реверс, меняется полярность подключения батарейки (аккумулятора). В результате получается два положительных полюса, один отрицательный. Вал станет двигаться против часовой стрелки.

    Полагаем, принцип действия электродвигателя постоянного тока теперь понятен. Добавим, сегодня распространены двигатели вентильного типа. Многие задумались заставить поля чередоваться на статоре, ротор представлял бы постоянный магнит. В первом приближении двигатель вентильного типа. Постоянный ток подается на нужные обмотки статора через коммутируемые ключи-тиристоры. В результате создается нужное распределение поля.

    Преимущества схемы в снижении количества трущихся частей, являющихся причиной необходимости обслуживания, ремонта. Тиристорный блок управления достаточно сложный. Допускается организовать коммутацию при помощи ламелей. Одновременно конструкция послужит грубым датчиком положения вала (плюс минус расстояние между контактными площадками оси вала). Вентильные двигатели не новы. Широко применяются специфическими отраслями. Помогают точно выдержать частоту вращения. В быту вентильные двигатели найти сложно. Некое подобие можно лицезреть в стиральной машине. Речь о помпе слива воды (ротор магнитный, только ток переменный).

    Технические характеристики электродвигателей постоянного тока лучше, нежели при питании переменным током. Класс устройств широко применяется. Чаще электродвигатели постоянного тока используются при питании батареями различного рода. Когда нет выбора. Преимущества схемы питания позволят аккумуляторам дольше продержаться.

    Обмотки статора, ротора включают последовательно, параллельно. Последнее применяется при нагруженном в исходном состоянии валу. Наблюдается резкое повышение оборотов, может привести к негативным последствиям, если ротор слишком легко идет. Упоминали о подобных тонкостях в теме конструирования двигателей своими руками.

    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector