Avtonova37.ru

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

Электрический двигатель постоянного тока его строение и 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.

Схемы подключения и способы управления

Существует три схемы подключения двигателя постоянного тока:

  1. Обмотка возбуждения включена параллельно якорной. Обеспечивается высокая стабильность частоты вращения.
  2. Обмотка возбуждения включена последовательно с якорной. Способ позволяет регулировать вращающий момент во время пуска и получать плавную скоростную характеристику. Поэтому он используется для включения тяговых электродвигателей на транспорте.
  3. Обмотка возбуждения делится на две – одна включена параллельно с якорной, другая последовательно с ней.

Частота вращения двигателя постоянного тока с независимой (параллельной обмоткой) вычисляется по формуле: N = (U – Iя . Rя)/(kc . Ф). Где:

  • U – величина питающего напряжения.
  • Iя и Rя – ток в цепи якоря и ее сопротивление.
  • kc – коэффициент качества магнитной системы.
  • Ф – сила магнитного потока.

Изменить ее можно тремя способами:

  1. Увеличить или уменьшить величину питающего напряжения. Возможно как ускорение, так и замедление двигателя. Регулировка количества оборотов осуществляется плавно.
  2. Изменить сопротивление цепи якоря. Регулировка ведется дискретно, в сторону уменьшения, но не более чем до половины номинальных оборотов. Способ связан с большими энергетическими потерями.
  3. Изменить сопротивление цепи обмотки возбуждения. Это приводит к изменению силы магнитного потока. Чем меньше ток, тем он слабее, а частота вращения выше. Теоретически возможно торможение, но на практике, из-за насыщения магнитной системы, увеличение силы тока непропорционально велико по отношению к величине приращения силы магнитного потока. Это может привести к аварии. Однако и чрезмерное ослабление тока в обмотке возбуждения вредно – машина пойдет вразнос.

Реверсирование осуществляется изменением полярности напряжения, подаваемого на якорь.

Управление электродвигателем постоянного тока

Пуск двигателя осуществляется за счет работы специальных реостатов, которые создают активное сопротивление, включаемое в цепь ротора. Для обеспечения плавного запуска механизма реостат обладает ступенчатой структурой.

Для старта реостата задействуется все его сопротивление. По мере роста скорости вращения возникает противодействие, что накладывает ограничение на рост силы пусковых токов. Постепенно ступень за ступенью увеличивается подводимое к ротору напряжение.

Читать еще:  Бортовой компьютер ваз 2114 показывает или нет температура двигателя

Электродвигатель постоянного тока позволяет регулировать скорость вращения рабочих валов, что осуществляется следующим образом:

  1. Показатель скорости ниже номинальной корректируется изменением напряжения на роторе агрегата. При этом крутящий момент остается стабильным.
  2. Темп работы выше номинального регулируется током, который возникает на обмотке возбуждения. Значение крутящего момента снижается при поддержании постоянной мощности.
  3. Управление роторным элементом осуществляется при помощи специализированных тиристорных преобразователей, которые представляют собой приводы постоянного тока.

Принцип действия электродвигателей

Индукционные электродвигатели состоят из ротора и статора.

Токи в обмотках статора создаются фазовым напряжением, которое приводит в движение индукционный электродвигатель. Эти токи создают вращающееся магнитное поле, которое также называется полем статора. Вращающееся магнитное поле статора определяется токами в обмотках и количеством фазных обмоток.

Вращающееся магнитное поле формирует магнитный поток. Вращающееся магнитное поле пропорционально электрическому напряжению, а магнитный поток пропорционален электрическому току.

Вращающееся магнитное поле статора движется быстрее ротора, что способствует индукции токов в обмотках проводников роторов, в результате чего образуется магнитное поле ротора. Магнитные поля статора и ротора формируют свои потоки, эти потоки будут притягиваться друг к другу и создавать вращающий момент, который заставляет ротор вращаться. Принципы действия индукционного электродвигателя представлены на иллюстрациях справа.

Таким образом, ротор и статор являются наиболее важными составляющими индукционного электродвигателя переменного тока. Они проектируются с помощью САПР (системы автоматизированного проектирования). Далее мы подробнее поговорим о конструкции ротора и статора.

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.

Читать еще:  Что за стук в двигателе газ 3307

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

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Электродвигатель это электрическая машина преобразующая электрическую энергию в механическую. Различают два типа электродвигателей постоянного и переменного тока. На автомобилях применяется электродвигатели постоянного тока. Эти электродвигатели состоят из статора с магнитными полюсами и якоря. Полюса статора представляют из себя электромагнит или постоянные магниты.

Как работает электродвигатель.

Принцип работы всех электродвигателей основан на поведении проводника с током в магнитном потоке. Если по проводнику находящемся в магнитном потоке пропустить ток, то он будет стремиться сместиться в сторону. То есть проводник будет выталкивать из промежутка между магнитами как пробку из бутылки шампанского. Направление силы, которая выталкивает проводник строго определена. Её можно определить по, так называемому, правилу левой руки.

Правило левой руки.

Это правило заключается в следующем. Ладонь левой руки размещаем в магнитном потоке так, что бы линии магнитного потока были направлены в ладонь. Пальцы по направлению прохождения тока в проводнике. В результате большой палец, отогнутый на 90 гр. укажет на направление смещения проводника. Величина силы с которой проводник стремиться переместиться, зависит от нескольких величин. Величины магнитного потока и величины тока проходящему по проводнику.

Простейший электродвигатель.

Простейший электродвигатель состоит из проводника и постоянного магнита. Проводник сделан в виде рамки имеющей ось вращения. Магнит имеет вид подковы. Проводник располагается между полюсами магнита. Если по рамке пропустить ток, то она будет стремиться повернуться вокруг своей оси. Если не учитывать инерцию, то рамка повернётся на 90гр. При этом, сила движущая рамку будет расположена в одной плоскости с рамкой. При этом она будет стремиться раздвинуть рамку в плоскости, а не повернуть её вокруг оси.

Но фактически рамка проскакивает по инерции это положение. Если изменить направление тока в рамке, то она повернётся ещё как минимум на 180гр. Аналогично при очередной смене направления тока, она ещё повернётся на 180 гр. В результате при каждой смене направления тока рамка будет поворачиваться.

Устройство электродвигателя.

Выше описан принцип работы электродвигателя постоянного тока простейшей конструкции. От обычного электродвигателя его отличает, прежде всего наличие не одной рамки, а их множество. Они собранны в якоре. Каждый конец рамки при этом припаивается к пластине коллектора. Кроме этого место двух магнитных полюсов могут применяться четыре, реже шесть полюсов.

Читать еще:  Что происходит с двигателем при подсосе воздуха

Вместо постоянных магнитов, также могут применяться электромагниты. При этом соединение катушек электромагнитов может быть последовательное, параллельное и смешанное. На автомобилях почти всегда применяется последовательное соединение. Различные соединения обмоток применяются только на стартерах и зависят от расчётной мощности и других факторов.

Принцип действия

Если у шагового двигателя на статоре имеется две пары полюсов с двумя обмотками управления, то его вращение будет зависеть от подачи напряжения на обмотку управления. При подаче сигнала на обмотку управления, которая находится на первой паре, ротор повернётся и займёт положение по ее оси. Когда на обмотке второй пары полюсов появится сигнал, ротору придётся занять положение между этими полюсами.

При отключении сигнала на обмотке первой пары и оставшемся сигнале на обмотке управления второй пары полюсов ротор повернётся на их ось. Таким образом, при вращении он как будто будет совершать шаги, поэтому и носит такое название. Шаги двигателя (угол поворота ротора) с двумя парами полюсов будут равняться 45 градусам. Система коммутации будет четырехтактной.

Для двухтактной системы коммутации при таком же количестве пар полюсов необходимо, чтобы сигнал поступал всегда только на одну определённую обмотку управления конкретной пары полюсов. Тогда и угол поворота ротора изменится и будет составлять 90 градусов.

Чтобы принцип работы шагового двигателя был понятен даже для чайников, необходимо обратить внимание на схему.

Ротор будет занимать положение в пространстве против той пары полюсов, на обмотке которой будет подано питание. Если же питание подано две на обмотки соседних полюсов, ротор займёт положение между ними. Чем меньше значение шага двигателя, тем точнее и устойчивее его работа.

Для работы шагового двигателя необходим коммутатор. Его задачей является превращение импульсов управления определённой последовательности в прямоугольные импульсы в системе с необходимым количеством фаз.

При большой нагрузке на двигатель точность поворота ротора будет нарушена. Он будет поворачиваться с некоторым отставанием, которое является углом статической ошибки. При холостом ходе шагового двигателя значение угла статической ошибки равно нулю.

Так как скорость протекания процессов работы обратно пропорциональна сопротивлению управляющих обмоток, то для того, чтобы ускорить вращение ротора, применяются резисторы. Их присоединяют последовательно в цепь управляющих обмоток статора. Оценивают экономичность работы по основному показателю — значению мощности на входе.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector