Prima dintre toate mașinile electrice rotative inventate în secolul al XIX-lea este motorul de curent continuu. Principiul său de funcționare este cunoscut încă de la mijlocul secolului trecut, iar până astăzi motoarele de curent continuu (motoare de curent continuu) continuă să servească cu fidelitate o persoană, punând în mișcare multe mașini și mecanisme utile.

Primele DPT

Începând cu anii 30 ai secolului al XIX-lea, ei au trecut prin mai multe etape în dezvoltarea lor. Cert este că, înainte de apariția la sfârșitul secolului înainte de ultimul, singura sursă de energie electrică era o celulă galvanică. Prin urmare, toate primele motoare electrice puteau funcționa doar pe curent continuu.

Care a fost primul motor de curent continuu? Principiul de funcționare și aranjare a motoarelor construite în prima jumătate a secolului al XIX-lea a fost următorul. Inductorul cu poli saliente a fost un set de magneți permanenți fiși sau electromagneți cu tije care nu aveau un circuit magnetic închis comun. Armatura polilor salienti a fost formată din mai mulți electromagneți cu tije separate pe o axă comună, conduși de forțele de repulsie și atracție către polii inductorului. Reprezentanții lor tipici au fost motoarele lui U. Ricci (1833) și B. Jacobi (1834), echipate cu comutatoare mecanice de curent în electromagneți de armătură cu contacte mobile în circuitul de înfășurare a armăturii.

Cum a funcționat motorul Jacobi

Care a fost principiul de funcționare al acestei mașini? Motorul Jacobi DC și analogii săi aveau un cuplu electromagnetic pulsatoriu. În timpul de apropiere a polilor opuși ai armăturii și inductorului, sub influența forței magnetice de atracție, cuplul motor a atins rapid maximul. Apoi, cu locația polilor armăturii opus polilor inductorului, întrerupătorul mecanic a întrerupt curentul în electromagneții armăturii. Momentul a coborât la zero. Datorită inerției armăturii și mecanismului antrenat, polii armăturii au ieșit de sub polii inductorului, în acel moment le-a fost alimentat de la întrerupător un curent de sens opus, polaritatea lor s-a schimbat și la opus, iar forța de atracție către cel mai apropiat pol al inductorului s-a schimbat într-o forță de respingere. Astfel, motorul Jacobi s-a rotit în șocuri succesive.

Apare ancora inelului

În electromagneții tijă ai armăturii motorului Jacobi, curentul a fost oprit periodic, câmpul magnetic creat de aceștia a dispărut, iar energia sa a fost convertită în pierderi de căldură în înfășurări. Astfel, conversia electromecanică a energiei electrice a sursei de curent de armătură (celula galvanică) în energie mecanică a avut loc intermitent în aceasta. Ceea ce era nevoie era un motor cu o înfășurare continuă închisă, curentul în care să curgă constant pe toată durata de funcționare.

Iar un asemenea fuhtufn a fost creat in 1860 de A. Pacinotti. Cum diferă motorul său de curent continuu față de predecesorii săi? Principiul de funcționare și dispozitivul motorului Pacinotti sunt după cum urmează. Ca ancoră, a folosit un inel de oțel cu spițe, montat pe un arbore vertical. În acest caz, ancora nu avea poli exprimați clar. A devenit implicit pol.

Bobinele de înfășurare a armăturii au fost înfășurate între spițele inelului, ale căror capete au fost conectate în serie la armătură în sine, iar robinete au fost făcute din punctele de conectare ale fiecărei două bobine, atașate la plăcile colectoare situate de-a lungul circumferinței la partea inferioară a arborele motorului, al cărui număr era egal cu numărul de bobine. Întreaga înfășurare a armăturii a fost închisă pe ea însăși, iar punctele de conectare succesive ale bobinelor sale au fost conectate la plăci colectoare adiacente, de-a lungul cărora aluneca o pereche de role purtătoare de curent.

Armătura inelului a fost plasată între polii a doi electromagneți fiși ai inductorului-stator, astfel încât liniile de forță ale câmpului magnetic de excitație creat de aceștia să pătrundă pe suprafața cilindrică exterioară a armăturii motorului sub polul nord de excitație, trecute de-a lungul armătura inelului fără a se deplasa în orificiul său interior și a ieșit sub polul sud.

Cum a funcționat motorul Pacinotti

Care a fost principiul lui de funcționare? Motorul de curent continuu al lui Pacinotti a funcționat exact în același mod ca și motoarele de curent continuu moderne.

În câmpul magnetic al polului unui inductor cu o anumită polaritate, a existat întotdeauna un anumit număr de conductori ai înfășurării armăturii cu un curent de direcție constantă, iar direcția curentului de armătură sub diferiți poli ai inductorului a fost opusă . Acest lucru s-a realizat prin plasarea rolelor purtătoare de curent, jucând rolul de perii, în spațiul dintre polii inductorului. Prin urmare, curentul instantaneu al armăturii a trecut în înfășurare prin rolă, placa colector și robinetul conectat la aceasta, care se afla și în spațiul dintre poli, apoi a trecut în direcții opuse de-a lungul celor două semiînfășurări-ramuri și, în final, curge prin robinet, placa colector și rolă într-un alt interval interpolar. În același timp, bobinele armăturii în sine sub polii inductorului s-au schimbat, dar au rămas neschimbate în ele.

Dar pe fiecare conductor al bobinei armăturii cu curent, situat în câmpul magnetic al polului inductorului, a acționat o forță, a cărei direcție este determinată de binecunoscuta regulă „mâna stângă”. În raport cu axa motorului, această forță a creat un cuplu, iar suma momentelor din toate aceste forțe dă cuplul total al DCT, care este deja aproape constant cu mai multe plăci colectoare.

DCT cu armătură inelă și înfășurare gram

Așa cum sa întâmplat adesea în istoria științei și tehnologiei, invenția lui A. Pacinotti nu și-a găsit aplicație. A fost uitat timp de 10 ani, până când în 1870 a fost repetat independent de către inventatorul franco-german Z. Gramm într-un design similar.La aceste mașini, axa de rotație era deja orizontală, s-au folosit perii de cărbune, alunecând de-a lungul plăcilor colectoare. de un design aproape modern. În anii 70 ai secolului al XIX-lea, principiul reversibilității mașinilor electrice era deja bine cunoscut, iar mașina Gramma a fost folosită ca generator și motor de curent continuu. Principiul său de funcționare a fost deja descris mai sus.

În ciuda faptului că inventarea armăturii inelare a fost un pas important în dezvoltarea DPT, înfășurarea sa (numită Gram) a avut un dezavantaj semnificativ. În câmpul magnetic al polilor inductorului existau doar acei conductori (numiți activi) care se aflau sub acești poli pe suprafața cilindrică exterioară a armăturii. Lor le-au fost aplicate cele magnetice, creând un cuplu relativ la axa motorului. Aceiași conductori inactivi care au trecut prin orificiul armăturii inelare nu au participat la crearea momentului. Ei au disipat inutil electricitatea doar sub formă de pierderi de căldură.

De la ancora inel la ancora tambur

Acest dezavantaj al ancorei inelului a fost eliminat în 1873 de celebrul inginer electric german F. Gefner-Altenek. Cum a funcționat motorul lui DC? Principiul de funcționare, dispozitivul inductor-statorului său sunt aceleași cu cele ale unui motor cu o înfășurare inelară. Dar designul armăturii și înfășurarea acesteia s-au schimbat.

Gefner-Altenek a atras atenția asupra faptului că direcția curentului de armătură care curge din periile fixe în conductorii înfășurării Gram sub polii de excitație adiacenți este întotdeauna opusă, adică. ele pot fi incluse în compoziția bobinelor situate pe suprafața cilindrică exterioară a bobinei cu o lățime (pas) egală cu diviziunea polilor (parte a circumferinței armăturii pe pol de excitație).

În acest caz, gaura din ancora inelară devine inutilă și se transformă într-un cilindru solid (tambur). O astfel de înfășurare și ancora în sine au primit numele tambur. Consumul de cupru în el cu același număr de conductori activi este mult mai mic decât în ​​înfășurarea Gram.

Ancora devine zimțată

La mașinile Gramm și Gefner-Altenek, suprafața armăturii era netedă, iar conductorii înfășurării sale erau amplasați în golul dintre ea și polii inductorului. În acest caz, distanța dintre suprafața cilindrică concavă a polului de excitație și suprafața convexă a armăturii a ajuns la câțiva milimetri. Prin urmare, pentru a crea câmpul magnetic dorit, a fost necesar să se utilizeze bobine de excitație cu o forță magnetomotoare mare (cu un număr mare de spire). Acest lucru a crescut semnificativ dimensiunea și greutatea motoarelor. În plus, pe suprafața netedă a armăturii bobinei sale, era dificil de atașat. Dar cum să fii? La urma urmei, pentru acțiunea asupra unui conductor cu un curent de forță Amperi, acesta trebuie să fie situat în puncte din spațiu cu un câmp magnetic mare (cu o inducție magnetică mare).

S-a dovedit că acest lucru nu este necesar. Inventatorul american al mitralierei H. Maxim a arătat că, dacă ancora tamburului este făcută dințată și bobinele de înfășurare a tamburului sunt plasate în șanțurile formate între dinți, atunci decalajul dintre aceasta și polii de excitație poate fi redus la fracțiuni de un milimetru. Acest lucru a făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii bobinelor de excitație, dar cuplul DCT nu a scăzut deloc.

Cum funcționează un astfel de motor de curent continuu? Principiul de funcționare se bazează pe faptul că, cu o ancoră dințată, forța magnetică este aplicată nu conductorilor din canelurile sale (practic nu există câmp magnetic în ei), ci dinților înșiși. În acest caz, prezența curentului în conductorul din canal este crucială pentru apariția acestei forțe.

Cum să scapi de curenții turbionari

O altă îmbunătățire majoră a fost făcută de celebrul inventator T. Edison. Ce a adăugat la motorul de curent continuu? Principiul de funcționare a rămas neschimbat, dar s-a schimbat materialul din care este făcută ancora. În loc de fostul masiv, a devenit laminat din foi de oțel subțiri izolate electric una de cealaltă. Acest lucru a făcut posibilă reducerea mărimii curenților turbionari (curenți Foucault) din armătură, ceea ce a crescut eficiența motorului.

Principiul de funcționare al motorului de curent continuu

Pe scurt, poate fi formulat după cum urmează: atunci când înfășurarea armăturii unui motor excitat este conectată la o sursă de energie, în ea apare un curent mare, numit curent de pornire și de câteva ori valoarea sa nominală. Mai mult, sub polii de excitație de polaritate opusă, direcția curenților în conductorii înfășurării armăturii este de asemenea opusă, așa cum se arată în figura de mai jos. Conform acestor conductori, forțele Ampère acționează, îndreptate în sens invers acelor de ceasornic și trăgând armătura în rotație. În acest caz, în conductoarele înfășurării armăturii este indusă o direcție opusă tensiunii sursei de alimentare. Pe măsură ce armătura accelerează, crește și EMF-ul înapoi în înfășurarea sa. În consecință, curentul de armătură scade de la pornire la o valoare corespunzătoare punctului de funcționare pe caracteristica motorului.

Pentru a crește viteza de rotație a armăturii, trebuie fie să creșteți curentul în înfășurarea acesteia, fie să reduceți EMF din spate din ea. Acesta din urmă poate fi realizat prin reducerea mărimii câmpului magnetic de excitație prin reducerea curentului în înfășurarea de excitație. Această metodă de control al vitezei DPT a devenit larg răspândită.

Principiul de funcționare a unui motor de curent continuu cu excitație independentă

Odată cu conectarea înfășurării de excitație (OV) la o sursă de alimentare separată (OB independent), sunt de obicei efectuate DCT puternice pentru a face mai convenabilă reglarea curentului de excitație (pentru a schimba viteza de rotație). În ceea ce privește proprietățile lor, DCT-urile cu un OF independent sunt practic similare cu DCT-urile cu un OF conectat în paralel cu înfășurarea armăturii.

Excitația paralelă a DPT

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu cu excitație paralelă este determinat de caracteristica sa mecanică, adică. dependența vitezei de rotație de momentul de sarcină pe arborele acestuia. Pentru un astfel de motor, modificarea vitezei în timpul trecerii de la rotația la ralanti la cuplul de sarcină nominal este de la 2 la 10%. Astfel de caracteristici mecanice se numesc rigide.

Astfel, principiul de funcționare a unui motor de curent continuu cu excitație paralelă determină utilizarea acestuia în acționări cu viteză constantă de rotație cu o gamă largă de modificări de sarcină. Cu toate acestea, este utilizat pe scară largă în acționarea cu viteză variabilă. În acest caz, pentru a-și controla viteza, poate fi utilizată o modificare atât a curentului de armătură, cât și a curentului de excitație.

Excitarea secvenţială a DPT

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu cu excitație în serie, precum și paralel, este determinat de caracteristica sa mecanică, care în acest caz este moale, deoarece. turația motorului variază semnificativ odată cu schimbările de sarcină. Unde este cel mai bun loc pentru a folosi un astfel de motor DC? Principiul de funcționare al motorului de tracțiune feroviar, a cărui viteză ar trebui să scadă atunci când trenul depășește ascensiunile și revine la valoarea nominală atunci când se deplasează de-a lungul câmpiei, este pe deplin în concordanță cu caracteristicile DPT cu OB conectat în serie cu armătura. serpuit, cotit. Prin urmare, o parte semnificativă a locomotivelor electrice din întreaga lume este echipată cu astfel de dispozitive.

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu cu excitație în serie este implementat și de motoarele de tracțiune cu curent pulsat, care sunt, de fapt, aceleași motoare de curent continuu cu seria OB, dar special concepute pentru a funcționa cu un curent deja redresat la bordul locomotivei electrice, care are valuri semnificative.

Pornirea motoarelor de curent continuu durează de la fracțiuni de secundă la câteva zeci de secunde. Calitățile de start sunt caracterizate

Dacă nu se iau măsuri, atunci pornirea DCT poate fi însoțită de un salt inacceptabil al curentului de armătură și de un șoc puternic asupra arborelui.

Un astfel de salt va provoca scântei sub perii, ceea ce poate duce la o distrugere rapidă a colectorului și poate înrăutăți comutația mașinii.

Pentru a preveni acest fenomen, DPT este pornit folosind reostatul de pornire R p (Fig. 99), care poate fi calculat în funcție de condiție.

Saltul în curentul de pornire în acest caz nu durează mult, deoarece atunci când armătura se rotește, contra-EMF care apare reduce curentul de armătură.

După pornire, reostatul de pornire (R p ) trebuie retras complet manual sau automat (R p \u003d 0).

Motoarele de curent continuu de putere redusă pot fi pornite fără reostat de pornire, deoarece au o rezistență a armăturii suficient de mare. În comparație cu alte motoare, DPT-urile au cele mai bune calități de pornire. Ei pot dezvolta start-up

cuplul M p \u003d (2 4) M nom la curentul de pornire I p \u003d (2 2.5) I nom.

Acest lucru asigură accelerarea rapidă a mecanismelor acţionate de motoarele de curent continuu.

Reostatul de pornire, împărțit în secțiuni, este realizat din sârmă sau bandă cu rezistivitate ridicată. fire

sunt atașate la buton de cupru sau contacte plate la punctele de tranziție de la o secțiune a înfășurării armăturii la alta. Peria de cupru a pârghiei rotative a reostatului se deplasează de-a lungul contactelor.

Pornirea se face cu o scădere consistentă a rezistenței reostatului prin deplasarea pârghiei reostatului de la un contact fix la altul și oprirea secțiunilor.

Pe fig. 99 prezintă diagrama de pornire a DPT cu stimulare paralelă.

+ –

A PA 1 R p

În momentul inițial al pornirii, trebuie introdus reostatul de pornire (R p \u003d max), iar reostatul din circuitul de excitare este scos (R p \u003d 0).

Acest lucru este necesar pentru a crea cel mai mare flux magnetic la pornire. Reostatele de pornire sunt proiectate pentru 4-6 porniri, de aceea este necesar să se asigure că la sfârșitul pornirii, reostatul de pornire R p este

complet retras.

Inversarea DPT se realizează prin schimbarea direcției cuplului. Acest lucru se realizează fie prin schimbarea direcției curentului de armătură, fie a direcției curgerii polilor, adică curentul de excitație I in. De obicei, DCT este inversat prin comutarea capetelor înfășurărilor armăturii.

13.5. Controlul vitezei motoarelor de curent continuu

Pe baza formulei de viteză DPT

avem trei moduri de a controla viteza:

– control reostat- se realizeaza prin modificarea rezistentei totale a circuitului de armatura si a reostatului de pornire; această reglementare este neeconomică și este utilizată pentru motoarele de putere mică;

– reglarea stâlpilor- realizat prin schimbare fluxul magnetic al polilor Ф utilizarea unui reostat în circuitul de înfășurare de excitație;

– reglementarea ancorei- se efectuează prin schimbarea tensiunii de alimentare a armăturii motorului. Folosit în principal pentru motoarele cu excitare independentăși necesită o sursă specială de tensiune reglată, în timp ce reostatul de pornire nu este necesar, deoarece pornirea se realizează la tensiune joasă.

Această din urmă metodă este utilizată pe scară largă în sistemele automate de control.

14. ACTIONARE ELECTRICA

14.1. Conceptul de acționare electrică. Scopul și domeniul de aplicare

Acționare electrică - un set de dispozitive care pun în mișcare mecanisme și instalații de producție care folosesc motoare electrice.

O unitate electrică modernă este un complex electromecanic, care, pe lângă motoarele electrice și mașinile de lucru, include dispozitive pentru transmiterea mișcării de la motor la mașină (de exemplu, o cutie de viteze), convertoare de putere, precum și sisteme de control, în cel mai simplu caz reprezentat de echipamentele de pornire, oprire și control pentru unitatea de acţionare. În plus, echipamentul de control protejează motoarele electrice de supraîncălzire și le oprește atunci când condițiile de funcționare deviază de la normal.

Rezolvarea problemelor unui propulsor electric se rezumă la analizarea funcționării motorului electric proiectat, un studiu de fezabilitate pentru alegerea tipului de motor, sistemul de control al acestuia, calcularea reostatelor de pornire (dacă există) și elaborarea unei aplicații pentru echipamente electrice.

14.2. Caracteristici mecanice și diagrame de sarcină

Pentru implementarea unui proces tehnologic dat, este necesar ca cuplul motor să depășească momentul de rezistență al mecanismului de producție la o anumită viteză de rotație (M BP =M resist ). Îndeplinirea acestei cerințe este posibilă numai dacă caracteristicile mecanice ale motorului electric și caracteristicile mecanice ale mașinii de lucru sunt coordonate.

Caracteristica mecanică a motorului este dependența vitezei sale de rotație de cuplul de pe arbore, iar caracteristica mecanică a mecanismului de producție (mașină de lucru) este dependența vitezei sale de rotație de valoarea cuplului de sarcină.

După tipul de caracteristică mecanică, se pot evalua proprietățile electromecanice ale unui motor electric, adică adecvarea acestuia ca motor pentru o anumită mașină de lucru, deoarece egalitatea

Toate motoarele electrice se bazează pe principiul inducției electromagnetice. Motorul electric constă dintr-o parte fixă ​​- un stator (pentru motoarele de curent alternativ asincrone și sincrone) sau un inductor (pentru motoarele de curent continuu) și o parte mobilă - un rotor (pentru motoarele de curent alternativ asincrone și sincrone) sau o armătură (pentru motoarele de curent continuu) . În rolul unui inductor pe motoarele de curent continuu de putere redusă, se folosesc adesea magneți permanenți.

Toate motoarele, aproximativ vorbind, pot fi împărțite în două tipuri:
motoare de curent continuu
Motoare AC (asincrone și sincrone)

motoare de curent continuu

Aceste motoare cu prezența unui ansamblu perii-colector sunt:

Colector- un dispozitiv electric în care senzorul de poziție a rotorului și comutatorul de curent din înfășurări sunt același dispozitiv - un ansamblu perie-colector.

Fără perii- un sistem electromecanic închis format dintr-un dispozitiv sincron cu distribuție sinusoidală a câmpului magnetic în spațiu, un senzor de poziție a rotorului, un convertor de coordonate și un amplificator de putere. O opțiune mai scumpă în comparație cu motoarele de colecție.

motoare de curent alternativ

Sincron- un motor de curent alternativ, al cărui rotor se rotește sincron cu câmpul magnetic al tensiunii de alimentare. Aceste motoare sunt folosite în mod tradițional la o putere mare (de sute de kilowați și mai mult).
Există motoare sincrone cu mișcare unghiulară discretă a rotorului - motoare pas cu pas. Pentru ei, această poziție a rotorului este fixată prin alimentarea cu energie a înfășurărilor corespunzătoare. Trecerea la o altă poziție se realizează prin eliminarea tensiunii de alimentare de la unele înfășurări și transferarea acesteia la alte înfășurări ale motorului.
Un alt tip de motoare sincrone este un motor cu reluctanță de supapă, a cărui sursă de alimentare a înfășurărilor este formată folosind elemente semiconductoare.

Asincron- un motor cu curent alternativ, la care turația rotorului diferă de frecvența câmpului magnetic de torsiune creat de tensiunea de alimentare, a doua denumire a mașinilor asincrone - inducția este justificată de faptul că curentul din înfășurarea rotorului este indus de câmp rotativ al statorului. Mașinile asincrone formează acum o mare parte a mașinilor electrice. Practic, ele sunt utilizate sub formă de motoare electrice și sunt considerate convertoare cheie de energie electrică în energie mecanică, iar motoarele asincrone cu rotor cu colivie sunt utilizate în principal.

După numărul de faze, motoarele sunt:

• fază singulară
• în două faze
• trei faze

Cele mai populare și populare motoare care sunt utilizate în producție și gospodării:

Motor monofazat asincron cu colivie

Rotorul unui astfel de motor, ca orice alt motor asincron cu rotor cu colivie, este un miez cilindric cu caneluri umplute cu aluminiu, cu lame de ventilație turnate imediat.
Un astfel de rotor se numește rotor cu cușcă de veveriță. Motoarele monofazate sunt utilizate în dispozitive de putere redusă, inclusiv ventilatoare de cameră sau pompe mici.

Motor bifazat cu colivie asincronă

Aceste motoare, printre altele, au un rotor cu colivie, iar utilizarea lor este chiar mai extinsă decât cea a celor monofazate. Există deja mașini de spălat și diverse mașini. Motoarele cu două faze pentru alimentarea cu energie din rețelele monofazate sunt numite motoare cu condensator, deoarece un condensator cu defazare este adesea considerat o parte indispensabilă a acestora.

Motor trifazat cu colivie asincronă

Înfășurările statorice ale unui motor trifazat pot fi conectate conform schemei „stea” sau „triunghi”, în timp ce alimentarea motorului conform schemei „stea” va necesita o tensiune mai mare decât pentru schema „triunghi” și, prin urmare, Pe motor sunt indicate 2 tensiuni, de exemplu: 127/220 sau 220/380. Motoarele trifazate sunt indispensabile pentru conducerea diverselor mașini-unelte, trolii, ferăstrău circular, macarale etc.

Motor asincron trifazat cu rotor de fază

Prin intermediul periilor, inelelor este furnizată tensiune alternativă trifazată, printre altele, iar includerea poate fi efectuată atât direct, cât și prin reostate. Desigur, motoarele cu inele colectoare sunt mai scumpe, deși cuplul lor de pornire sub sarcină este mult mai mare decât cel al motoarelor cu colivie. Din cauza forței supraestimate și a cuplului de pornire uriaș, acest tip de motor și-a găsit uzul în transmisiile pentru ascensoare și macarale, cu alte cuvinte, în cazul în care dispozitivul este pornit sub sarcină și nu la ralanti, ca în motoarele cu cușcă de veveriță. rotor.

Crearea unui flux magnetic pentru a genera un moment. Inductorul trebuie să includă oricare magneți permanenți sau înfăşurare de excitaţie. Inductorul poate face parte atât din rotor, cât și din stator. În motorul prezentat în fig. 1, sistemul de excitație este format din doi magneți permanenți și face parte din stator.

Tipuri de motoare colectoare

După proiectarea statorului, motorul colectorului poate fi și.

Schema unui motor colector cu magneți permanenți

Motorul comutator de curent continuu (KDPT) cu magneți permanenți este cel mai comun dintre KDPT. Acest motor include magneți permanenți care creează un câmp magnetic în stator. Motoarele CC colectoare cu magneți permanenți (KDPT PM) sunt utilizate de obicei în sarcini care nu necesită putere mare. KDPT PM este mai ieftin de fabricat decât motoarele colectoare cu înfășurări de excitație. În acest caz, momentul KDPT PM este limitat de câmpul magneților permanenți ai statorului. KDPT cu magneți permanenți răspunde foarte rapid la schimbările de tensiune. Datorită câmpului constant al statorului, este ușor de controlat viteza motorului. Dezavantajul unui motor de curent continuu cu magnet permanent este că, în timp, magneții își pierd proprietățile magnetice, rezultând un câmp statoric redus și performanța motorului degradată.

Avantaje:
• cel mai bun raport calitate-pret
• cuplu mare la turații mici
• răspuns rapid la schimbările de tensiune

Defecte:
• magneții permanenți își pierd proprietățile magnetice în timp, precum și sub influența temperaturilor ridicate

Motor colector cu înfășurări de excitație

Conform schemei de conectare a înfășurării statorului, motoarele electrice colectoare cu înfășurări de excitație sunt împărțite în motoare:

Schema de excitație independentă

Circuit de excitare paralelă

Circuit de excitație în serie

Schema de excitație mixtă

Motoare independentși excitație paralelă

La motoarele cu excitație independente, înfășurarea de câmp nu este conectată electric la înfășurare (figura de mai sus). De obicei, tensiunea de excitație U OB diferă de tensiunea din circuitul armăturii U. Dacă tensiunile sunt egale, atunci înfășurarea de excitație este conectată în paralel cu înfășurarea armăturii. Utilizarea excitației independente sau paralele în acționarea motorului este determinată de circuitul de acționare. Proprietățile (caracteristicile) acestor motoare sunt aceleași.

La motoarele cu excitație paralelă, curenții de înfășurare de câmp (inductor) și de armătură sunt independenți unul de celălalt, iar curentul total al motorului este egal cu suma curentului de înfășurare de câmp și a curentului de armătură. În timpul funcționării normale, cu creșterea tensiunii alimentare, curentul total al motorului crește, ceea ce duce la o creștere a câmpurilor statorului și rotorului. Odată cu creșterea curentului total al motorului, viteza crește și ea, iar cuplul scade. Când motorul este încărcat curentul de armătură crește, rezultând o creștere a câmpului de armătură. Odată cu creșterea curentului de armătură, curentul inductorului (înfășurarea câmpului) scade, rezultând o scădere a câmpului inductorului, ceea ce duce la o scădere a vitezei motorului și la o creștere a cuplului.

Avantaje:
• cuplu aproape constant la viteze mici
• proprietăți bune de control
• fără pierderi de magnetism în timp (deoarece nu există magneți permanenți)

Defecte:
• mai scump decât KDPT PM
• motorul scapă de sub control dacă curentul inductor scade la zero

Motorul comutatorului cu excitație paralelă are un cuplu descrescător la viteze mari și un cuplu ridicat, dar mai constant la viteze mici. Curentul din bobinările inductorului și armăturii sunt independente unul de celălalt, astfel încât curentul total al motorului este egal cu suma curenților inductorului și armăturii. Ca rezultat, acest tip de motor are performanțe excelente de control al vitezei. Motorul comutator de curent continuu cu câmp paralel este utilizat în mod obișnuit în aplicații care necesită o putere mai mare de 3 kW, cum ar fi aplicațiile auto și industriale. În comparație cu , motorul de șunt nu își pierde proprietățile magnetice în timp și este mai fiabil. Dezavantajele unui motor cu excitație paralelă sunt costul mai mare și posibilitatea ca motorul să scape de sub control dacă curentul inductorului scade la zero, ceea ce, la rândul său, poate duce la defecțiunea motorului.

La motoarele electrice cu excitație în serie, înfășurarea de excitație este conectată în serie cu înfășurarea armăturii, în timp ce curentul de excitație este egal cu curentul armăturii (I c \u003d I a), ceea ce conferă motoarelor proprietăți speciale. La sarcini mici, când curentul armăturii este mai mic decât curentul nominal (I a < I nom) și sistemul magnetic al motorului nu este saturat (Ф ~ I a), cuplul electromagnetic este proporțional cu pătratul curentului din armătură. serpuit, cotit:

• unde M – , N∙m,
• c M - coeficient constant determinat de parametrii de proiectare ai motorului,
• F este fluxul magnetic principal, Wb,
• I a - curent de armătură, A.

Odată cu creșterea sarcinii, sistemul magnetic al motorului este saturat și proporționalitatea dintre curentul I a și fluxul magnetic F este încălcată. Cu o saturație semnificativă, fluxul magnetic Ф practic nu crește odată cu creșterea Ia. Graficul de dependență M=f(I a) în partea inițială (când sistemul magnetic nu este saturat) are forma unei parabole, apoi, atunci când este saturat, se abate de la parabolă și, în zona sarcinilor mari , trece într-o linie dreaptă.

Important: Este inacceptabilă pornirea motoarelor de excitație în serie în rețea în modul inactiv (fără sarcină pe arbore) sau cu o sarcină mai mică de 25% din cea nominală, deoarece la sarcini mici viteza armăturii crește brusc, atingând valori ​​la care este posibilă distrugerea mecanică a motorului, prin urmare, în acționările cu motoare cu excitație secvențială, este inacceptabilă să se utilizeze o transmisie prin curea, dacă se rupe, motorul intră în modul de ralanti. Excepție fac motoarele cu excitație în serie cu o putere de până la 100-200 W, care pot funcționa în modul inactiv, deoarece puterea lor de pierderi mecanice și magnetice la viteze mari este proporțională cu puterea nominală a motorului.

Capacitatea motoarelor cu excitație în serie de a dezvolta un cuplu electromagnetic mare le oferă proprietăți bune de pornire.

Motorul comutatorului de excitație în serie are un cuplu mare la viteze mici și dezvoltă o viteză mare fără sarcină. Acest motor electric este ideal pentru aplicațiile care necesită un cuplu mare (macarale și trolii), deoarece atât curentul statorului, cât și cel al rotorului cresc sub sarcină. Spre deosebire de motoarele de șunt, motorul în serie nu are o caracteristică precisă de control al vitezei, iar în cazul unui scurtcircuit în înfășurarea câmpului, acesta poate deveni incontrolabil.

Motorul cu excitație mixtă are două înfășurări de excitație, una dintre ele este conectată în paralel cu înfășurarea armăturii, iar a doua în serie. Raportul dintre forțele de magnetizare ale înfășurărilor poate fi diferit, dar de obicei una dintre înfășurări creează o forță mare de magnetizare și această înfășurare se numește înfășurare principală, a doua înfășurare se numește auxiliară. Înfășurările de excitație pot fi conectate în coordonare și contor și, în consecință, fluxul magnetic este creat de suma sau diferența forțelor de magnetizare ale înfășurărilor. Dacă înfășurările sunt conectate în conformitate, atunci caracteristicile de viteză ale unui astfel de motor sunt între caracteristicile de viteză ale motoarelor paralele și serie. Contraînfășurările sunt utilizate atunci când este necesar să se obțină o viteză de rotație constantă sau o creștere a vitezei de rotație odată cu creșterea sarcinii. Astfel, performanța unui motor cu excitație mixtă se apropie de cea a unui motor cu excitație paralelă sau în serie, în funcție de care dintre înfășurările de excitație joacă un rol major.

Indiferent de design, orice motor electric este aranjat în același mod: în interiorul unei caneluri cilindrice într-o înfășurare staționară (stator), un rotor se rotește, în care un câmp magnetic este excitat, ducând la respingerea polilor săi din stator.

Menținerea unei repulsie constante necesită fie remutarea înfășurărilor rotorului, așa cum se face la motoarele colectoare, fie crearea unui câmp magnetic rotativ în statorul însuși (un exemplu clasic este un motor trifazat asincron).

Tipuri de motoare electrice și caracteristicile acestora

Eficiența și fiabilitatea echipamentelor depind direct de motorul electric, așa că alegerea acestuia necesită o abordare serioasă.

Un motor electric transformă energia electrică în energie mecanică. Puterea, rotațiile pe minut, tensiunea și tipul de alimentare sunt principalii indicatori ai motoarelor electrice. De asemenea, indicatorii de greutate și dimensiune și energie sunt de mare importanță.

Motoarele electrice au mari avantaje. Deci, în comparație cu motoarele termice de putere comparabilă, motoarele electrice sunt mult mai compacte ca dimensiuni. Sunt perfecte pentru instalarea în spații mici, precum tramvaie, locomotive electrice și mașini-unelte pentru diverse scopuri.

La folosirea acestora nu se emit abur și produse de descompunere, ceea ce asigură curățenia mediului. Motoarele electrice sunt împărțite în motoare DC și AC, motoare pas cu pas, servomotoare și motoare liniare.

Motoarele de curent alternativ, la rândul lor, sunt împărțite în sincrone și asincrone.

• motoare de curent continuu
  Acestea sunt folosite pentru a crea unități electrice reglabile cu performanțe dinamice și operaționale ridicate. Acești indicatori includ uniformitatea ridicată a rotației și capacitatea de reîncărcare. Acestea sunt utilizate pentru a completa mașini de fabricare a hârtiei, vopsire și manipulare, pentru echipamente polimerice, mașini de găurit și unități auxiliare ale excavatoarelor. Adesea sunt folosite pentru echiparea tuturor tipurilor de vehicule electrice.
• 
  Sunt mai solicitate decât motoarele de curent continuu. Ele sunt adesea folosite în viața de zi cu zi și în industrie. Producția lor este mult mai ieftină, designul este mai simplu și mai fiabil, iar funcționarea este destul de simplă. Aproape toate aparatele electrocasnice sunt echipate cu motoare AC. Se folosesc la mașini de spălat, hote de bucătărie etc. În industria la scară largă, acestea sunt utilizate pentru acționarea mașinilor-unelte, trolii pentru deplasarea sarcinilor grele, compresoare, pompe hidraulice și pneumatice și ventilatoare industriale.
• Motoare pas cu pas
  Ele funcționează pe principiul transformării impulsurilor electrice în mișcări mecanice de natură discretă. Cele mai multe echipamente de birou și computere sunt echipate cu ele. Astfel de motoare sunt foarte mici, dar foarte productive. Uneori, acestea sunt solicitate în anumite industrii.
• Servomotoare
  Se referă la motoarele de curent continuu. Sunt de înaltă tehnologie. Munca lor este realizată prin utilizarea feedback-ului negativ. Un astfel de motor este deosebit de puternic și este capabil să dezvolte o viteză mare de rotație a arborelui, a cărei reglare se efectuează cu ajutorul unui software de calculator. Această caracteristică îl face să fie solicitat în echipamentele liniilor de producție și în mașinile industriale moderne.
• Motoare liniare
  Au o capacitate unică de a muta rotorul și statorul în linie dreaptă unul față de celălalt. Astfel de motoare sunt indispensabile pentru funcționarea mecanismelor, a căror funcționare se bazează pe mișcarea de translație și alternativă a corpurilor de lucru. Utilizarea unui motor electric liniar poate crește fiabilitatea și eficiența mecanismului datorită faptului că simplifică foarte mult funcționarea acestuia și elimină aproape complet transmisia mecanică.
• Motoare sincrone
  Sunt un tip de motor AC. Frecvența de rotație a rotorului lor este egală cu frecvența de rotație a câmpului magnetic în spațiul de aer. Sunt folosite pentru compresoare, ventilatoare mari, pompe și generatoare de curent continuu deoarece funcționează cu o viteză constantă.
• Motoare asincrone
  De asemenea, aparțin categoriei motoarelor AC. Frecvența de rotație a rotorului lor diferă de frecvența de rotație a câmpului magnetic, care este creată de curentul înfășurării statorului. Motoarele asincrone sunt împărțite în două tipuri, în funcție de designul rotorului: cu un rotor cu colivie și un rotor de fază. Designul statorului în ambele tipuri este același, diferența este doar în înfășurare.

Motoarele electrice sunt indispensabile în lumea modernă. Datorită lor, munca oamenilor este mult facilitată. Folosirea lor ajută la reducerea costurilor efortului uman și face viața de zi cu zi mult mai confortabilă.

Denumirea seriei motorului:

• AIR, A, 4A, 5A, AD, 7AVER - motoare electrice industriale generale cu putere obligatorie în conformitate cu GOST 51689-2000
• AIS, 6A, IMM, RA, AIS - motoare electrice industriale generale cu putere de legare conform standardului european DIN (CENELEC)
• AIM, AIML, 4VR, VA, AV, VAO2, 1VAO, 3V - motoare electrice rezistente la explozie
• AIU, VRP, AVR, 3AVR, VR - motoare electrice pentru mine antiexplozive
• A4, DAZO4, AOM, DAV, AO4 - motoare electrice de înaltă tensiune

Semnul modificării motorului electric:

• M - motor electric modernizat (de exemplu: ADM63A2U3)
• K - motor electric cu un rotor de fază (de exemplu: 5ANK280A6)
• X - motor electric într-un cadru de aluminiu (de exemplu: 5AMH180M2U3)
• E - motor electric monofazat 220V (de exemplu: AIRE80S2U3)
• H - motor electric de design protejat cu auto-ventilare (de exemplu: 5AN200M2U3)
• F - motor protejat cu răcire forțată (de exemplu: 5AF180M2U3)
• C - motor electric cu alunecare crescută (de exemplu: AIRS180M4U3)
• B - motor electric încorporat (de exemplu: ADMV63V2U3)
• P - motor electric cu cuplu de pornire crescut (de exemplu: AIRR180S4U3)
• P - motor electric pentru antrenarea ventilatoarelor în fermele de păsări ("casă de păsări") (de exemplu: AIRP80A6U2)

Versiunea climatică general acceptată a GOST - se aplică tuturor tipurilor de mașini, dispozitive, motoare electrice și alte produse tehnice. Decodificarea completă a denumirii este dată mai jos.

Scrisoarea desemnează zona climatică

• U - climat temperat;
• T - climat tropical;
• CL - clima rece;
• M - climat maritim temperat rece;
• O - versiune climatică generală (cu excepția celei marine);
• OM - versiune marină climatică generală;
• B - versiune pentru toate climatele.

• 1 - în aer liber;
• 2 - sub baldachin sau în interior, unde condițiile sunt aceleași ca în aer liber, cu excepția radiației solare;
• 3 - în interior fără reglarea artificială a condițiilor climatice;
• 4 - interior cu reglare artificială a condițiilor climatice (ventilație, încălzire);
• 5 - în încăperi cu umiditate ridicată, fără reglarea artificială a condițiilor climatice

În funcție de tipul de lucru, aceste motoare sunt împărțite în:

• motoare sincrone;
• motoare asincrone;

După numărul de faze, motoarele sunt:

• fază singulară
• în două faze
• trei faze

Diferența fundamentală este că la mașinile sincrone armonica 1 a forței magnetomotoare a statorului se mișcă cu viteza de rotație a rotorului (prin urmare, rotorul însuși se rotește cu viteza de rotație a câmpului magnetic din stator), în timp ce la mașinile asincrone există și rămâne o diferență între viteza de rotație a rotorului și viteza de rotație a câmpului magnetic din stator (câmpul se rotește mai repede decât rotorul).

Rotorul unui astfel de motor electric este un cilindru metalic, în ale cărui caneluri, la un unghi față de axa de rotație, sunt presate sau umplute fire conductoare, la capetele rotorului unite prin inele într-un singur întreg. Câmpul magnetic alternant al statorului se excită în rotor, asemănător cu o roată de veveriță, un contracurent și, în consecință, un câmp magnetic care îl respinge din stator.

În funcție de numărul de înfășurări statorice, un motor asincron poate fi:

• fază singulară- în acest caz, principalul dezavantaj al motorului este imposibilitatea autopornirii, deoarece vectorul forță de respingere trece strict prin axa de rotație. Pentru a porni motorul, este necesară fie o apăsare de pornire, fie includerea unei înfășurări de pornire separată, care creează un moment suplimentar de forță care deplasează vectorul lor total în raport cu axa armăturii.
• Motor electric bifazat are două înfășurări în care fazele sunt deplasate cu un unghi corespunzător unghiului geometric dintre înfășurări. În acest caz, în motorul electric este creat un așa-numit câmp magnetic rotativ (scăderea intensității câmpului în polii unei înfășurări are loc sincron cu creșterea acesteia în cealaltă). Un astfel de motor devine capabil de pornire automată, dar are dificultăți în mers înapoi. Deoarece rețelele bifazate nu sunt utilizate în sursa de alimentare modernă, de fapt, motoarele electrice de acest fel sunt utilizate în rețelele monofazate cu includerea celei de-a doua faze printr-un element de defazare (de obicei un condensator).
• Motor electric asincron trifazat- cel mai avansat tip de motor asincron, deoarece are posibilitatea de inversare ușoară - schimbarea ordinii de pornire a înfășurărilor de fază modifică direcția de rotație a câmpului magnetic și, în consecință, rotorul.

Motoarele cu comutator de curent alternativ sunt utilizate în cazurile în care sunt necesare viteze mari (motoarele asincrone nu pot depăși viteza de rotație a fluxului magnetic în stator - pentru o rețea industrială de 50 Hz aceasta este 3000 rpm). În plus, acestea câștigă în cuplu de pornire (aici este proporțional cu curentul, nu cu rotații) și au mai puțin curent de pornire, supraîncărcând mai puțin rețeaua la pornire. De asemenea, vă permit să vă gestionați cu ușurință cifrele de afaceri.

Dezavantajul acestor avantaje este costul ridicat (necesită fabricarea unui rotor cu miez stivuit, mai multe înfășurări și un colector, care este și mai greu de echilibrat) și o resursă mai scurtă. Pe lângă necesitatea înlocuirii regulate a periilor lavabile, colectorul în sine se uzează în timp.

Un motor electric sincron are particularitatea că câmpul magnetic al rotorului nu este indus de câmpul magnetic al statorului, ci de propria înfășurare conectată la o sursă separată de curent continuu. Din acest motiv, frecvența de rotație a acestuia este egală cu frecvența de rotație a câmpului magnetic al statorului, de la care provine însuși termenul „sincron”.

La fel ca un motor de curent continuu, un motor sincron de curent alternativ este reversibil: atunci când tensiunea este aplicată statorului, funcționează ca un motor electric; atunci când este rotit de la o sursă externă, el însuși începe să excite curent alternativ în înfășurările de fază. Principalul domeniu de utilizare pentru motoarele sincrone este unitățile de putere mare. Aici, o creștere a eficienței față de motoarele electrice asincrone înseamnă o reducere semnificativă a pierderilor de energie.

Motoarele sincrone sunt folosite și în vehiculele electrice. Cu toate acestea, în acest caz, sunt necesare convertoare de frecvență puternice pentru a controla viteza, dar în timpul frânării, energia poate fi returnată în rețea.

Deoarece curentul continuu nu este capabil să creeze un câmp magnetic în schimbare, asigurarea unei rotații continue a rotorului necesită re-comutarea forțată a înfășurărilor sau o schimbare discretă a direcției câmpului magnetic.

Cea mai veche metodă cunoscută este utilizarea unui colector electromecanic. În acest caz, armătura motorului electric are mai multe înfășurări multidirecționale conectate la lamelele colectoare situate în poziția corespunzătoare față de perii. În momentul pornirii energiei, apare un impuls în înfășurarea conectată la perii, după care rotorul se rotește, iar o nouă înfășurare este pornită în același loc față de polii statorului.

Deoarece magnetizarea statorului nu se modifică în timpul funcționării unui motor de colector de curent continuu, se pot folosi magneți permanenți puternici în locul unui miez cu înfășurări, ceea ce va face motorul mai mic și mai ușor.

Aceste motoare cu prezența unui ansamblu perii-colector sunt:

• Colector- un dispozitiv electric în care senzorul de poziție a rotorului și comutatorul de curent din înfășurări sunt același dispozitiv - un ansamblu perie-colector.
• Fără perii- un sistem electromecanic închis format dintr-un dispozitiv sincron cu distribuție sinusoidală a câmpului magnetic în spațiu, un senzor de poziție a rotorului, un convertor de coordonate și un amplificator de putere. O opțiune mai scumpă în comparație cu motoarele de colecție.

Motorul colector nu este lipsit de o serie de dezavantaje. Aceasta:

• un nivel ridicat de interferență, atât transmise rețelei de alimentare la comutarea înfășurărilor armăturii, cât și perii excitate de scântei;
• uzura inevitabila a comutatorului si a periilor;
• zgomot crescut în timpul funcționării.

Electronica modernă de putere a făcut posibilă scăparea de aceste deficiențe prin utilizarea așa-numitului motor pas cu pas - în el, rotorul are o magnetizare constantă, iar un dispozitiv extern schimbă secvențial direcția curentului în mai multe înfășurări ale statorului. De fapt, pentru un singur impuls de curent, rotorul se rotește printr-un unghi fix (pas), de unde provine denumirea acestui tip de motoare electrice.

Motoarele pas cu pas sunt silențioase și, de asemenea, vă permit să reglați atât cuplul (amplitudinea pulsului), cât și rotațiile (frecvența) pe cea mai largă gamă și sunt, de asemenea, ușor inversate prin schimbarea ordinii semnalelor. Din acest motiv, ele sunt utilizate pe scară largă în servomotorizări și automatizări, dar puterea lor maximă este determinată de capacitățile circuitului de control al puterii, fără de care motoarele pas cu pas sunt inoperabile.

Motor electric monofazat asincron

Dispozitivul este un motor electric asincron în care există o singură înfășurare de lucru pe stator. Echipamentul este proiectat pentru a fi conectat la o rețea de curent alternativ monofazată. Unitatea este utilizată pentru completarea sistemelor de antrenare ale aparatelor industriale și de uz casnic de putere mică - pompe, mașini-unelte, mașini de tocat, storcatoare, mașini de tocat carne, ventilatoare, compresoare etc.

Avantajele acestui echipament:

• design simplu;
• utilizarea economică a energiei electrice;
• versatilitate (un motor electric monofazat este utilizat în multe zone industriale);
• nivel acceptabil de vibrații și zgomot în timpul funcționării;
• durată de viață crescută;
• rezistenta la diferite tipuri de suprasarcini.

Un avantaj separat al motoarelor electrice monofazate ale acestor producători este capacitatea de a conecta unitatea la o rețea de 220 de volți. Datorită acestui fapt, dispozitivul poate fi folosit nu numai în producție, ci și pentru rezolvarea sarcinilor de zi cu zi casnice. Motoarele electrice asincrone monofazate prezentate sunt ușor de conectat și nu necesită întreținere specială

Motor electric trifazat asincron

Unitatea este un motor de curent alternativ asincron, format dintr-un rotor și un stator cu trei înfășurări. Dispozitivul este proiectat pentru a fi conectat la o rețea de curent alternativ trifazat. Acest motor electric asincron și-a găsit o largă aplicație în industrie: este adesea folosit pentru a completa echipamente puternice, cum ar fi compresoare, concasoare, mori și centrifuge. În plus, unitatea este inclusă în proiectarea multor dispozitive de automatizare și telemecanică, dispozitive medicale, precum și diverse mașini-unelte și ferăstrău destinate uzului casnic.

Printre avantajele dispozitivelor prezentate trebuie remarcate:

• rate ridicate de eficiență și productivitate;
• versatilitate (un motor electric asincron trifazat este utilizat în diverse domenii de activitate);
• nivel scăzut de vibrații și zgomot în timpul funcționării;
• carcasă ușoară, dar în același timp fiabilă și rezistentă la uzură;
• respectarea cerințelor stricte ale standardelor europene de calitate.

În plus, motoarele asincrone trifazate sunt ușor de instalat și au o durată de viață lungă. Este de remarcat faptul că pe modelele unor producători pot fi instalate module suplimentare la cererea clientului. De exemplu, motoarele electrice trifazate din seria BN pot fi echipate cu un sistem de răcire forțată, care permite unității să funcționeze fără probleme și eficient la viteze mici.

mirprivoda.ru, eltechbook.ru