Теория электромагнетизма, ключевая для процессов, происходящих в электрическом двигателе, является слишком сложной, поэтому, чтобы понять принцип действия электродвигателя в общем, будет достаточно упрощённого объяснения теоретических основ.
Для последовательного перехода к пониманию превращения электрической энергии в механическую, необходимо освежить в памяти базовые понятия из школьного курса физики:
Эти блендеры позволяют, среди прочего, быстро приготовить пюре, коктейли или гранит.
Изображение общественного достояния Поскольку компьютер управляет двигателем вместо угольных щеток, он более точен. Компьютер также может учитывать скорость двигателя в уравнении. Это делает бесщеточные двигатели более эффективными. Нет искр и гораздо меньше электрических шумов. Нет древесного угля. С электромагнитами на статоре их очень легко охладить. У вас может быть много электромагнитов на статоре для более точного управления. Единственным недостатком бесщеточного двигателя является его более высокая начальная стоимость, но вы можете часто восстанавливать эту стоимость с максимальной эффективностью в течение всего времени двигатель.
Катушки асинхронного электродвигателя называют обмотками, которые располагаются в пазах статора. У трехфазных асинхронных моторов имеются одинаковые фазные обмотки, размещённые симметрично друг к другу, и их оси образуют угол 120º.
Бесщеточный двигатель работает по сравнению с традиционным двигателем кисти Бесщеточный двигатель состоит из постоянных магнитов на роторе и трехфазной обмотки на статоре. Просто пропустите ток через часть обмотки, чтобы создать магнитное поле, которое привлечет магниты и выровнят их с магнитным полем.
Обмотка, как правило, трехфазная, т.е. состоит из 3 групп взаимосвязанных катушек. После последовательной подачи групп катушек ротор будет каждый раз совмещаться с полями и вращаться. Двигатель прост, но электронный контроль более сложный. Действительно, в каждый момент необходимо знать положение ротора и посылать ток в группы катушек.
Синусоида каждой фазы обмотки двигателя
Как известно, синусоида тока каждой фазы, относительно предыдущей, сдвинута на треть периода, из-за чего силы магнетических потоков в обмотках изменяются по такому же принципу. Сложив векторы направленности электромагнетического поля в отдельно взятый момент времени, можно получить суммарный магнитный поток.
Это преобразует ток постоянного тока в трехфазный ток переменной частоты и последовательно подает катушки для создания вращающегося поля и, следовательно, вращения. Этот электронный модуль также способен непрерывно регулировать ток для работы двигателя в зоне максимальной эффективности. Этот электронный модуль управления либо напрямую интегрирован с двигателем для небольших мощностей, либо встроен в корпус, закрепленный на двигателе.
Вращение, угли последовательно контактируют с этими рейками, которые будут передавать постоянный ток на катушки. Электрическая коммутация проста, но трение углей на коллекторе приводит к потере, нагреву коллектора и неизбежному износу этого. Сервомеханизмы станков и робототехники, где они заставили машины постоянного тока исчезнуть.
Складывая данные векторы через разные интервалы периода можно заметить, что направление суммарного магнитного потока вращается синхронно колебаниям тока. Данные вращения магнетического потока можно рассматривать как вращающийся постоянный подковообразный магнит.
Эти двигатели также оснащены новейшими электромобилями. Они также широко используются в создании моделей для перемещения модельных самолетов, вертолетов. Они тише, чем мощенные двигатели. Они также находятся в моторизации спутниковых антенн. Статор двигателя статора кольца имеет несущую раму, в которую вставлена магнитная цепь. Он состоит из силиконовых круглых динамо-колец и взаимно изолирован либо лаком, либо слоем диффузного изолятора.
Для большего просмотра нажмите. Схема проектирования асинхронного двигателя. Изоляция листов блокирует потерю вихревых токов, генерируемых в проводящих материалах в переменном магнитном поле. Магнитная цепь зажимается в раме полосами или болтами и снимается в осевом направлении. Продольные канавки для обмотки формируются вдоль внутренней поверхности.
Таким образом, принцип работы двигателя переменного тока (синхронного или асинхронного) состоит в создании вращающегося электромагнитного поля статора.
Если для опыта подковообразный магнит прикрепить на ось вращения, то любой металлический предмет, закреплённый между полюсами на независимой оси, будет двигаться синхронно. Логично будет поместить в центр статора с трехфазными обмотками ротор в виде постоянного магнита, чтобы получить синхронный электродвигатель.
Обмотка статора представляет собой барабан, что означает, что он образован катушками, обе активные стороны которых лежат на поверхности цилиндрической поверхности внутренней поверхности статора. Пример катушки обмотки барабана. Они примерно на один полюс разнесены. Катушки больших двигателей, как правило, изготовлены из медной изоляции, армированной стекловолокном, с динамической изоляцией, с малыми и малыми двигателями, выполненными из круглого поперечного сечения, изолированного эмалью.
Канавки, на которых наматывается обмотка, могут быть открытыми, полузакрытыми или закрытыми. Открытые канавки обычно используются на больших машинах для более высоких напряжений, так как они обеспечивают идеальную изоляцию катушек в неметаллах. Катушки формируются в окончательной форме и заклиниваются изоляционными клиньями трапециевидного поперечного сечения. Недостатком открытых канавок является неоднородность магнитного поля в точке открытия, что увеличивает потери в магнитной цепи. Чтобы подавить эти неблагоприятные эффекты, необходимо выбрать больший воздушный зазор между статором и ротором.
Синхронный электродвигатель
Но, даже если использовать мощные современные магниты, вихревые токи, образующиеся при переменном электромагнитном поле, будут нагревать ротор, тем самым лишая его магнитных свойств, которые зависят от температуры постоянного магнита. В отношении статора данную проблему решили, собрав сердечник в виде пластин из специальной электротехнической стали.
Полузамкнутые канавки подходят для небольших и небольших машин. Катушки либо наматываются механически, либо вручную непосредственно в канавки, облицованные изоляцией или предварительно намотанными и разрезают в канавки. Закрытые канавки встречаются практически только на специальных двигателях. Они позволяют уменьшить ток, необходимый для возбуждения магнитного поля двигателя. Катушки намотаны так называемой строчкой - провод проходит через паз. Недостатком является высокая стоимость намотки и возможность разрушения изоляции проводника.
Статор собран из листов электротехнической стали. а) Собранный вид, б) сам статор
Собрать таким способом ротор в виде пластинчатого постоянного магнита невозможно, поэтому использовали катушки возбуждения, являющиеся постоянным электромагнитом. Данный принцип действия электродвигателя является синхронным – роторный вал движется синхронно с электромагнитным полем статора, пребывающим во вращении.
В зависимости от количества боковых сторон в канавке выделяются однослойные и двухслойные обмотки. Наиболее часто используется двухслойная обмотка. В каждой канавке имеются две стороны катушки, обычно над друг другом, так что каждая катушка имеет одну активную сторону сверху, а другую в нижнем слое. Однослойная обмотка похожа на двухслойную, причем разница в том, что активные стороны катушек, которые лежат в одной канавке в двухслойной обмотке, лежат на однослойной обмотке в двух соседних канавках.
Двойной слой и обмотка одиночного слоя. Обмотка разделена на три фазы, так что в каждом шаге полюса имеется три группы катушек, принадлежащих отдельным фазам. Оси фазы сдвигаются на 120 °, а фазовая последовательность одинакова на всех полюсных полюсах. Чаще всего используется так называемая «обрезанная» обмотка - она может быть получена из непрерывной обмотки якорных двигателей.
В асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором нужно выделить два ключевых момента:
Рассмотреть процессы возникновения магнетического поля ротора нужно с момента запуска двигателя. Электромагнитное поле статора начинает вращение сразу же после подачи напряжения на статорные обмотки. Вал ротора находится в это время в состоянии покоя, и в его витках индуцируется переменный ток с частотой вращения поля.
Обмотка переменного и постоянного тока. Рассмотренные двигатели имеют подавляющую двухслойную обмотку, что позволяет устранить нежелательные эффекты пространственных высших гармоник в магнитном поле. Обмотка с одной катушкой не позволяет усекать шаг. Ротор имеет стальной кованый вал или прокатанную или вытянутую сталь. Большие диаметры двигателей имеют сварные ребра или плечи, причем большой диаметр используется для поддержки звезды.
На валу, ребро, плечо или звезду сформирована магнитная цепь, состоящая из кольцевых выступов вышеупомянутых динамоплетов, обычно толщиной 0, 5 мм. Наружная поверхность кольцевого пространства снабжена канавками для приема обмоток. Обмотка ротора представляет собой трехфазный, идентичный тип, как обмотка статора, с таким же количеством полюсов. Обычно они отличаются рекомендуемым количеством канавок, что оказывает положительное влияние на предотвращение появления более высоких гармоник в магнитном поле, ухудшая свойства двигателя.
В каждый момент времени, при прохождении полюса вращающегося электромагнитного поля около отдельно взятого короткозамкнутого витка, в нём создаётся взаимодействующее магнитное поле, которое стремится притянуть роторный виток вслед удаляющемуся полюсу движущегося электромагнитного поля.
Форма шлица, конструкции обмотки катушки и их клинья подобны формам статора. Обмотка ротора чаще всего соединена со звездой, тянущейся к трем сборным кольцам. Воздушный зазор двигателя выбирается настолько маленьким, насколько его длина достигает десятых долей миллиметра, при больших машинах не более 1% от диаметра сверления. В зависимости от конструкции двигателя и технологических возможностей производителя.
Сборные кольца обычно устанавливаются на стальной корпус, прикрепленный к валу. Они стали или бронзы и изолированы друг от друга. Обмотки двигателя соединены осевыми изолированными клеммами. К коллекционным кольцам прикреплены щеточные или катодографические щетки. Они преобразуют ток ротора в внешние цепи, используемые для управления двигателем. Они взаимно изолированы и поддерживается с помощью специальной конструкции, закрепленной на опорной плите, блок подшипника или подшипникового щита двигателя.
Данные процессы происходят во всех короткозамкнутых витках при вращении поля вокруг них, из-за чего появляется суммарный вращательный момент роторного вала. Таким образом, принцип работы электродвигателя асинхронного типа состоит во взаимодействии электромагнитных полей статора и ротора.
Кисти постоянно прикрепляются к кольцам только для двигателей, скорость вращения которых регулируется внешними цепями ротора. В подавляющем большинстве случаев мотор с прикрепленными щетками работает только. По завершении старта кольца обрезаются вместе, а кисти наклонены, обеспечивая специальный механизм. Соединитель короткого замыкания формирует контакты на корпусе, скользит по валу и запускает двигатель.
Электрический велосипед - современная альтернатива традиционному велосипеду. В отличие от классических «братьев», электрические велосипеды помогают ездить, потому что у них есть электрический двигатель, встроенный в колесо. Электрический велосипед молчит и позволяет ездить без лишних усилий на велосипеде. Электрические велосипеды широко используются в мире - они используются как старшими, так и более молодыми пользователями. Электрический велосипед - идеальный автомобиль в переполненном городском районе и отличная идея для отдыха.
По мере набора оборотов валом двигателя, частота пересечения короткозамкнутых роторных витков силовых линий вращающегося магнитного потока будет уменьшаться. Вал двигателя будет стремиться догнать вращающееся поле.
Но, как только роторный вал и статорное поле установятся в состоянии покоя относительно друг друга, короткозамкнутые витки перестанут пересекать силовые линии электромагнитного поля, а значит, в них не будет индуцироваться электрический ток. Исчезновение ЭДС в витках ротора приведёт к потере момента вращения. Данное состояние электродвигателя называют идеальным холостым ходом.
Двигатель запускается автоматически при запуске педалирования. Умный контроллер дает вам столько энергии, сколько вам нужно - чем быстрее педали отмечаются, тем больше они тем медленнее. Если вы хотите остановить велосипед, нажмите рычаг тормоза или стоп-педали. Двигатель автоматически отключится.
Электрический велосипед - отличное транспортное средство для города. На велосипеде вокруг пробок вы быстро добираетесь до работы или дома. Используйте велосипед в стандартном режиме, при выключенном двигателе. Небольшой вес велосипеда также облегчает вам отслеживание педалей. Как только вы устанете, вы можете сжать мышцы силой двигателя!
Но в реальных условиях, сила трения будет приводить к потере инерции, и ротор электродвигателя будет запаздывать по отношению к пребывающему во вращении статорному полю, что вызовет возникновение ЭДС в короткозамкнутых витках из-за их пересечения силовых линий магнитного потока.
Каждый электрический велосипед имеет три основных элемента, которые ускоряют его. Это: аккумулятор, электродвигатель и электронный контроллер, который контролирует общее время движения. В дополнение к механизму ускорения электрический велосипед в своей структуре ничем не отличается от традиционных велосипедов, известных нам в течение многих лет.
Батарея на электрическом велосипеде является самым важным источником энергии для нашей езды. Литий-ионная батарея рассчитана в среднем на 500 партий. Если он используется дольше, его мощность может быть уменьшена, поэтому рекомендуется заменить его. Таким образом, емкость батареи зависит от максимального количества километров, передаваемых за загрузку. Это максимально допустимая мощность Европейского Союза.
Данный эффект называют скольжением ротора относительно поля статора, с которым он никогда не сможет установиться в состоянии покоя и вращаться с ним синхронно.
Поэтому такие двигатели называют асинхронными (не синхронными). Иными словами, принцип работы двигателя с короткозамкнутым ротором состоит в эффекте скольжения, являющегося необходимым для возникновения ЭДС в роторных витках.
Очевидно, что максимальная ЭДС в короткозамкнутых витках будет наводиться в момент запуска, но шихтованный роторный магнитопровод не рассчитан на столь частое перемагничивание, поэтому в данном режиме КПД электродвигателя и его вращательный момент будет низким.
С другой стороны, при приближении к синхронному движению роторного вала и поля статора, ЭДС будет приближаться к нулю, что также приведёт к исчезновению момента. Поэтому асинхронный электродвигатель, имеющий короткозамкнутые роторные витки, рассчитывают таким образом, чтобы коэффициент скольжения
составлял 2÷5%. В данных пределах характеристики мотора будут максимальными.
По конструкции асинхронные двигатели подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (последние называют также двигателями с контактными кольцами). Рассматриваемые двигатели име ют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь выполнением обмотки ротора.
Двигатели с короткозамкнутым ротором. На статоре (рис. 5.3) расположена трехфазная обмотка, которая при подключении к сети трехфазного тока создает вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки, является короткозамкнутой и никаких выводов не имеет.
«Беличья клетка» состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 5.4, а). Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции. В двигателях малой и средней мощности «беличью клетку» обычно получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора (рис. 5.4, б). Вместе со стержнями «беличьей клетки» отливают короткозамыкающие кольца и торцовые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины. Для этой цели особенно пригоден алюминий, обладающий малой плотностью, легкоплавкостью и доста точно высокой электропроводностью. В машинах большой мощности пазы короткозамкнутого ротора выполняют полузакрытыми, в машинах малой мощности-закрытыми. Обе формы паза позволяют хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивают потоки рассеяния и индуктивное сопротивление роторной обмотки.
В двигателях большой мощности «беличью клетку» выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца (рис. 5.4, в). Различные формы пазов ротора показаны на рис. 5.4, г.
В электрическом отношении «беличья клетка» представляет собой многофазную обмотку, соединенную по схеме Υ и замкнутую накоротко. Число фаз обмотки т 2 равно числу пазов ротора z 2 , причем в каждую
Рис. 5.3. Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым
ротором:
1 - корпус; 2 - сердечник статора; 3 - сердечник ротора; 4 - обмотка
ротора «беличья клетка»; 5 - обмотка статора; 6 -вентиляционные лопатки
ротора; 7 - подшипниковый щит; 8 - кожух вентилятора; 9 - вентилятор
фазу входят один стержень и прилегающие к нему участки короткоза- мыкающих колец.
Часто асинхронные двигатели с фазным и коротко замкнутым ротором имеют скошенные пазы на статоре или роторе. Скос пазов делают для того, чтобы уменьшить высшие гармонические ЭДС, вызванные пульсациями магнит ного потока из-за наличия зубцов, снизить шум, вызываемый магнитными причинами, устранить явление прилипания ротора к статору, которое иногда наблюдается в микро двигателях.
Рис. 5.4. Конструкция короткозамкнутого ротора:
1 -сердечник ротора; 2 - стержни; 3 - лопасти вентилятора; 4 - короткозамы-
кающие кольца
Двигатели с фазным ротором (рис. 5.5, а). Обмотка статора выполнена так же, как и в двигателях с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет трехфазную обмотку с тем же числом полюсов. Обмотку ротора обычно соединяют по схеме Y , три конца которой выводят к трем контактным кольцам (рис. 5.5, б), вращающимся вместе с валом машины. С помощью металлографитных щеток, скользящих по кон тактным кольцам, в ротор включают пусковой или пускорегулирующий реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводят добавочное активное сопротивление.
Для уменьшения износа колец и щеток двигатели с фаз ным ротором иногда имеют приспособления для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата. Однако введение этих приспособлений усложняет конструкцию электродвигателя и несколько снижает надежность его работы, поэтому обычно применяют конструкции, в которых щетки постоянно соприкасаются с контактными кольцами. Основные конструктивные элементы двигателя с фазным ротором приведены на рис. 5.6.
Области применения двигателей различных типов. По конструкции двигатели с короткозамкнутым ротором про ще двигателей с фазным ротором и более надежны в эксплуатации (у них отсутствуют кольца и щетки, требующие систематического наблюдения, периодической
Рис. 5.5. Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором (а)
и схема его включения (б):
1 - обмотка статора; 2 - сердечник статора; 3 - корпус; 4 - сердечник ротора; 5 - обмотка ротора; 6 -вал; 7-кольца; 8 -пусковой реостат
замены и пр.). Основные недостатки этих двигателей - сравнительно небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток. Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты (электроприводы металлообрабатывающих станков, вентиляторов и пр.). Асинхронные двигатели малой мощности и микродвигатели также выполняют с короткозамкнутым ротором.
Как показано ниже, в двигателях с фазным ротором имеется возможность с помощью пускового реостата увеличивать пусковой момент до максимального значения и уме ньшать пусковой ток. Следовательно, такие двигатели можно применять для привода машин и механизмов,
Рис. 5.6. Статор и ротор асинхронного двигателя с фазным ротором:
1 - обмотка статора; 2 -корпус; 3 -сердечник статора; 4 - коробка с выводами; 5 - сердечник ротора; 6 - обмотка ротора; 7 - контактные кольца
которые пускают в ход при большой нагрузке (электроприводы грузоподъем-ных машин и пр.).
