Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Электродвигатели, используемые в составе ЭМССтр 1 из 9Следующая ⇒
Электродвигатели, используемые в составе ЭМС
В мире примерно 300 млн. промышленных электродвигателей [42]. Предполагается, что студенты на более ранних курсах ознакомились с устройством и принципом действия основных типов электродвигателей, и этим вопросам здесь уделено незначительное внимание.
Асинхронные электродвигатели Самый распространенный тип электромеханических преобразователей (ЭМП), используемый в двигательном режиме. Асинхронные электродвигатели (АД) составляют: - по доле от числа всех выпущенных электрических машин – не менее 80%; - по доле от установленной мощности всех выпущенных электрических машин – 55-60%. Мощность серийно производимых асинхронных двигателей: от нескольких десятков ватт до 15000 киловатт при напряжениях обмотки статора до 6 кВ [41]. По прогнозам ученых АД останется главным в электроприводе, по крайней мере, до середины XXI века [36]. В иностранной литературе асинхронные машины называют также индукционными машинами, вследствие того, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Два основных исполнения АД: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.
АД с короткозамкнутым ротором. Самый распространенный тип конструкции АД (рис.14.1).
Рис. 14.1. АД с короткозамкнутым ротором [21]
Рис. 14.2. Короткозамкнутая обмотка АД [12] и клетка для белки [13] Короткозамкнутая обмотка (рис.14.2 а) ротора состоит из стержней 3, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Такая обмотка напоминает "беличье колесо" (рис.14.2 в), поэтому ее часто называют " обмотка в виде "беличьей клетки ".
Основные достоинства: - бесконтактность; - простота и технологичность конструкции; - невысокая стоимость; - высокая надежность.
Основные недостатки а) Недостатки, присущие АД с короткозамкнутым ротором: - сложность регулирования частоты вращения; - большие пусковые токи; - малые пусковые моменты
б) Общие недостатки с АД с фазным ротором: - чувствительность к изменению напряжения сети (момент пропорционален квадрату напряжения); - невысокие значения коэффициента мощности – то же самое имеет место быть и в АД с фазным ротором. На перемагничивание ротора (и его обмотки) асинхронного двигателя, необходимое по принципу действия, затрачивается реактивная мощность (независимо от момента нагрузки). Чем реактивная мощность больше, тем коэффициент мощности меньше. - максимальная частота вращения двигателя, работающего без преобразователя частоты, ограничена частотой сети; для АД, питаемых непосредственно от трёхфазной сети 50 Гц — это 3000 об/мин (n ), что не всегда бывает достаточно.
14.1.1.3. Области применения: 1) До недавнего времени АД с короткозамкнутым ротором использовались только в нерегулируемом электроприводе, где им равных не было [40]. Особенно интересным является применение такого электропривода в традиционно нерегулируемых насосах, вентиляторах, компрессорах. Как показывает опыт, это техническое решение позволяет экономить до 50% электроэнергии, до 20% воды и более 10% тепла [40]. 2) Переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому во многих технологиях рассматривается как основное направление развития электропривода, поскольку при этом существенно повышается качество технологических процессов и экономится до 30% электроэнергии. Это определяет перспективы развития частотно-регулируемого электропривода [40]. Для широкого применения в регулируемом электроприводе, АД должен на равных соперничать в этом отношении с коллекторными двигателями постоянного тока (КДПТ). А для этого был необходим эффективный способ регулирования его частоты вращения. Таким способом является частотное регулирование - изменение частоты и величины напряжения, приложенного к статорным обмоткам АД. Практическая реализация этого способа до последнего времени и была затруднена. В настоящее время, благодаря успехам электроники, ситуация кардинально изменилась. Появились качественные и недорогие серийные преобразователи частоты, и частотно-регулируемый асинхронный электропривод стал одним из основных типов регулируемого электропривода, вытесняя из ряда областей регулируемый ДПТ [40].
АД с фазным ротором
Часть достоинств и недостатков, свойственных АД с короткозамкнутым ротором, присущи и АД с фазным ротором. Выделим достоинства и недостатки, относящиеся только к АД с фазным ротором.
14.1.2.1. Достоинства: 1) Возможность улучшения пусковых свойств. Подключение дополнительного сопротивления к обмотке ротора при пуске позволяет получить большой пусковой момент и ограничить пусковой ток. Если по мере разгона поочередно отключать группы резисторов, то момент и ток будут изменяться в определенных пределах. Введение добавочных резисторов позволяет реализовать плавный, без больших ускорений пуск двигателя. 2) Возможность дополнительного канала регулирования частоты вращения. Введение добавочных резисторов в цепь ротора позволяет регулировать частоту вращения АД. Необходимо, правда, отметить, что такой способ регулирования частоты вращения обладает рядом существенных недостатков (об этом ниже). 3) Меньшие электрические потери в обмотках при переходных процессах по сравнению с КЗ АД. 4) Меньшее выделение потерь энергии в двигателе (поскольку часть потерь выделяется в добавочных резисторах, которые могут быть вынесены за пределы двигателя). Это может быть востребовано в АД, в которых необходимо реализовать повышенное сопротивление цепи ротора (актуально для АД с большой частотой включения, при которой АД с КЗ ротором не проходят по нагреву или не дают требуемых характеристик динамического торможения). В этих случаях в цепь ротора на постоянной основе включают резисторы с сопротивлениями 0,15-0,4 от номинального. Получается как бы АД с КЗ ротором, но с вынесенными электрическими потерями в роторе [53].
Недостатки: 1) Худшие показатели по стоимости, массе и габаритным размерам по сравнению с АД с короткозамкнутым ротором. При одинаковом исполнении и одинаковой синхронной скорости по массе он на 8-10% тяжелее, а по стоимости на 30-50% дороже. 2) Худшие показатели по надежности. Наличие скользящих контактов снижает надежность АД с фазным ротором и усложняет эксплуатацию.
Области применения Этот тип АД применяется значительно реже, чем АД с короткозамкнутым ротором. АД с фазным ротором находят применение в тех областях, где востребованы их свойства, относящиеся к достоинствам, а именно, там, где: 1) регулирование скорости осуществляется в относительно небольших пределах (напр. привод подъемного крана); 2) необходим плавный пуск; 3) требуются хорошие тормозные качества; 4) требуется ограничение токов в переходных процессах. То есть в приводах с тяжелыми условиями пуска и в механизмах, работа которых связана с частыми пусками и торможениями. Пример: крановый привод [40]. Отметим, что эти задачи можно было бы выполнить и при частотном управлении АД с короткозамкнутым ротором, но более сложным и дорогостоящим образом. И там, где хочется эти задачи выполнить пусть не так качественно, но с наименьшими затратами, применяют АД с фазным ротором.
Серийные АД Как правило, АД выпускаются большими сериями. Серия – это группа однотипных машин различной мощности с параметрами и характеристиками, подчиняющимися определенным законам [7]. Серия АИ – асинхронные интернациональные (единый стандарт для стран – членов СЭВ) Двухфазные АД Асинхронный двухфазный электродвигатель имеет на статоре две обмотки, оси которых сдвинуты в пространстве на 90 мех. градусов. На эти обмотки подается напряжение, сдвинутого по фазе на 90 эл. градусов. Применяются в следящих приводах в качестве исполнительных двигателей. Особенности двухфазных АД связаны с требованиями, предъявляемыми к исполнительным двигателям: 1) Линейность механических характеристик и устойчивая работа в широком диапазоне изменения скоростей вращения. Для выполнения этих условий двухфазные исполнительные АД выполняются с повышенным критическим скольжением, что обеспечивается повышенным сопротивлением ротора. 2) Высокое быстродействие. Для выполнения этого требования ротор в ряде конструкций АД выполняется тонкостенным (имеющим малый момент инерции).
Однофазные АД Применяются в бытовой технике (поскольку в бытовых условиях в наличии имеется только однофазная сеть). Достоинства: Общие для всех асинхронных двигателей: простота конструкции, бесконтактность и, как следствие, высокий ресурс и нетребовательность к обслуживанию. Недостатки: а) Нулевой пусковой момент (для пуска таких АД применяют дополнительные пусковые элементы – пусковые обмотки). б) Невозможность получения частоты вращения выше 3000 об/мин при частоте напряжения питании 50 Гц без использования преобразователя частоты в) Худшие удельно-массовые показатели по сравнению с трехфазными АД: мощность однофазного АД составляет не более 70% от мощности трехфазного АД в том же габарите. г) Однофазные АД имеют более низкую перегрузочную способность по сравнению с трехфазными АД. д) Низкий КПД.
Варианты пуска однофазных АД а) с помощью пусковой обмотки повышенного сопротивления, отключаемой сразу после разгона ротора; б) с помощью конденсатора (отключаемого после пуска или, у конденсаторных АД, включенного все время работы).
Время подключения пусковой обмотки к сети обычно не превышает 5 сек. Двигатели с пусковой обмоткой повышенного сопротивления просты по конструкции и дешевы, не имеют дополнительного фазосдвигающего элемента. Двигатели имеют достаточно хорошие пусковые характеристики (кратность начального пускового момента — до 1,5), однако кратность пускового тока достигает 10 и более. К недостаткам двигателей данного типа следует отнести пониженную надежность по сравнению с конденсаторными двигателями из-за возможного выхода из строя пусковой обмотки. Для улучшения пусковых характеристик последовательно с пусковой обмоткой включается пусковой конденсатор, наличие которого приводит к увеличению сдвига фаз и пускового крутящего момента. После пуска конденсатор отключается, поэтому все остальные характеристики двигателя сохраняются такими же, как и у двигателя с пусковой обмоткой повышенного сопротивления.
Синхронные двигатели Не путать с вентильными двигателями на базе синхронных машин. У СД частота вращения ротора определяется частотой вращения магнитного поля статора (частотой напряжения статора): n =60 f / p. У ВД наоборот: частота вращения магнитного поля статора (частота напряжения) определяется частотой вращения ротора f = pn /60. Синхронные двигатели (как и вентильные двигатели) почти всегда (исключение – микродвигатели) работают при многофазном питании обмоток статора, создающих вращающееся магнитное поле.
Достоинства 1) Стабильность частоты вращения в синхронном режиме (частота вращения не зависит от момента нагрузки). 2) Коэффициент полезного действия синхронных двигателей на 1—2 % выше, чем асинхронных [4]. 3) Возможность реализации большего воздушного зазора. В АД зазор должен быть малым, поскольку от этого существенно зависит реактивная составляющая тока статора. Вследствие большей величины воздушного зазора добавочные потери в стали и в клетке ротора синхронных двигателей меньше, чем у асинхронных [9], выше надежность [53], так как меньше вероятность задевания ротора о статор при нестандартных ситуациях. 4) Синхронные двигатели могут работать, не обмениваясь с сетью реактивной мощностью (т.е. с коэффициентом мощности, равным 1). Если необходима выработка реактивной энергии для сети, то СД в режиме перевозбуждения могут отдавать реактивную мощность в сеть (работать при опережающем токе). Для синхронных компенсаторов это единственная функция. В результате улучшается коэффициент мощности сети, уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях [9]. Синхронные двигатели с cosφн = 1 по своей стоимости и потерям энергии всегда имеют преимущество перед асинхронными двигателями, снабженными конденсаторными батареями для компенсации коэффициента мощности до cosφ = 1 [9]. 5) СД менее чувствительны к колебаниям напряжения сети.
Это обусловлено тем, что максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, a у асинхронного двигателя U 2. 6) Б о льшая перегрузочная способность М макс/ М ном по сравнению с АД. Отметим, что ее можно еще более увеличить за счет повышения тока возбуждения (например, при кратковременном повышении нагрузки). Дополнительно выделим достоинства и недостатки СД с постоянными магнитами. 1) Сравнительно высокие энергетические показатели (отсутствие потерь в ОВ) [5]. 2) Большая удельная мощность на единицу массы [5].
Недостатки 1) Конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей [9]. 2) Синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением должны иметь источник для питания обмотки возбуждения постоянным током: возбудитель (электромашинный или тиристорный) или иное устройство [9]. 3) Синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором [9]. 4) Главный недостаток - сложность пуска. В отсутствие вращения средний момент на валу синхронного двигателя равен нулю. Электромагнитный момент, создающийся от взаимодействия вращающегося магнитного поля статора и магнитного потока неподвижной ОВ или магнита, меняет свое направление два раза за период переменного тока. Во время положительного полупериода вращающего момента ротор из-за своей инерционности не успевает тронуться с места и поспеть за вращающимся магнитным полем статора, и попадает под действие тормозного полупериода момента, направленного в противоположную сторону. Чтобы электродвигатель запустился, нужно довести его до частоты вращения, близкой к синхронной, то есть нужно раскрутить ротор в сторону вращения магнитного поля, создаваемого статором [5].
Способы пуска СД 1) При помощи вспомогательного двигателя, который также называют разгонным, или пусковым. В качестве него может использоваться, например, АД. Пусковой АД выбирается с числом полюсов на два меньшим, чем число полюсов запускаемого СД. Мощность разгонного АД составляет 5-15% [19]. Недостатки: громоздко, неэкономично, пускать можно СД только при малой нагрузке [19]. Данный способ в настоящее время практически не используется. 2) Асинхронный пуск синхронного двигателя (наиболее распространен). Для его реализации следует предпринять три действия: а) на роторе размещается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Она может быть уложена в пазах или в специальных отверстиях полюсных наконечников (рис.14.4). Ее роль могут выполнять сами массивные полюсные наконечники. Для этого на торцах они соединяются пластинами [19]. Рис.14.4. Короткозамкнутая обмотка СД для асинхронного пуска [45]
б) ОВ отключается от источника питания (чтобы она не создавала магнитный поток). Потому что этот магнитный поток, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создает при пуске тормозной момент, препятствующий вращению ротора. в) ОВ замыкается на сопротивление: R п=(8-12)· R ов [19]. В ином случае большая ЭДС, наводящаяся в ОВ при пуске, приведет к большим перенапряжениям на зажимах. Принцип. Вращающееся магнитное поле статора, пересекая проводники короткозамкнутой пусковой обмотки, индуцирует в ней ЭДС и токи (так же, как это происходит и в АД). То есть, в момент пуска двигатель работает как асинхронный. При взаимодействии токов в короткозамкнутой обмотке с магнитным полем статора образуется электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приблизится к частоте вращения поля статора (s около 0,05), ОВ подключают к источнику питания. Двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, ЭДС и токи в ней не индуцируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю [26]. Недостаток: большие пусковые токи (в 5-7 раз больше номинального значения). Пуск мощного СД может вызвать значительное падение напряжения сети, что отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пусковых токов применяют пуск при пониженном напряжении сети (понижение с помощью автотрансформатора) [39]. 3) Частотный пуск с помощью преобразователей частоты. В чем заключается проблема у СД при пуске? Ротор не успевает устремиться за вращающимся магнитным полем статора. Путь решения – при запуске СД постепенно увеличивать частоту напряжения (и скорость вращения вращающегося магнитного поля статора) от 0 до номинального значения. При этом темп увеличения частоты нужно выбрать таким, чтобы с одной стороны ротор успевал вращаться за полем статора, а с другой стороны, чтобы пуск осуществлялся за приемлемое время. Используется для запуска СД с возбуждением от постоянных магнитов, в которых на время пуска нельзя отключить магнитный поток.
Области применения СД 1) Нерегулируемые электроприводы большой мощности с продолжительным режимом работы, т.е. когда не требуются частые пуски, остановки и регулирование скорости вращения. Торможение этих двигателей, в основном, на выбеге [56]. Р н > 200 кВт [9], Р н > 300 кВт [16] и до Рн = 50 000 кВт [9]. При меньших мощностях более предпочтительны АД. При Рн > 300 кВт выгодно использовать синхронные двигатели с cos φH = 0,9 (перевозбуждение) и при Рн > 1000 кВт — с cos φн = 0,8 [9]. Синхронные двигатели обычно выполняются с возбудителем, посаженным на один с ними вал. Поэтому при малых мощностях они менее выгодны, чем асинхронные двигатели. Но, начиная со 100 кВт, а при низких частотах вращения и с меньшей мощности, синхронные двигатели в ряде случаев следует предпочесть асинхронным двигателям. Применение в системах возбуждения полупроводниковых выпрямителей вместо машинных возбудителей позволяет получить достаточно экономичные синхронные двигатели и при сравнительно небольших мощностях [19]. В последние годы положение существенно изменилось вследствие применения современных материалов (постоянные магниты) и средств управления (ключи на относительно большие токи и напряжения и т.д.). Электропривод с синхронными двигателями стал управляемым, существенно расширился диапазон мощностей, что позволило ему занять ведущие позиции в станкостроении, робототехнике, гибких производственных системах и т.п. 2) В качестве синхронных компенсаторов. Гистерезисные двигатели Гистерезисный двигатель – это бесконтактный ЭД, в котором вращающий момент возникает за счет явления магнитного гистерезиса при перемагничивании вращающимся полем статора ферромагнитного материала ротора. ГД относятся к классу синхронных двигателей.
Устройство Статор ГД подобен статору обычной электрической машины переменного тока с распределенной в пазах обмоткой. Обмотка статора, как правило, трехфазная. Ротор ГД не имеет явно выраженных полюсов и какой-либо обмотки. Либо весь ротор, либо его поверхностная часть выполняется в виде цилиндра из материала с особыми свойствами (активный гистерезисный слой). Для снижения потерь от вихревых токов активная часть ГД, как правило, шихтуется. Свойства гистерезисного слоя: - магнитотвердый материал с относительно низкими значениями коэрцитивной силы - 2-30 кА/м [1]; Для сравнения, распространенные в синхронных машинах с постоянными магнитами магнитотвердые материалы имеют следующие значения коэрцитивной силы: SmCo – 560 кА/м; NdFeB – 830 кА/м. Для электротехнической стали: 30-90 А/м. - петля гистерезиса материала близка к прямоугольной форме. Наибольшее применение в ГД нашел сплав викаллой (сплав кобальта, ванадия и железа). Сплав викаллой содержит 52-54% кобальта, до 14% ванадия, остальное - железо. Материал ротора с такими свойствами в отличие от классических постоянных магнитов не является магнитом изначально. Он становится магнитом только после намагничивания током статора ГД, что происходит уже во время пуска двигателя.
Принцип действия Напомню. В двигателях с постоянными магнитами магниты, как правило, намагничиваются предварительно перед сборкой ротора. В гистерезисных двигателях материал ротора предварительно не намагничен: он намагничивается током статора. То есть северные и южные полюса образуются на роторе в результате воздействия на него поля статора. Материал ротора обладает гистерезисом. Сущность гистерезиса заключается в отставании изменения магнитной индукции В Р в магнитотвердом материале ротора от изменения напряженности Н Р внешнего намагничивающего поля статора. То есть полюса образуются с некоторым запаздыванием. Между вектором тока статора I и вектором потока ротора Ф возникает угол γ. Выражение для момента: М=k I Фsin γ.
Основные достоинства ГД: - наличие пускового момента, устойчивая работа в асинхронном режиме, автоматический вход в синхронизм и работа в синхронном режиме; - простота и надежность конструкции: --- отсутствие вращающихся обмоток и конструкционных полюсов на роторе; --- материал активной части ротора обладает высокой механической прочностью, допускающей большие частоты вращения; --- малые температурные коэффициенты линейного и объемного расширения материала ротора, обеспечивающие механическую прочность конструкции в широком диапазоне температур; --- принципиальная симметричность конструкции ротора, облегчающая балансировку; - бесшумность; - малый пусковой ток I п/ I ном=1,2...1,5. В диапазоне мощностей от долей ватта до нескольких десятков ватт гистерезисные двигатели имеют наименьшие размеры [4].
Основные недостатки ГД: - низкий уровень энергетических характеристик (особенно в режимах запуска): малые коэффициенты мощности cos j = 0,2-0,4 и КПД = 0,2-0,5; - высокая стоимость магнитотвердых материалов; - нестабильность характеристик, обусловленная нестабилизированным магнитным состоянием ротора; - склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки. - Области применения ГД ГД нашли широкое применение в маломощных управляемых приводах и в системах автоматического управления. Их используют: - в авиации, в объектах навигации, в маркшейдерских устройствах для привода гироскопов; - в атомной энергетике, в пищевой, химической и медицинской промышленностях для привода центрифуг, центробежных распылителей и турбомолекулярных насосов; - в устройствах записи и воспроизведения информации для вращения дисков и магнитных головок, для перемещения ленты в киноаппаратах, фототелеграфах и магнитофонах; - в счётчиках времени и в программных механизмах часовой промышленности: - в качестве муфт, тахогенераторов, демпферов [44].
Основные достоинства 1) Более простые способы регулирования частоты вращения. 2) Большой пусковой момент и перегрузочная способность М макс/ М ном.
Основные недостатки 1) Наличие щеточно-коллекторного узла (низкий ресурс – малый срок службы, радиопомехи, возможность искрения и ограничения по эксплуатации). 2) Худшие по сравнению с АД массогабаритные показатели.
Основные показатели Основная серия – 4П. Мощность: от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Диапазон регулирования скорости вращения Wmin/Wmax: - двигатели с нормальным регулированием: 1:5; - широко регулируемые двигатели: 1:1000.
Области применения Там, где наиболее востребованы достоинства ДПТ: хорошие регулировочные свойства и большая перегрузочная способность. Станочный привод, железнодорожный и морской транспорт, производственные роботизированные комплексы, металлургическое производство и др.
Направления развития ДПТ Развитие ДПТ шло и идет в следующих направлениях: 1) Повышение перегрузочной способности М макс/ М ном [4]. 2) Расширение диапазона регулирования частоты вращения Ωмакс/Ωмин [1,4]. При этом создаются высокоскоростные машины, приспособленные для питания от полупроводниковых преобразователей с микропроцессорным управлением [1]. 3) Расширение диапазона мощностей ДПТ с возбуждением от постоянных магнитов с высокими магнитными свойствами. 4) Улучшение динамических свойств [4], в том числе за счет снижения момента инерции [1]. 5) Улучшение виброакустических показателей [4] – снижение вибраций и шумов [1]. 6) Увеличение номинальной мощности двигателей при тех же высотах осей вращения [1] (повышение удельной мощности на единицу массы [4]). 7) Увеличение надежности и срока службы [1,4]. Пункты 6) и 7) в частности могут быть достигнуты: - за счет использования новых изоляционных и магнитных материалов; - за счет внедрения в производство двигателей с коллекторами из углеродных материалов и с твердой смазкой коллекторов (например, из дисульфида молибдена MoS 2) [1]. При добавлении дисульфида молибдена в смазочные материалы обе трущиеся металлические поверхности покрываются защитными слоями молекул дисульфида молибдена, которые свободно скользят относительно друг друга. Таким образом, исключается непосредственный контакт металла с металлом. Значительно уменьшается трение и перегрев деталей в зонах трения, особенно при экстремальных нагрузках, и замедляется износ металлических деталей. 8) Унификация технологического оборудования с процессами изготовления АД.
Рис. 14.7. Схема и упрощенные кривые изменения основных величин в коллекторном двигателе переменного тока [37]
В ряде случаев обмотка возбуждения разделяется на две части, включаемые с разных сторон якоря, что позволяет снизить радиопомехи. При подключении электродвигателя к сети переменного тока по обмоткам возбуждения и якоря протекает ток, возбуждающий пульсирующий магнитный поток Ф. В результате взаимодействия магнитного потока Ф и токов в обмотке якоря I возникает крутящий момент М=с Ф I, и электродвигатель начинает вращаться. Момент М имеет все время одно направление, т.к. одновременно с изменением направления магнитного потока возбуждения изменяется и направление тока в обмотке якоря. Если переменным током питать коллекторный двигатель параллельного возбуждения, то вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения, ток возбуждения будет значительно отставать от напряжения. В результате между током якоря и потоком возбуждения окажется большой угол сдвига, и среднее значение момента станет небольшим. Изменение направления вращения двигателя осуществляется переключением концов обмотки возбуждения или обмотки якоря. Сравнение двух вариантов электропитания: При переменном токе магнитная система двигателя оказывается менее насыщенной, чем при постоянном токе. Ток якоря в первом случае больше, чем в КД постоянного тока из-за появления реактивной составляющей и увеличения активной составляющей, вследствие возрастания потерь в стали. По этим причинам КПД двигателя при переменном токе меньше, чем при постоянном [18]. Сравнение с однофазным АД (другим электродвигателем, широко используемым в бытовых электроприборах): Основное достоинство: возможность обеспечения частоты вращения выше 3000 об/мин при частоте питающего напряжения 50 Гц без использования преобразователя частоты. Основной недостаток: наличие щеточно-коллекторного узла. Конструкция универсальных коллекторных двигателей сложнее, чем у асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока; это усложняет их эксплуатацию и снижает надежность, стоимость коллекторных двигателей переменного тока больше стоимости асинхронных двигателей с КЗ ротором [23]. Из-за того, что трансформаторная ЭДС в коллекторных двигателях переменного тока остается нескомпенсированной, она создает добавочный ток, замыкающийся через щетки. Это ухудшает коммутацию машины и может вызвать опасное искрение и значительные радиопомехи, особенно при пуске, когда трансформаторная ЭДС достигает большой величины из-за увеличенных значений пускового тока и потока возбуждения. По этой причине коллекторные машины переменного тока средней и большой мощности не получили широкого применения [18]. В универсальных КД малой мощности трансформаторная ЭДС невелика и практически не ограничивает его нагрузку, как это имеет место в более мощных машинах. Однако срок службы щеток, коллектора и всей машины при работе при переменном токе сокращается по сравнению со сроком службы на постоянном токе [18]. Отечественная промышленность выпускает универсальные коллекторные двигатели серий УЛ, МУН, УМТ, ДТА-4, УВ, М-1Д, ЭП, УД, Д2-03, ЭПП-1 и др [22].
Вентильные двигатели Краткий принцип действия В любом электродвигателе вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля ротора и тока статора. В ВД ток в фазных обмотках статора формируется с учетом величины магнитного потока, который пронизывает эти фазы. Этот магнитный поток зависит от положения ротора. Информация о положении ротора поступает с датчика положения ротора. Система управления обрабатывает эти (и другие управляющие) сигналы, поступающие с датчиков, и формирует сигналы для управления ключами инвертора. В итоге ток протекает в той фазе, ток в которой создает наибольший момент.
Сходство и различия с КДПТ По характеристикам ВД является аналогом коллекторного двигателя постоянного тока. Функции коллектора у ВД выполняет инвертор, а функции щеток – датчик положения ротора. Действительно, и коллектор и инвертор изменяют направление тока в проводниках секции обмотки якоря при переходе их из зоны действия полюса одной полярности в зону действия другой полярности. Информацию о том, какой полюс в данный момент времени взаимодействует с фазой, в коллекторных двигателях (у которых положение полюсов фиксировано) дает положение неподвижной щетки, а в ВД (у которых полюса перемещаются) – сигнал с датчика положения ротора. У коллекторных ДПТ секции обмотки якоря присоединяются к коллекторным пластинам, а ВД через стойку инвертора из двух управляемых полупроводниковых ключей непосредственно к источнику питания постоянного тока. Полная идентичность в характеристиках наблюдалась бы, если число стоек инвертора было равно числу пластин коллектора. На практике наиболее распространенным вариантом является трехфазный ВД и инвертор с тремя стойками ключей. Вследствие этого, в ВД наблюдается пульсация электромагнитного момента. Это можно причислить к недостаткам ВД.
14.5.5. Общие основные достоинства ВД: - бесконтактность и отсутствие всех негативных свойств, связанных с щеточно-коллекторным узлом, присущих коллекторным ДПТ; - простые способы регулирования частоты вращения в широком диапазоне; - большой пусковой момент и перегрузочная способность. Таким образом, ВД обладает основными достоинствами коллекторных ДПТ и АД и вместе с тем у него отсутствуют их основные недостатки.
14.5.6. Общие недостатки ВД: - пульсация электромагнитного момента (с которой, однако, можно бороться); - необходимость в позиционной обратной связи (усложнение конструкции и схемы управления).
Датчики положения ротора Информация о положении ротора может поступать от явновыраженного датчика положения ротора (ДПР) или выявляться косвенно, путем обработки фазных напряжений (бездатчиковое управление). При явно выраженном исполнении ДПР содержит: - сигнальные (управляющие) элементы, располагающиеся на вращающейся части двигателя; - чувствительные элементы, расположенные на неподвижной части. Сигнальный элемент вырабатывает один из видов энергии (магнитной, световой, электрической – в зависимости от типа сигнального и чувствительного элемента). При достижении СЭ определенного углового положения он входит во взаимодействие с чувствительным элементом, то есть бесконтактно воздействует на него энергией своего физического поля. В ЧЭ происходит преобразование этой энергии в электрический сигнал. Этот электрический сигнал поступает в систему управления инвертором и используется для управления коммутатором ВД. Существует большое разнообразие ДПР. ДПР индуктивного типа, содержащие катушку индуктивности, подключенную к источнику тока высокой частоты. При повороте ротора меняется степень насыщения магнитной системы датчика, изменяется индуктивность обмоток, что позволяет получить сигнал о положении ротора. Недостаток: низкая технологичность конструкции, относительно большие габаритные размеры, потребность в источнике переменного тока высокой частоты. Оптические ДПР, состоящие из светоизлучающего элемента, фоточувствительного приемника и непрозрачного диска с отверстиями. Наибольшее распространение получили гальваномагнитные ДПР на основе датчиков Холла. Выходное напряжение с датчика Холла определяется магнитным потоком, пронизывающим элемент Холла. Достоинства: Высокая чувствительность, работа в широком диапазоне рабочих температур (-60°С - +150°С), простота конструкции. Обычно элементы Холла устанавливаются либо в пределах статора специальной магнитной системы ДПР, либо в пределах магнитной цепи двигателя.
|
|||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-19; просмотров: 333; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.14.85.76 (0.163 с.) |