Vartojimo ekologija Mokslas ir technologijos: Kodėl vieni varikliai dedami į dulkių siurblį, o kiti – į išmetimo ventiliatorių? Kokie varikliai yra segway? O kas juda metro traukiniui?

Yra daugybė elektros variklių tipų. Ir kiekvienas iš jų turi savo savybes, apimtį ir ypatybes. Šiame straipsnyje bus trumpa įvairių tipų elektros variklių apžvalga su nuotraukomis ir taikymo pavyzdžiais. Kodėl vieni varikliai įdedami į dulkių siurblį, o kiti į gartraukio ventiliatorių? Kokie varikliai yra segway? O kas juda metro traukiniui?

Kiekvienas elektros variklis pasižymi tam tikromis išskirtinėmis savybėmis, kurios lemia jo panaudojimą, kuriame jis yra naudingiausias. Sinchroninis, asinchroninis, nuolatinės srovės, kolektoriaus, bešepetėlis, vožtuvas-reluktantas, žingsninis... Kodėl gi ne, kaip vidaus degimo variklių atveju, sugalvojus porą tipų, juos tobulinti ir pritaikyti juos ir tik juos į visas programas ? Peržiūrėkime visų tipų elektros variklius, o pabaigoje aptarsime, kodėl jų tiek daug ir kuris variklis yra „geriausias“.

Nuolatinės srovės variklis (nuolatinės srovės variklis)

Kiekvienas turėtų būti susipažinęs su šiuo varikliu nuo vaikystės, nes būtent tokio tipo varikliai yra daugumoje senų žaislų. Baterija, du laidai viename kontakte ir pažįstamas triukšmingas garsas, įkvepiantis tolesniems dizaino žygdarbiams. Ar visi taip padarė? Vilties. Priešingu atveju šis straipsnis greičiausiai jums nebus įdomus. Tokio variklio viduje ant veleno sumontuotas kontaktinis mazgas - kolektorius, kuris perjungia rotoriaus apvijas priklausomai nuo rotoriaus padėties.

Varikliui tiekiama nuolatinė srovė teka per vieną ar kitas apvijos dalis, sukurdama sukimo momentą. Beje, toli nenueinant, juk turbūt visiems buvo įdomu - kokie geltoni daiktai buvo ant kai kurių žaislų DPT, tiesiai ant kontaktų (kaip nuotraukoje viršuje)? Tai yra kondensatoriai - kolektoriaus veikimo metu dėl perjungimo srovės suvartojimas yra impulsinis, įtampa taip pat gali keistis šuoliais, todėl variklis sukuria daug trukdžių. Jie ypač trikdo, jei DPT yra sumontuotas radijo bangomis valdomame žaisle. Kondensatoriai tiesiog slopina tokius aukšto dažnio bangavimus ir atitinkamai pašalina trukdžius.

Nuolatinės srovės varikliai yra nuo labai mažų (vibracija telefone) iki gana didelių, dažniausiai iki megavatų. Pavyzdžiui, žemiau esančioje nuotraukoje parodytas elektrinio lokomotyvo traukos variklis, kurio galia 810kW ir 1500V įtampa.

Kodėl DPT netampa galingesni? Pagrindinė visų DPT, o ypač didelės galios DPT, problema yra kolektoriaus blokas. Pats savaime slankusis kontaktas nėra labai gera idėja, o slankiojantis kontaktas kilovoltams ir kiloamperams – dar labiau. Todėl didelės galios DCT kolektoriaus agregato projektavimas yra menas, o esant didesnei nei megavato galiai, padaryti patikimą kolektorių tampa per sunku.

Kalbant apie vartotojų kokybę, DPT yra geras dėl savo paprastumo valdymo požiūriu. Jo momentas yra tiesiogiai proporcingas armatūros srovei, o greitis (bent jau tuščiąja eiga) yra tiesiogiai proporcingas taikomai įtampai. Todėl prieš prasidedant mikrovaldiklių, galios elektronikos ir kintamo dažnio kintamosios srovės pavarų erai, būtent DCT buvo populiariausias elektros variklis atliekant užduotis, kuriose reikėjo valdyti greitį ar sukimo momentą.

Taip pat būtina tiksliai paminėti, kaip DPT formuojasi žadinimo magnetinis srautas, su kuriuo sąveikauja armatūra (rotorius) ir dėl to atsiranda sukimo momentas. Šį srautą galima atlikti dviem būdais: nuolatiniais magnetais ir sužadinimo apvija. Mažuose varikliuose dažniausiai montuojami nuolatiniai magnetai, dideliuose - sužadinimo apvija. Sužadinimo apvija yra dar vienas valdymo kanalas. Didėjant žadinimo apvijos srovei, didėja jos magnetinis srautas. Šis magnetinis srautas įtrauktas ir į variklio sukimo momento formulę, ir į EMF formulę.

Kuo didesnis sužadinimo magnetinis srautas, tuo didesnis sukimo momentas sukuriamas esant tokiai pačiai armatūros srovei. Bet kuo didesnis mašinos EMF, o tai reiškia, kad esant tokiai pačiai maitinimo įtampai, variklio tuščiosios eigos greitis bus mažesnis. Bet jei sumažinsite magnetinį srautą, tada esant tokiai pačiai maitinimo įtampai, tuščiosios eigos dažnis bus didesnis ir eis iki begalybės, kai sužadinimo srautas sumažės iki nulio. Tai labai svarbi DPT savybė. Apskritai primygtinai patariu pasistudijuoti DPT lygtis – jos paprastos, tiesinės, bet jas galima išplėsti į visus elektros variklius – procesai visur panašūs.

Universalus komutatoriaus variklis

Kaip bebūtų keista, tai yra labiausiai paplitęs elektros variklis kasdieniame gyvenime, kurio pavadinimas yra mažiausiai žinomas. Kodėl taip atsitiko? Jo konstrukcija ir charakteristikos yra tokios pat kaip nuolatinės srovės variklio, todėl dažniausiai jis minimas pavarų vadovėliuose pačioje DCT skyriaus pabaigoje. Tuo pačiu metu asociacijos kolektorius = DPT taip tvirtai sėdi galvoje, kad ne kiekvienam ateina į galvą, kad nuolatinės srovės variklis, kurio pavadinime yra „nuolatinė srovė“, teoriškai gali būti prijungtas prie kintamosios srovės tinklo. Išsiaiškinkime.

Kaip pakeisti nuolatinės srovės variklio sukimosi kryptį? Visi tai žino, būtina keisti armatūros maitinimo šaltinio poliškumą. Kas dar? Taip pat galite pakeisti žadinimo apvijos maitinimo šaltinio poliškumą, jei sužadinimas atliekamas apvija, o ne magnetais. O jei poliškumas keičiamas ir prie armatūros, ir prie žadinimo apvijos? Tai va, sukimosi kryptis nesikeis. Taigi ko mes laukiame? Armatūros ir žadinimo apvijas sujungiame nuosekliai arba lygiagrečiai, kad poliškumas pasikeistų vienodai čia ir ten, po to įkišame į vienfazį kintamosios srovės tinklą! Atlikta, variklis suksis. Reikia padaryti tik vieną nedidelį prisilietimą: kadangi kintamoji srovė teka per sužadinimo apviją, jos magnetinė grandinė, skirtingai nei tikrojo DCT, turi būti laminuota, kad būtų sumažinti sūkurinių srovių nuostoliai. Ir taip gavome vadinamąjį „universalų kolektoriaus variklį“, kuris pagal konstrukciją yra nuolatinės srovės variklio porūšis, bet... puikiai veikia tiek kintamoje, tiek nuolatinėje srovėje.

Šio tipo varikliai dažniausiai sutinkami buitiniuose prietaisuose, kur reikalingas greičio reguliavimas: grąžtuose, skalbimo mašinose (ne „tiesioginės pavaros“), dulkių siurbliuose ir kt. Kodėl jis toks populiarus? Dėl reguliavimo paprastumo. Kaip ir DCT, jį galima reguliuoti įtampos lygiu, o tai kintamosios srovės tinklui atlieka triac (dvikryptis tiristorius). Valdymo schema gali būti tokia paprasta, kad tilptų, pavyzdžiui, tiesiai į elektrinio įrankio „trigerį“ ir nereikalauja mikrovaldiklio, PWM ar rotoriaus padėties jutiklio.

Asinchroninis variklis

Indukcinis variklis yra dar labiau paplitęs nei varikliai su kolektoriais. Tik jis platinamas daugiausia pramonėje – ten, kur yra trifazis tinklas. Trumpai tariant, jo statorius yra paskirstyta dvifazė arba trifazė (rečiau daugiafazė) apvija. Jis prijungtas prie kintamosios srovės įtampos šaltinio ir sukuria besisukantį magnetinį lauką. Rotorius gali būti laikomas variniu arba aliuminio cilindru, kurio viduje yra magnetinės grandinės geležis. Rotoriui įtampa nėra tiesiogiai paduodama, bet ten ji indukuojama dėl kintamo statoriaus lauko (todėl variklis angliškai vadinamas induction). Susidariusios sūkurinės srovės voverės narvelio rotoriuje sąveikauja su statoriaus lauku, todėl susidaro sukimo momentas.

Kodėl indukcinis variklis toks populiarus?

Jame nėra slydimo kontakto, kaip šepečiu variklyje, todėl jis yra patikimesnis ir reikalauja mažiau priežiūros. Be to, tokį variklį galima užvesti iš kintamosios srovės tinklo „tiesioginiu paleidimu“ - jį galima įjungti jungikliu „tinkle“, dėl kurio variklis užsives (su didele paleidimo srove). 5-7 kartus, bet priimtina). Santykinai didelės galios DPT tokiu būdu įjungti negalima, kolektorius perdegs nuo paleidimo srovės. Taip pat asinchronines pavaras, skirtingai nei DPT, galima padaryti daug galingesnes – dešimčių megavatų, taip pat ir dėl kolektoriaus nebuvimo. Tuo pačiu metu asinchroninis variklis yra gana paprastas ir pigus.

Asinchroninis variklis taip pat naudojamas kasdieniame gyvenime: tuose įrenginiuose, kur nereikia reguliuoti greičio. Dažniausiai tai yra vadinamieji „kondensatorių“ varikliai arba, kas yra tas pats, „vienfaziai“ asinchroniniai varikliai. Nors iš tikrųjų elektros variklio požiūriu teisingiau sakyti „dviejų fazių“, tik viena variklio fazė yra prijungta tiesiai prie tinklo, o antroji - per kondensatorių. Kondensatorius atlieka fazinį įtampos poslinkį antroje apvijoje, o tai leidžia sukurti besisukantį elipsinį magnetinį lauką. Paprastai tokie varikliai naudojami išmetimo ventiliatoriuose, šaldytuvuose, mažuose siurbliuose ir kt.

Minus asinchroninis variklis palyginti su DPT tuo, kad jį sunku reguliuoti. Asinchroninis variklis yra kintamos srovės variklis. Jei asinchroninis variklis tiesiog sumažina įtampą, nesumažindamas dažnio, tai šiek tiek sumažins greitį, taip. Bet tai padidins vadinamąjį slydimą (sukimosi greičio atsilikimą nuo statoriaus lauko dažnio), padidės rotoriaus nuostoliai, dėl kurių jis gali perkaisti ir perdegti. Tai galite įsivaizduoti kaip automobilio greičio valdymą vien sankabos pagalba, visišką droselį ir ketvirtos pavaros įjungimą. Norint tinkamai valdyti asinchroninio variklio greitį, reikia proporcingai sureguliuoti tiek dažnį, tiek įtampą.

Ir geriau iš viso organizuoti vektorinę kontrolę. Bet tam reikia dažnio keitiklio – viso įrenginio su inverteriu, mikrovaldikliu, jutikliais ir t.t. Iki galios puslaidininkinės elektronikos ir mikroprocesorių technologijos eros (praeitame amžiuje) dažnių valdymas buvo egzotika – su tuo nebuvo nieko bendro. Tačiau šiandien reguliuojama asinchroninė elektrinė pavara, pagrįsta dažnio keitikliu, jau yra de facto standartas.

Sinchroninis variklis

Yra keletas sinchroninių pavarų porūšių – su magnetais (PMSM) ir be jų (su sužadinimo apvija ir slydimo žiedais), su sinusine EMF arba su trapecija (bešepetėliai nuolatinės srovės varikliai, BLDC). Tai taip pat apima kai kuriuos žingsninius variklius. Iki galios puslaidininkinės elektronikos eros sinchroninės mašinos buvo naudojamos kaip generatoriai (beveik visi visų elektrinių generatoriai yra sinchroniniai), taip pat galingos pavaros bet kokiai rimtai apkrovai pramonėje.

Visos šios mašinos buvo pagamintos su slydimo žiedais (matote nuotraukoje), aišku, apie nuolatinių magnetų sužadinimą esant tokiai galiai net kalbos nėra. Tuo pačiu metu sinchroninis variklis, skirtingai nei asinchroninis, turi didelių problemų su paleidimu. Jei įjungsite galingą sinchroninį įrenginį tiesiai į trifazį tinklą, tada viskas bus blogai. Kadangi mašina yra sinchroninė, ji turi suktis griežtai pagal tinklo dažnį. Tačiau per 1/50 sekundės rotorius, žinoma, neturės laiko įsibėgėti nuo nulio iki tinklo dažnio, todėl jis tiesiog trūkčios pirmyn ir atgal, nes momentas pasirodys kintamasis. . Tai vadinama „sinchroninis variklis nesinchronizuotas“. Todėl tikrose sinchroninėse mašinose naudojamas asinchroninis paleidimas - jie padaro nedidelę asinchroninę paleidimo apviją sinchroninės mašinos viduje ir trumpai sujungia sužadinimo apviją, imituodami asinchroninio „voverės narvelį“, kad pagreitintų mašiną iki dažnis maždaug lygus lauko sukimosi dažniui, o po to įjungiamas nuolatinės srovės žadinimas ir mašina įtraukiama į sinchronizaciją.

Ir jei asinchroniniame variklyje bent kažkaip įmanoma reguliuoti rotoriaus dažnį nekeičiant lauko dažnio, tai sinchroniniame variklyje tai niekaip neįmanoma. Jis arba sukasi su dažnu lauku, arba iškrenta iš sinchronizmo ir sustoja su šlykščiais pereinamaisiais momentais. Be to, sinchroninis variklis be magnetų turi slydimo žiedus – slankiojantį kontaktą – energijai perduoti į lauko apviją rotoriuje. Sudėtingumo požiūriu tai, žinoma, nėra DPT kolektorius, bet vis tiek būtų geriau be slankiojančio kontakto. Štai kodėl pramonėje nereguliuojamoms apkrovoms dažniausiai naudojamos mažiau kaprizingos asinchroninės pavaros.

Tačiau viskas pasikeitė, kai atsirado galios puslaidininkinė elektronika ir mikrovaldikliai. Jie leido suformuoti bet kokį pageidaujamą lauko dažnį sinchroninei mašinai, pririštai per padėties jutiklį prie variklio rotoriaus: organizuoti variklio vožtuvo veikimo režimą (automatinį komutavimą) arba vektorinį valdymą. Tuo pačiu metu visos pavaros (sinchroninė mašina + keitiklis) charakteristikos pasirodė tokios pačios, kaip ir iš nuolatinės srovės variklio: sinchroniniai varikliai spindėjo visiškai skirtingomis spalvomis. Todėl nuo kažkur 2000 metų prasidėjo sinchroninių variklių su nuolatiniais magnetais „bumas“. Iš pradžių jie nedrąsiai išropojo aušintuvuose, kaip maži BLDC varikliai, vėliau pateko į lėktuvų modelius, vėliau pateko į skalbimo mašinas kaip tiesioginę pavarą, į elektrinę trauką (Segway, Toyota Prius ir kt.), vis labiau išstumiančias. klasikinis komutatoriaus variklis atliekant tokias užduotis. Šiandien nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai perima vis daugiau pritaikymų ir juda dideliais šuoliais. Ir visa tai elektronikos dėka. Bet kodėl sinchroninis asinchroninis variklis yra geresnis nei keitiklis + variklis? O kas blogiau? Šis klausimas bus svarstomas straipsnio pabaigoje, bet dabar panagrinėkime dar keletą elektros variklių tipų.

Vožtuvo pasipriešinimo variklis su savaiminiu sužadinimu (VID SV, SRM)

Jis turi daug vardų. Paprastai jis trumpai vadinamas vožtuvo pasipriešinimo varikliu (VIM) arba vožtuvo pasipriešinimo mašina (VIM) arba pavara (VIP). Anglų kalba kalbant, tai yra įjungta reluktacinė pavara (SRD) arba variklis (SRM), o tai reiškia, kad mašina su perjungta magnetine varža. Tačiau šiek tiek žemiau bus laikomas kitas šio variklio porūšis, kuris skiriasi veikimo principu.

Kad jų nesupainiotume, mes, Maskvos energetikos instituto Elektros pavaros katedroje, taip pat LLC NPF Vector, vadiname „įprastu“ VID, kuris nagrinėjamas šiame skyriuje, „perjungtu nenoru. variklis su savaiminiu sužadinimu“ arba trumpai VID SV, kuris pabrėžia sužadinimo principą ir išskiria jį iš toliau aptariamos mašinos. Tačiau kiti tyrinėtojai tai taip pat vadina savaime įmagnetinančiu VAŽIU, kartais reaktyviuoju VIEW (kuris atspindi sukimo momento generavimo esmę).

Struktūriškai tai yra paprasčiausias variklis ir iš esmės panašus į kai kuriuos žingsninius variklius. Rotorius yra dantytas geležies gabalas. Statorius taip pat dantytas, bet su skirtingu dantų skaičiumi. Paprasčiausias būdas paaiškinti veikimo principą yra ši animacija:

Įjungdami nuolatinę srovę į fazes pagal esamą rotoriaus padėtį, galite priversti variklį suktis. Fazių skaičius gali būti skirtingas. Faktinė pavaros srovės bangos forma trims paveiksle parodytoms fazėms (srovės riba 600A):

Tačiau jūs turite mokėti už variklio paprastumą. Kadangi variklis maitinamas vienpoliais srovės / įtampos impulsais, jo negalima įjungti tiesiogiai „į tinklą“. Reikalingas keitiklis ir rotoriaus padėties jutiklis. Be to, keitiklis nėra klasikinis (kaip šešių klavišų keitiklis): kiekvienai fazei SRD keitiklis turi turėti pusiau tiltelius, kaip nuotraukoje šio skyriaus pradžioje.

Problema ta, kad norint sumažinti komponentų kainą ir pagerinti keitiklių išdėstymą, maitinimo jungikliai ir diodai dažnai nėra gaminami atskirai: dažniausiai naudojami jau paruošti moduliai, kuriuose vienu metu yra du jungikliai ir du diodai – taigi. - vadinami stelažai. Ir būtent juos dažniausiai tenka montuoti į VID SV keitiklį, tiesiog paliekant nenaudojamą pusę maitinimo jungiklių: pasirodo, kad tai perteklinis keitiklis. Nors pastaraisiais metais kai kurie IGBT modulių gamintojai išleido produktus, sukurtus specialiai SRD.

Kita problema yra sukimo momento bangavimas. Dėl krumpliaračio konstrukcijos ir impulsinės srovės sukimo momentas retai būna stabilus – dažniausiai pulsuoja. Tai šiek tiek apriboja variklių pritaikymą transportui – kas nori, kad ratai pulsuotų sukimo momentą? Be to, variklio guoliai nelabai jaučiasi nuo tokių traukos jėgos impulsų. Problema šiek tiek išspręsta specialiu fazinės srovės bangos formos profiliavimu, taip pat didinant fazių skaičių.

Tačiau net ir su šiais trūkumais varikliai išlieka perspektyvūs kaip kintamos pavaros. Pats variklis dėl savo paprastumo yra pigesnis nei klasikinis indukcinis variklis. Be to, variklį lengva padaryti daugiafaziu ir kelių sekcijų padalijus vieno variklio valdymą į kelis nepriklausomus lygiagrečiai veikiančius keitiklius. Tai pagerina pavaros patikimumą – išjungus, tarkime, vieną iš keturių keitiklių nesustabdys visos pavaros – trys kaimynai kurį laiką dirbs su nedideliu perkrovimu. Asinchroniniam varikliui tokį triuką atlikti nėra taip paprasta, nes neįmanoma padaryti nesusijusių statoriaus fazių, kurios būtų valdomos atskiru keitikliu visiškai nepriklausomai nuo kitų. Be to, VIEW labai gerai reguliuojamas „aukštyn“ nuo pagrindinio dažnio. Rotoriaus lygintuvas gali būti sukamas iki labai aukštų dažnių be problemų.

Mes, LLC NPF Vector, baigėme keletą projektų, pagrįstų šiuo varikliu. Pavyzdžiui, jie padarė nedidelę pavarą karšto vandens tiekimo siurbliams, taip pat neseniai baigė kurti ir derinti galingų (1,6 MW) daugiafazių perteklinių pavarų valdymo sistemą AK ALROSA perdirbimo gamykloms. Čia yra 1,25 MW mašina:

Visą valdymo sistemą, valdiklius ir algoritmus pagaminome NPF VECTOR LLC, galios keitiklius suprojektavo ir pagamino LLC NPP CYCL+. Darbo užsakovas ir pačių variklių projektuotojas buvo įmonė "MIP" Mekhatronika "YURGTU (NPI)".

Vožtuvo induktyvumo variklis su nepriklausomu sužadinimu (VID NV)

Tai visiškai kitokio tipo variklis, iš esmės besiskiriantis nuo įprasto VID. Istoriškai žinomi ir plačiai naudojami tokio tipo vožtuvų reluktancijos generatoriai, naudojami orlaiviuose, laivuose, geležinkelių transporte, tačiau kažkodėl mažai kas daroma su tokio tipo varikliais.

Paveiksle schematiškai parodyta rotoriaus geometrija ir lauko apvijos magnetinis srautas, taip pat parodyta statoriaus ir rotoriaus magnetinių srautų sąveika, o paveikslėlyje esantis rotorius nustatytas į nuoseklią padėtį (sukimo momentas lygus nuliui). .

Rotorius surenkamas iš dviejų paketų (iš dviejų pusių), tarp kurių sumontuota žadinimo apvija (paveiksle parodyta kaip keturi varinės vielos posūkiai). Nepaisant to, kad apvija kabo „viduryje“ tarp rotoriaus pusių, ji pritvirtinta prie statoriaus ir nesisuka. Rotorius ir statorius pagaminti iš laminuotos geležies, nėra nuolatinių magnetų. Statoriaus apvija paskirstoma trifaziu būdu – kaip įprastas asinchroninis arba sinchroninis variklis. Nors yra šio tipo mašinų variantų su koncentruota apvija: statoriaus dantukai, kaip SRD arba BLDC variklis. Statoriaus apvijos posūkiai vienu metu dengia abu rotoriaus paketus.

Supaprastintai veikimo principą galima apibūdinti taip: rotorius linkęs suktis į tokią padėtį, kurioje sutampa magnetinio srauto kryptys statoriuje (nuo statoriaus srovių) ir rotoriuje (nuo žadinimo srovės). Tokiu atveju pusė elektromagnetinio momento susidaro vienoje pakuotėje, o pusė – kitoje. Iš statoriaus pusės mašina reiškia daugiapolį sinusoidinį maitinimo šaltinį (EMF yra sinusoidinis), elektromagnetinis momentas yra aktyvus (poliškumas priklauso nuo srovės ženklo) ir susidaro dėl lauko sąveikos. žadinimo apvijos srovė su statoriaus apvijų sukurtu lauku. Pagal veikimo principą ši mašina skiriasi nuo klasikinių žingsninių ir SRD variklių, kuriuose sukimo momentas yra reaktyvus (kai metalinis strypas pritraukiamas prie elektromagneto ir jėgos ženklas nepriklauso nuo elektromagneto ženklo srovė).

Valdymo požiūriu VID NV prilygsta sinchroninei mašinai su slydimo žiedais. Tai yra, jei nežinote šios mašinos konstrukcijos ir naudojate ją kaip „juodąją dėžę“, tada ji elgiasi beveik nesiskiria nuo sinchroninės mašinos su sužadinimo apvija. Galite atlikti vektorinį valdymą arba automatinę komutaciją, galite susilpninti sužadinimo srautą, kad padidintumėte greitį, galite jį padidinti, kad sukurtumėte daugiau sukimo momento – viskas taip, lyg tai būtų klasikinė kintamo sužadinimo sinchroninė mašina. Tik VID HB neturi slankiojančio kontakto. Ir jame nėra magnetų. Ir pigaus geležies ruošinio pavidalo rotorius. Ir momentas nepulsuoja, skirtingai nei SRD. Pavyzdžiui, čia yra sinusinės srovės VID NV vektoriaus valdymo metu:

Be to, LB VIEW gali būti sukurtas kelių fazių ir kelių sekcijų, panašiai kaip tai daroma ST VIEW. Tokiu atveju fazės yra nesusijusios viena su kita magnetiniais srautais ir gali veikti savarankiškai. Tie. pasirodo, tarsi kelios trifazės mašinos viename, kurių kiekviena yra prijungta prie savo nepriklausomo keitiklio su vektoriniu valdymu, o gauta galia tiesiog susumuojama. Šiuo atveju nereikia jokio koordinavimo tarp keitiklių – tik bendra greičio nuoroda.
Taip pat yra šio variklio trūkumų: jis negali suktis tiesiai iš tinklo, nes, skirtingai nei klasikinės sinchroninės mašinos, VID NV ant rotoriaus neturi asinchroninės paleidimo apvijos. Be to, jis yra sudėtingesnis nei įprastas VID SV (SRD).

Remdamiesi šiuo varikliu, taip pat įgyvendinome keletą sėkmingų projektų. Pavyzdžiui, vienas iš jų yra 315–1200 kW galios siurblių ir ventiliatorių pavaros, skirtos centralizuoto šilumos tiekimo įmonėms Maskvoje.

Tai žemos įtampos (380V) VID NV su pertekliumi, kai viena mašina „skaldoma“ į 2, 4 arba 6 nepriklausomas trifazes sekcijas. Kiekviena sekcija turi savo to paties tipo keitiklį su vektoriniu valdymu be jutiklių. Taigi, naudojant to paties tipo keitiklį ir variklio konstrukciją, galima nesunkiai padidinti galią. Tuo pačiu metu dalis keitiklių yra prijungta prie vieno centralizuoto šilumos tiekimo įrenginio galios įvado, o dalis - prie kito. Todėl, jei viename iš maitinimo įėjimų yra „maitinimo mirksėjimas“, pavara nepakyla: pusė sekcijų trumpai veikia perkrovoje, kol bus atkurtas maitinimas. Kai tik ji atkurta, poilsio sekcijos automatiškai pradedamos eksploatuoti kelyje. Apskritai šis projektas tikriausiai nusipelnė atskiro straipsnio, todėl kol kas jį užbaigsiu įterpdamas variklio ir keitiklių nuotrauką:

Išvada: koks yra geriausias elektros variklis?

Deja, dviejų žodžių čia neužtenka. Ir bendros išvados apie tai, kad kiekvienas variklis turi savų privalumų ir trūkumų – taip pat. Nes neįvertinamos svarbiausios savybės – kiekvienos mašinos masės ir dydžio rodikliai bei jų tipai, kaina, taip pat jų mechaninės charakteristikos ir perkrovos galia. Nereguliuojamą asinchroninę pavarą palikime sukti jos siurblius tiesiai iš tinklo, konkurentų čia neturi. Kolektorines mašinas palikime sukti grąžtus ir dulkių siurblius, čia irgi sunku su jomis konkuruoti dėl reguliavimo lengvumo.

Panagrinėkime reguliuojamą elektrinę pavarą, kurios veikimo režimas ilgas. Kolektorių mašinos čia iš karto pašalinamos iš konkurencijos dėl kolektoriaus mazgo nepatikimumo. Tačiau yra dar keturi - sinchroniniai, asinchroniniai ir dviejų tipų vožtuvai-induktoriai. Jei kalbame apie siurblio, ventiliatoriaus ir panašaus, naudojamo pramonėje, pavarą, kur svoris ir matmenys nėra ypač svarbūs, tai čia sinchroninės mašinos iškrenta iš konkurencijos. Sužadinimo apvijai reikalingi slydimo žiedai, o tai yra sudėtingas dalykas, o nuolatiniai magnetai yra labai brangūs. Abiejų tipų asinchroninė pavara ir perjungiami varžos varikliai išlieka konkuruojančiais variantais.

Kaip rodo patirtis, sėkmingai naudojamos visų trijų tipų mašinos. Bet – neįmanoma (arba labai sunku) skaidyti asinchroninį diską, t.y. suskaidykite galingą mašiną į keletą silpnų. Todėl, norint užtikrinti didelę asinchroninio keitiklio galią, jį reikia padaryti aukštos įtampos: juk galia, grubiai tariant, yra įtampos ir srovės sandauga. Jei skaidytam diskui galime paimti žemos įtampos keitiklį ir nustatyti kelis jų, kiekvieną mažai srovei, tai asinchroniniam diskui turi būti vienas keitiklis. Bet nedaryti keitiklio 500V ir 3 kiloamperų srovei? Ši viela reikalinga su rankos storiu. Todėl, norėdami padidinti galią, padidinkite įtampą ir sumažinkite srovę.

BET aukštos įtampos keitiklis yra visiškai kitos klasės problemos. Negalite tiesiog paimti 10 kV maitinimo jungiklių ir padaryti iš jų klasikinį 6 klavišų keitiklį, kaip anksčiau: tokių jungiklių nėra, o jei yra, jie yra labai brangūs. Inverteris yra pagamintas daugiapakopis, ant žemos įtampos jungiklių, sujungtų nuosekliai sudėtingais deriniais. Toks keitiklis kartais traukia specializuotą transformatorių, optinio rakto valdymo kanalus, sudėtingą paskirstytą valdymo sistemą, kuri veikia kaip visuma... Apskritai viskas sudėtinga su galinga asinchronine pavara. Tuo pačiu metu vožtuvo-induktoriaus pavara dėl skirstymo gali „uždelsti“ perėjimą prie aukštos įtampos keitiklio, todėl iš žemos įtampos maitinimo galima pagaminti iki kelių megavatų pavaras, pagamintus pagal klasikinė schema. Šiuo atžvilgiu VIP tampa įdomesni nei asinchroninis diskas, be to, jie suteikia pertekliaus. Kita vertus, asinchroninės pavaros veikia šimtus metų, o varikliai įrodė savo patikimumą. VIP nariai tik skinasi kelią. Norint pasirinkti optimaliausią pavarą konkrečiai užduočiai, čia reikia įvertinti daugybę veiksnių.

Tačiau viskas tampa dar įdomiau, kai kalbama apie transportą ar mažus prietaisus. Ten nebegalima neatsargiai vertinti elektros pavaros masės ir matmenų. O čia jau reikia žiūrėti į sinchronines mašinas su nuolatiniais magnetais. Jei pažvelgsite tik į galios, padalytos iš masės (arba dydžio), parametrą, nuolatinio magneto sinchroninės mašinos yra neprilygstamos. Atskiri pavyzdžiai gali būti kelis kartus mažesni ir lengvesni nei bet kuri kita „bemagnetė“ kintamosios srovės pavara. Tačiau čia yra vienas pavojingas klaidingas supratimas, kurį dabar pabandysiu išsklaidyti.

Jei sinchroninė mašina yra tris kartus mažesnė ir lengvesnė, tai nereiškia, kad ji geriau tinka elektrinei traukai. Viskas apie nuolatinių magnetų srauto reguliavimo stoką. Magnetų srautas lemia mašinos EML. Tam tikru greičiu mašinos EMF pasiekia keitiklio maitinimo įtampą, o toliau didinti greitį tampa sunku.

Tas pats pasakytina ir apie sukimo momento padidinimą. Jei reikia realizuoti didesnį sukimo momentą, sinchroninėje mašinoje reikia padidinti statoriaus srovę - sukimo momentas proporcingai padidės. Bet ir žadinimo srautą būtų efektyviau didinti – tada geležies magnetinis įsotinimas būtų harmoningesnis, o nuostoliai mažesni. Bet vėlgi, mes negalime padidinti magnetų srauto. Be to, kai kuriose sinchroninių mašinų konstrukcijose statoriaus srovė negali būti padidinta virš tam tikros vertės - magnetai gali būti išmagnetinti. Kas atsitinka? Sinchroninė mašina yra gera, bet tik viename taške - nominaliame. Su vardiniu greičiu ir vardiniu sukimo momentu. Viršuje ir apačioje – viskas blogai. Jei tai nubraižote, gausite tokią dažnio charakteristiką nuo momento (raudona spalva):

Paveiksle horizontalioji ašis žymi variklio sukimo momentą, o vertikali ašis – sukimosi greitį. Žvaigždutė žymi vardinio režimo tašką, pavyzdžiui, tegul jis yra 60 kW. Nuspalvintas stačiakampis yra diapazonas, kuriame sinchroninę mašiną galima valdyti be problemų – t.y. „žemyn“ sukimo momentu ir „žemyn“ dažniu nuo vardinio.

Raudona linija rodo, ką galima išspausti iš sinchroninės mašinos, viršijant nominalią vertę - šiek tiek padidėjęs greitis dėl vadinamojo lauko susilpnėjimo (iš tikrųjų tai yra perteklinės reaktyviosios srovės susidarymas išilgai d ašies vektoriaus valdymo variklis), taip pat rodo galimą sukimo momento padidėjimą, kad būtų saugūs magnetams. Viskas. Dabar pastatykime šį automobilį į lengvą automobilį be pavarų dėžės, kur akumuliatoriaus galia yra 60 kW.

Norima traukos charakteristika rodoma mėlyna spalva. Tie. pradedant mažiausiu greičiu, tarkime, 10 km/h, pavara turi išvystyti savo 60 kW ir toliau plėtoti iki didžiausio greičio, tarkime 150 km/h. Sinchroninis automobilis net arti negulėjo: jo pagreičio neužtenka net įvažiuoti į bortelį prie įvažiavimo (arba ant bortelio prie priekinių durų, politkorektiškumui), o automobilis gali įsibėgėti tik iki 50-60 km. / val.

Ką tai reiškia? Ar sinchroninė mašina netinka elektrinei traukai be pavarų dėžės? Tinka, žinoma, tik reikia rinktis kitaip. Kaip šitas:

Būtina pasirinkti tokią sinchroninę mašiną, kad reikiamas traukos kontrolės diapazonas atitiktų visas jos mechanines charakteristikas. Tie. kad mašina vienu metu išvystytų didelį momentą ir veiktų dideliu greičiu. Kaip matote iš paveiksliuko... tokios mašinos instaliuota galia bus nebe 60kW, o 540kW (galima skaičiuoti padalomis). Tie. elektromobilyje su 60kW akumuliatoriumi teks sumontuoti sinchroninę mašiną ir 540kW keitiklį, kad tik „praeitų“ reikiamą sukimo momentą ir greitį.

Žinoma, kaip aprašyta, niekas to nedaro. Niekas nededa automobilio 540kW vietoj 60kW. Modernizuojama sinchroninė mašina, kurios mechanines charakteristikas bandoma „ištepti“ iš optimalios vienu tašku aukštyn greičiu ir mažesniu sukimo momentu. Pavyzdžiui, jie paslepia magnetus rotoriaus geležyje (padaro juos įmontuotus), tai leidžia nebijoti magnetų išmagnetinti ir drąsiau susilpninti lauką, taip pat perkrauti didesnę srovę. Bet nuo tokių modifikacijų sinchroninė mašina įgauna svorį, gabaritus ir nebėra tokia lengva bei graži kaip anksčiau. Atsiranda naujų problemų, pavyzdžiui, „ką daryti, jei keitiklis suveikia lauko silpninimo režimu“. Mašinos EMF gali „pumpuoti“ keitiklio nuolatinės srovės grandį ir viską išdeginti. Arba ką daryti, jei važiuojant sugenda inverteris - sinchroninis aparatas užsidaro ir gali užmušti save, vairuotoją ir visą likusią gyvą elektroniką su trumpojo jungimo srovėmis - reikia apsaugos grandinių ir pan.

Štai kodėl sinchroninė mašina gerai, kai nereikia didelio valdymo diapazono. Pavyzdžiui, segvėjuje, kur greitis saugumo požiūriu gali būti ribojamas iki 30 km/h (arba kiek jis ten turi?). Taip pat sinchroninė mašina idealiai tinka ventiliatoriams: ventiliatoriaus greitis kinta palyginti nedaug, dvigubai daugiau nei jėga - tai nebėra prasmės, nes oro srautas silpnėja proporcingai greičio kvadratui (apytiksliai). Todėl mažiems sraigtams ir ventiliatoriams sinchroninė mašina yra tai, ko jums reikia. Ir kaip tik ten, tiesą sakant, jis sėkmingai patalpintas.

Paveiksle mėlynai pavaizduota traukos kreivė šimtmečius buvo įgyvendinta nuolatinės srovės varikliuose su valdomu sužadinimu: kai lauko apvijos srovė keičiama priklausomai nuo statoriaus srovės ir greičio. Didėjant RPM, didėja ir sužadinimo srovė, todėl mašina gali įsibėgėti vis aukščiau. Todėl DPT su nepriklausomu (arba mišriu) sužadinimo valdymu klasikiniu būdu stovėjo ir vis dar išlieka daugelyje traukos įrenginių (metro, tramvajų ir kt.). Kokia elektrinė kintamosios srovės mašina gali su juo konkuruoti?

Tokią charakteristiką (galios pastovumą) geriau gali pasiekti varikliai, kuriuose valdomas sužadinimas. Tai asinchroninis variklis ir abiejų tipų VIP. Tačiau indukcinis variklis turi dvi problemas: pirma, jo natūrali mechaninė charakteristika nėra pastovi galios kreivė. Kadangi asinchroninio variklio sužadinimas atliekamas per statorių. Ir todėl lauko susilpnėjimo zonoje esant pastoviai įtampai (kai ji baigėsi keitikliu), padidinus dažnį per pusę, sužadinimo srovė sumažėja du kartus, o sukimo momentą generuojanti srovė taip pat sumažėja. du. Ir kadangi variklio momentas yra srovės ir srauto sandauga, momentas sumažėja 4 kartus, o galia - atitinkamai dviem. Antra problema yra nuostoliai rotoriuje perkrovos metu su dideliu momentu. Asinchroniniame variklyje pusė nuostolių paskirstoma rotoriuje, pusė – statoriuje.

Siekiant sumažinti svorio ir dydžio rodiklius transporte, dažnai naudojamas skystas aušinimas. Tačiau vandens apvalkalas efektyviai vėsins tik statorių dėl šilumos laidumo reiškinio. Iš besisukančio rotoriaus šilumą pašalinti daug sunkiau – nutrūksta šilumos pašalinimo kelias per „šilumos laidumą“, rotorius neliečia statoriaus (guoliai nesiskaito). Jis lieka aušinamas oru maišant orą variklio erdvėje arba skleisdamas šilumą iš rotoriaus. Todėl asinchroninio variklio rotorius pasirodo esąs savotiškas „termosas“ - jį perkraunant (mašinoje turint dinaminį pagreitį), reikia ilgai laukti, kol rotorius atvės. Bet jo temperatūros dar negalima išmatuoti... tereikia nuspėti pagal modelį.

Čia reikia pažymėti, kaip sumaniai Tesla išvengė abiejų asinchroninio variklio problemų savo Model S. Jie išsprendė šilumos pašalinimo iš rotoriaus problemą... įleisdami skystį į besisukantį rotorių (jie turi atitinkamą patentą, kur rotoriaus velenas tuščiaviduris, o viduje išplautas skysčiu, bet tiksliai nežinau ar naudoja). Ir antroji problema su staigiu sukimo momento sumažėjimu, kai laukas susilpnėja... jie neišsprendė. Jie deda variklį su traukos charakteristika, beveik kaip aš piešiau "pertekliniam" sinchroniniam varikliui aukščiau esančiame paveikslėlyje, tik jie turi ne 540 kW, o 300 kW. Lauko susilpnėjimo zona Tesloje yra labai maža, maždaug du kartus. Tie. jie įdėjo „perteklinį“ lengvojo automobilio variklį, todėl vietoj nebrangaus sedano iš tikrųjų tapo sportiniu automobiliu, turinčiu didžiulę galią. Asinchroninio variklio trūkumas buvo paverstas dorybe. Bet jei jie bandytų padaryti mažiau „našų“ sedaną, kurio galia būtų 100 kW ar mažesnė, tada asinchroninis variklis greičiausiai būtų lygiai toks pat (prie 300 kW), tik dirbtinai uždusintas elektronika pagal akumuliatoriaus galimybes.

O dabar VIP. Ką jie gali padaryti? Kokią trauką jie turi? Negaliu tiksliai pasakyti apie VID SV - tai yra nelinijinis variklis pagal savo veikimo principą, o jo mechaninės charakteristikos gali labai skirtis priklausomai nuo projekto. Tačiau apskritai jis greičiausiai bus geresnis nei indukcinis variklis, nes jis priartės prie norimos traukos charakteristikos su pastovia galia. Bet galiu papasakoti daugiau apie NV TYPE, nes mes įmonėje esame labai glaudžiai su juo susiję. Pažiūrėkite aukščiau esančiame paveikslėlyje, nupieštame mėlyna spalva, norimą traukos charakteristiką, kurios mes norime siekti? Iš tikrųjų tai ne tik norima savybė. Tai tikroji traukos charakteristika, kurią paėmėme iš vieno iš VID NV sukimo momento jutiklio taškų. Kadangi VID NV turi nepriklausomą išorinį sužadinimą, jo savybės yra artimiausios DPT NV, kuris taip pat gali suformuoti tokią traukos charakteristiką valdydamas sužadinimą.

Tai kas? VID NV – ideali mašina traukai be jokių problemų? Ne visai. Jis taip pat turi daug problemų. Pavyzdžiui, jo sužadinimo apvija, kuri „kabo“ tarp statoriaus paketų. Nors ir nesisuka, bet iš jo taip pat sunku pašalinti šilumą – pasirodo, situacija beveik kaip asinchroninio rotoriaus, tik šiek tiek geriau. Jei reikia, galite "išmesti" aušinimo vamzdį iš statoriaus. Antra problema – pervertinti svorio ir dydžio rodikliai. Žvelgiant į VID NV rotoriaus paveikslėlį, matosi, kad variklio viduje esanti erdvė išnaudojama ne itin efektyviai - „dirba“ tik rotoriaus pradžia ir pabaiga, o vidurį užima sužadinimo apvija. Pavyzdžiui, asinchroniniame variklyje per visą rotoriaus ilgį visa geležis „dirba“. Surinkimo sudėtingumas - vis tiek reikia sugebėti įdėti sužadinimo apviją į rotoriaus paketus (rotorius yra sulankstomas, todėl yra problemų su balansavimu). Na, tiesiog svorio ir dydžio charakteristikos kol kas nėra labai išskirtinės, palyginti su tais pačiais Tesla asinchroniniais varikliais, jei traukos charakteristikos yra viena ant kitos.

Taip pat yra bendra problema, susijusi su abiejų tipų VIEW. Jų rotorius yra garlaivio ratas. O esant dideliam greičiui (ir reikalingas aukštas dažnis, nes tokios pat galios aukšto dažnio mašinos yra mažesnės nei mažo greičio), nuostoliai maišant orą viduje tampa labai dideli. Jei VID vis tiek galima padaryti iki 5000–7000 aps./min, tada esant 20 000 aps./min., tai pasirodys didelis maišytuvas. Bet asinchroninis variklis tokiais ir daug aukštesniais dažniais gali būti gana gerai atliktas dėl sklandaus statoriaus.

Taigi, kas galiausiai yra geriausia elektrinei traukai? Koks yra geriausias variklis?
Neturiu supratimo. Visi blogi. Turime sugalvoti daugiau. Bet straipsnio moralas yra toks - jei norite palyginti skirtingus reguliuojamos elektros pavaros tipus tarpusavyje, tuomet turite palyginti konkrečią užduotį su konkrečia reikalinga mechanine charakteristika visais, visais parametrais, o ne tik galia. . Be to, šiame straipsnyje dar neatsižvelgta į krūvą palyginimo niuansų. Pavyzdžiui, toks parametras kaip darbo trukmė kiekviename mechaninės charakteristikos taške.

Esant maksimaliam sukimo momentui, paprastai jokia mašina negali dirbti ilgą laiką – tai yra perkrovos režimas, o esant maksimaliam greičiui sinchroninės mašinos su magnetais jaučiasi labai blogai – jos ten turi didžiulius plieno nuostolius. Ir dar vienas įdomus elektrinės traukos parametras – nuostoliai riedėjimo metu, kai vairuotojas išleidžia dujas. Jei VIP ir indukciniai varikliai sukasi kaip ruošiniai, tai nuolatinio magneto sinchroninė mašina turės beveik vardinius geležies nuostolius dėl magnetų. Ir taip toliau…

Todėl ne taip paprasta imti ir išsirinkti geriausią elektros pavarą. paskelbta

Buitiniuose elektros įrenginiuose, kuriuose naudojami elektros varikliai, paprastai įrengiamos elektros mašinos su mechaniniu perjungimu. Šio tipo varikliai vadinami kolektoriais (toliau KD). Siūlome apsvarstyti įvairius tokių įrenginių tipus, jų veikimo principą ir dizaino ypatybes. Taip pat pakalbėsime apie kiekvieno iš jų privalumus ir trūkumus, pateiksime apimties pavyzdžių.

Kas yra kolektoriaus variklis?

Šis apibrėžimas reiškia elektrinę mašiną, kuri elektros energiją paverčia mechanine energija ir atvirkščiai. Prietaiso konstrukcija numato, kad yra bent viena apvija, prijungta prie kolektoriaus (žr. 1 pav.).

1 pav. Kolektorius ant elektros variklio rotoriaus (pažymėtas raudonai)

Projektinėje dokumentacijoje šis konstrukcijos elementas naudojamas apvijų perjungimui ir kaip jutiklis armatūros (rotoriaus) padėčiai nustatyti.

CD tipai

Šiuos įrenginius įprasta klasifikuoti pagal maitinimo tipą, priklausomai nuo to, išskiriamos dvi kompaktinių diskų grupės:

1. Nuolatinė srovė. Tokios mašinos pasižymi dideliu paleidimo momentu, sklandžiu greičio valdymu ir gana paprasta konstrukcija.
2. Universalus. Gali dirbti tiek iš pastovaus, tiek iš kintamo elektros energijos šaltinio. Skiriasi kompaktiškais dydžiais, mažomis sąnaudomis ir valdymo paprastumu.

Pirmieji yra suskirstyti į du porūšius, priklausomai nuo induktoriaus organizavimo, jis gali būti ant nuolatinių magnetų arba specialių sužadinimo ritių. Jie skirti sukurti magnetinį srautą, reikalingą sukimo momentui generuoti. CD, kuriame naudojamos sužadinimo ritės, išsiskiria pagal apvijų tipus, jos gali būti:

• nepriklausomas;
• lygiagretus;
• nuoseklus;
• sumaišytas.

Išnagrinėję tipus, apsvarstykite kiekvieną iš jų.

KD universalus tipas

Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta tokio tipo elektrinės mašinos išvaizda ir pagrindiniai jos konstrukciniai elementai. Šis atlikimas būdingas beveik visiems kompaktiniams diskams.

Pavadinimai:

• A - mechaninis jungiklis, dar vadinamas kolektoriumi, jo funkcijos aprašytos aukščiau.
• B - šepečių laikikliai, skirti tvirtinti šepečius (dažniausiai iš grafito), per kuriuos įtampa tiekiama į armatūros apvijas.
• C - statoriaus šerdis (surinkta iš plokščių, kurių medžiaga yra elektrinis plienas).
• D - statoriaus apvijos, šis mazgas nurodo žadinimo sistemą (induktorių).
• E - Inkaro velenas.

Šio tipo įrenginiuose sužadinimas gali būti nuoseklus ir lygiagretus, tačiau kadangi pastarasis variantas šiuo metu nėra gaminamas, mes jo nenagrinėsime. Kalbant apie universalų nuoseklųjį sužadinimą KD, žemiau pateikiama tipinė tokių elektrinių mašinų schema.

Universalus kompaktinis diskas gali veikti kintamąja įtampa dėl to, kad pasikeitus poliškumui, lauko ir armatūros apvijų srovė taip pat keičia kryptį. Dėl to sukimo momentas nekeičia savo krypties.

Universalios projektinės dokumentacijos ypatybės ir apimtis

Pagrindiniai šio įrenginio trūkumai išryškėja prijungus jį prie kintamosios srovės įtampos šaltinių, o tai atsispindi taip:

• efektyvumo sumažėjimas;
• padidėjęs kibirkščiavimas šepečio kolektoriaus mazge ir dėl to greitas jo susidėvėjimas.

Anksčiau kompaktiniai diskai buvo plačiai naudojami daugelyje buitinių elektros prietaisų (įrankių, skalbimo mašinų, dulkių siurblių ir kt.). Šiuo metu gamintojai praktiškai nustojo naudoti tokio tipo variklius, pirmenybę teikdami elektrinėms mašinoms be šepetėlių.

Dabar apsvarstykite kolektoriaus elektrines mašinas, veikiančias iš nuolatinės srovės įtampos šaltinių.

CD su nuolatinio magneto induktoriumi

Struktūriškai tokios elektrinės mašinos nuo universaliųjų skiriasi tuo, kad vietoj žadinimo ritių naudojami nuolatiniai magnetai.

Šis kintamosios srovės tipas yra labiausiai paplitęs, palyginti su kitomis tokio tipo elektrinėmis mašinomis. Taip yra dėl mažos kainos dėl konstrukcijos paprastumo, paprasto sukimosi greičio valdymo (priklauso nuo įtampos) ir jo krypties keitimo (pakanka pakeisti poliškumą). Variklio galia tiesiogiai priklauso nuo nuolatinių magnetų sukuriamo lauko stiprumo, o tai įveda tam tikrus apribojimus.

Pagrindinė taikymo sritis – mažos galios įvairios įrangos pavaros, dažnai naudojamos vaikų žaisluose.

Privalumai apima šias savybes:

• didelis sukimo momentas net esant mažam greičiui;
• dinamiškas valdymas;
• žema kaina.

Pagrindiniai trūkumai:

• mažai energijos;
• magnetai praranda savo savybes nuo perkaitimo arba laikui bėgant.

Norint pašalinti vieną iš pagrindinių šių įrenginių trūkumų (magnetų senėjimą), žadinimo sistemoje naudojamos specialios apvijos, pereikime prie tokių kompaktinių diskų svarstymo.

Nepriklausomos ir lygiagrečios lauko ritės

Pirmieji tokį pavadinimą gavo dėl to, kad induktoriaus ir armatūros apvijos nėra sujungtos viena su kita ir maitinamos atskirai (žr. A 6 pav.).

6 pav. KD grandinės su nepriklausoma (A) ir lygiagrečia (B) žadinimo apvija

Šio ryšio ypatumas yra tas, kad maitinimo šaltinis U ir U K turi skirtis, kitaip jėgos momentas neatsiras. Jeigu tokių sąlygų organizuoti neįmanoma, tai inkaro ir induktoriaus ritės jungiamos lygiagrečiai (žr. B 6 pav.). Abu kompaktinių diskų tipai turi tas pačias charakteristikas, radome galimybę juos sujungti į vieną skyrių.

Tokių elektrinių mašinų sukimo momentas esant mažam greičiui yra didelis ir jam didėjant mažėja. Būdinga tai, kad armatūros ir ritės srovės yra nepriklausomos, o bendra srovė yra srovių, einančių per šias apvijas, suma. Dėl to, sužadinimo ritės srovei nukritus iki 0, kompaktinis diskas greičiausiai suges.

Tokių prietaisų taikymo sritis yra elektrinės, kurių galia yra 3 kW ar daugiau.

Teigiamos savybės:

• nuolatinių magnetų nebuvimas pašalina jų gedimo problemą laikui bėgant;

Minusai:

• kaina yra didesnė nei nuolatinio magneto prietaisų;
• srovės kritimo žemiau slenkstinės žadintuvo ritės vertės nepriimtina, nes tai sukels gedimą.

Serijinė žadintuvo ritė

Tokio kompaktinio disko schema parodyta paveikslėlyje žemiau.

Kadangi apvijos sujungtos nuosekliai, srovė jose bus lygi. Dėl to, kai srovė statoriaus apvijoje tampa mažesnė už vardinę (tai atsitinka esant mažai apkrovai), magnetinio srauto galia mažėja. Atitinkamai, padidėjus apkrovai, srauto galia proporcingai didėja iki visiško magnetinės sistemos prisotinimo, po kurio ši priklausomybė pažeidžiama. Tai reiškia, kad ateityje padidėjus srovei armatūros ritės apvijoje magnetinis srautas nepadidės.

Pirmiau minėta ypatybė pasireiškia tuo, kad tokio tipo PD negalima paleisti, kai apkrova yra ketvirtadaliu mažesnė už vardinę. Tai gali lemti tai, kad elektrinės mašinos rotorius smarkiai padidins sukimosi greitį, tai yra, variklis „perkais“. Atitinkamai, ši funkcija apriboja taikymo sritį, pavyzdžiui, mechanizmuose su diržine pavara. Taip yra dėl to, kad sugedus elektrinė mašina pradeda veikti tuščiąja eiga.

Ši funkcija netaikoma įrenginiams, kurių galia mažesnė nei 200 W, kuriems apkrovos kritimas leistinas iki darbo tuščiosios eigos.

Serijinės ritės PD privalumai yra tokie patys kaip ir ankstesnio modelio, išskyrus valdymo paprastumą ir dinamiškumą. Kalbant apie minusus, jie turėtų apimti:

• didelė kaina, palyginti su nuolatinių magnetų analogais;
• mažas sukimo momento lygis dideliu greičiu;
• kadangi statoriaus ir žadinimo apvijos sujungtos nuosekliai, kyla problemų su greičio reguliavimu;
• veikimas be apkrovos sugenda kompaktinis diskas.

Mišrios sužadinimo ritės

Kaip matyti iš diagramos, pateiktos žemiau esančiame paveikslėlyje, tokio tipo kompaktiniame diske esantis induktorius turi dvi rites, sujungtas nuosekliai ir lygiagrečiai su rotoriaus apvija.

Paprastai viena iš ritių turi didesnę įmagnetinimo jėgą, todėl ji laikoma pagrindine, o antroji yra papildoma (pagalbinė). Leidžiamas skaitiklis ir koordinuotas ritių įjungimas, priklausomai nuo to, magnetinio srauto intensyvumas atitinka kiekvienos apvijos magnetinių jėgų skirtumą arba sumą.

Įjungus priešinga kryptimi, kompaktinio disko charakteristikos priartėja prie atitinkamų elektrinių mašinų su nuosekliu arba lygiagrečiu sužadinimo rodikliams (priklausomai nuo to, kuri iš ritių yra pagrindinė). Tai yra, toks įtraukimas yra aktualus, jei reikia gauti rezultatą pastovaus greičio pavidalu arba jų padidėjimą didėjant apkrovai.

Koordinuotas įtraukimas lemia tai, kad kompaktinio disko charakteristikos atitiks vidutinę elektrinių mašinų su lygiagrečiais ir nuosekliais sužadinimo ritėmis rodiklių vertę.

Vienintelis šio dizaino trūkumas yra didžiausia kaina, palyginti su kitų tipų kompaktiniais diskais. Kaina pateisinama dėl šių teigiamų savybių:

• magnetai nepasensta, jei tokių nėra;
• maža gedimo tikimybė esant neįprastiems darbo režimams;
• didelis sukimo momentas esant mažam greičiui;
• paprastas ir dinamiškas valdymas.

Angliavandenilių kuro išeikvojimas, aplinkos būklės pablogėjimas ir daugybė kitų priežasčių anksčiau ar vėliau privers gamintojus kurti elektromobilių modelius, kurie taps prieinami plačiajai visuomenei. Tuo tarpu belieka tik laukti arba asmeniškai sukurti aplinkai nekenksmingų technologijų galimybes.

Jei visgi labiau mėgstate sprendimų ieškoti savarankiškai, o ne laukti iš šalies, tuomet jums prireiks žinių, kurie elektromobilių varikliai jau yra išrasti, kuo jie skiriasi ir kuris iš jų yra perspektyviausias.

traukos variklis

Jei nuspręsite po automobilio gaubtu įdėti įprastą elektros variklį, greičiausiai nieko nebus. Ir viskas, nes jums reikia traukos elektros variklio (TED). Nuo įprastų elektros variklių jis skiriasi didesne galia, galimybe sukurti didesnį sukimo momentą, mažais matmenimis ir mažu svoriu.

Traukos varikliui maitinti naudojamos baterijos. Juos galima įkrauti iš išorinių šaltinių („iš lizdo“), iš saulės baterijų, iš automobilyje sumontuoto generatoriaus arba atkūrimo režimu (savaiminio įkrovimo).

Elektromobilių varikliai dažniausiai varomi ličio jonų akumuliatoriais. TED dažniausiai veikia dviem režimais – variklio ir generatoriaus. Pastaruoju atveju jis papildo sunaudotą elektros energijos tiekimą, kai persijungia į neutralų greitį.

Veikimo principas

Standartinis elektros variklis susideda iš dviejų elementų – statoriaus ir rotoriaus. Pirmasis komponentas yra nejudantis, turi keletą ritinių, o antrasis atlieka sukimosi judesius ir perduoda jėgą velenui. Į statoriaus rites tam tikru periodiškumu įvedama kintamoji elektros srovė, dėl kurios atsiranda magnetinis laukas, kuris pradeda sukti rotorių.

Kuo dažniau ritės „įjungiamos ir išjungiamos“, tuo greičiau velenas sukasi. Elektrinių transporto priemonių varikliuose gali būti montuojami dviejų tipų rotoriai:

• trumpasis jungimas, kuriame prieš statoriaus lauką atsiranda magnetinis laukas, dėl kurio atsiranda sukimasis;
• fazė - naudojama paleidimo srovei sumažinti ir veleno sukimosi greičiui valdyti, yra labiausiai paplitusi.

Be to, priklausomai nuo magnetinio lauko ir rotoriaus sukimosi greičio, varikliai gali būti asinchroniniai ir sinchroniniai. Vieną ar kitą tipą reikia pasirinkti iš turimų priemonių ir užduočių.

Sinchroninis variklis

Sinchroninis variklis yra TED, kuriame rotoriaus sukimosi greitis sutampa su magnetinio lauko sukimosi greičiu. Tokius variklius elektromobiliams patartina naudoti tik tais atvejais, kai yra padidintos galios šaltinis – nuo ​​100 kW.

Viena iš veislių yra tokio įrenginio statoriaus apvija, padalinta į kelias dalis. Tam tikru momentu į tam tikrą sekciją tiekiama srovė, atsiranda magnetinis laukas, kuris sukasi rotorių tam tikru kampu. Tada srovė nukreipiama į kitą sekciją, o procesas kartojamas, velenas pradeda suktis.

Asinchroninis elektros variklis

Asinchroniniame variklyje magnetinio lauko sukimosi greitis nesutampa su rotoriaus sukimosi greičiu. Tokių prietaisų privalumas yra techninis aptarnavimas – su šiais įrenginiais įrengtų elektromobilių atsarginių dalių rasti labai paprasta. Kiti privalumai:

1. Paprasta konstrukcija.
2. Lengva priežiūra ir eksploatacija.
3. Žema kaina.
4. Didelis patikimumas.

Priklausomai nuo prieinamumo, varikliai gali būti kolektoriniai ir be šepetėlių. Kolektorius – įtaisas, naudojamas kintamajai srovei paversti nuolatine srove. Šepečiai naudojami elektros energijai perduoti į rotorių.

Elektrinių transporto priemonių varikliai be šepetėlių yra lengvesni, kompaktiškesni ir efektyvesni. Rečiau jie perkaista ir sunaudoja mažiau elektros energijos. Vienintelis tokio variklio trūkumas yra aukšta elektroninio bloko, kuris atlieka kolektoriaus, kaina. Be to, sunkiau rasti atsarginių dalių elektromobiliams su varikliu be šepetėlių.

Elektros variklių gamintojai

Dauguma savadarbių elektrinių transporto priemonių yra suprojektuotos naudojant kolektoriaus variklį. Taip yra dėl prieinamumo, mažos kainos ir paprastos priežiūros.

Žymus šių variklių gamintojas yra Vokietijos įmonė Perm-Motor. Jo gaminiai gali stabdyti regeneraciniu būdu generatoriaus režimu. Jis aktyviai naudojamas motorolerių, motorinių valčių, automobilių, elektrinių kėlimo įrenginių įrengimui. Įdiegus į kiekvieną elektromobilį, jų kaina būtų kur kas mažesnė. Dabar jie kainuoja 5-7 tūkstančius eurų.

Populiarus gamintojas yra Etek, gaminantis variklius be šepetėlių ir šepetėlius. Paprastai tai yra trifaziai varikliai, veikiantys nuolatiniais magnetais. Pagrindiniai instaliacijos privalumai:

• valdymo tikslumas;
• atkūrimo organizavimo paprastumas;
• didelis patikimumas dėl paprasto dizaino.

Gamintojų sąrašą užbaigia „Advanced DC Motors“ gamykla iš JAV, gaminanti kolektorinius elektros variklius. Kai kurie modeliai turi išskirtinę savybę – turi antrą veleną, kuriuo prie elektromobilio galima prijungti papildomą elektros įrangą.

Kokį variklį pasirinkti

Kad pirkinys jūsų nenuviltų, reikia palyginti perkamo modelio charakteristikas su automobiliui keliamais reikalavimais. Renkantis elektros variklį, pirmiausia jie vadovaujasi jo tipu:

• Sinchroniniai įrenginiai yra sudėtingi ir brangūs, tačiau turi perkrovos galią, juos lengviau valdyti, jie nebijo įtampos kritimo, naudojami esant didelėms apkrovoms. Jie sumontuoti elektromobilyje „Mercedes“.
• Asinchroniniai modeliai yra nebrangūs, paprastas įrenginys. Juos lengva prižiūrėti ir eksploatuoti, tačiau jų galia yra daug mažesnė nei sinchroninio įrenginio.

Elektromobiliui kaina bus daug mažesnė, jei elektros variklis bus suporuotas su vidaus degimo varikliu. Rinkoje tokie kombinuoti augalai yra populiaresni, nes jų kaina yra apie 4-4,5 tūkst.

Elektros varikliai yra skirti elektros energiją paversti mechanine energija. Pirmieji jų prototipai buvo sukurti XIX amžiuje, o šiandien šie įrenginiai yra maksimaliai integruoti į šiuolaikinės žmonijos gyvenimą. Jų panaudojimo pavyzdžių galima rasti bet kurioje gyvenimo sferoje: nuo viešojo transporto iki namų kavos malūnėlių.

Elektros variklis: pjūvio vaizdas

Energijos konvertavimo principas

Bet kokio tipo elektros variklio veikimo principas yra naudoti elektromagnetinę indukciją, kuri atsiranda įrenginio viduje po prisijungimo prie tinklo. Norint suprasti, kaip sukuriama ši indukcija ir įjungiami variklio elementai, reikėtų atsiversti mokyklinį fizikos kursą, kuriame paaiškinama laidininkų elgsena elektromagnetiniame lauke.

Taigi, jei apvijos pavidalo laidininką, kuriuo juda elektros krūviai, panardinsime į magnetinį lauką, jis pradės suktis aplink savo ašį. Taip yra dėl to, kad krūvius veikia mechaninė jėga, kuri keičia jų padėtį plokštumoje, statmenoje magnetinėms jėgos linijoms. Galima sakyti, kad ta pati jėga veikia visą laidininką.

Žemiau esančioje diagramoje parodyta įtampa laidžioji kilpa ir du magnetiniai poliai, kurie suteikia jai sukimosi judesį.

Būtent toks magnetinio lauko ir srovės nešančios grandinės sąveikos su elektrovaros jėgos sukūrimu dėsningumas yra visų tipų elektros variklių veikimo pagrindas. Norint sukurti panašias sąlygas, įrenginio konstrukcijoje yra:

• Rotorius (apvija) - judanti mašinos dalis, pritvirtinta prie šerdies ir sukimosi guolių. Jis atlieka laidžios sukamosios grandinės vaidmenį.
• Statorius yra fiksuotas elementas, sukuriantis magnetinį lauką, kuris veikia rotoriaus elektrinius krūvius.
• Statoriaus korpusas. Įrengtos narvelių sėdynės rotoriaus guoliams. Rotorius yra statoriaus viduje.

Norėdami parodyti elektros variklio konstrukciją, galite sukurti grandinės schemą pagal ankstesnę iliustraciją:

Įjungus šį įrenginį tinkle, rotoriaus apvijomis pradeda tekėti srovė, kuri, veikiama statoriaus magnetinio lauko, suteikia rotoriui sukimąsi, perduodamą besisukančiam velenui. Sukimosi greitis, galia ir kiti veikimo rodikliai priklauso nuo konkretaus variklio konstrukcijos ir elektros tinklo parametrų.

Elektros variklių klasifikacija

Visi elektros varikliai pirmiausia klasifikuojami pagal juos tekančios srovės tipą. Savo ruožtu kiekviena iš šių grupių taip pat skirstoma į keletą tipų, priklausomai nuo technologinių savybių.
DC varikliai

Mažos galios nuolatinės srovės varikliuose magnetinį lauką sukuria nuolatinis magnetas, įmontuotas įrenginio korpuse, o armatūros apvija tvirtinama ant besisukančio veleno. DPT grandinės schema atrodo taip:

Apvija, esanti ant šerdies, yra pagaminta iš feromagnetinių medžiagų ir susideda iš dviejų nuosekliai sujungtų dalių. Jų galai sujungti su kolektoriaus plokštelėmis, prie kurių prispaudžiami grafito šepečiai. Vienas iš jų yra tiekiamas su teigiamu potencialu iš nuolatinės srovės šaltinio, o kitas - neigiamas.

Įjungus maitinimą varikliui, įvyksta:

1. Srovė iš apatinio "teigiamo" šepečio tiekiama į kolektoriaus plokštę, prie kurios kontaktinės platformos ji yra prijungta.
2. Srovei patekus per apviją į kolektoriaus plokštę (pažymėtą taškine raudona rodykle), prijungtą prie viršutinio „neigiamo“ šepečio, susidaro elektromagnetinis laukas.
3. Pagal įstrižainės taisyklę, viršutinėje dešinėje inkaro dalyje yra pietų magnetinis laukas, o apatinėje kairėje - šiaurinio magnetinio poliaus.
4. To paties potencialo magnetiniai laukai atstumia vienas kitą ir sukelia rotoriaus sukimąsi, diagramoje pažymėtą raudona rodykle.
5. Kolektoriaus plokščių įtaisas lemia srovės tekėjimo per apviją krypties pasikeitimą inercinio sukimosi metu, o darbo ciklas kartojamas dar kartą.

Paprasčiausias elektros variklis

Dėl akivaizdaus dizaino paprastumo, reikšmingas tokių variklių trūkumas yra mažas efektyvumas dėl didelių energijos nuostolių. Šiandien nuolatinio magneto nuolatinės srovės varikliai naudojami paprastuose buitiniuose prietaisuose ir vaikiškuose žaisluose.

Pramoniniais tikslais naudojamų didelės galios nuolatinės srovės variklių konstrukcija nenumato nuolatinių magnetų naudojimo (jie užimtų per daug vietos). Šios mašinos naudoja tokį dizainą:

• apvija susideda iš didesnio skaičiaus sekcijų, kurios yra metalinis strypas;
• kiekviena apvija yra atskirai prijungta prie teigiamo ir neigiamo polių;
• kolektoriaus įtaiso kontaktinių trinkelių skaičius atitinka apvijų skaičių.

Taigi energijos nuostolių sumažinimą užtikrina sklandus kiekvienos apvijos prijungimas prie šepečių ir maitinimo šaltinio. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta tokio variklio armatūros konstrukcija:

Nuolatinės srovės elektros variklių konstrukcija leidžia lengvai pakeisti rotoriaus sukimosi kryptį tiesiog pakeičiant maitinimo šaltinio poliškumą.

Elektros variklių funkcines savybes lemia kai kurie „gudrybės“, įskaitant srovę renkančių šepečių poslinkį ir keletą jungčių schemų.

Kolektoriaus šepečio mazgo poslinkis veleno sukimosi atžvilgiu įvyksta užvedus variklį ir pasikeitus taikomai apkrovai. Tai leidžia kompensuoti „armatūros reakciją“ – efektą, mažinantį mašinos efektyvumą dėl veleno stabdymo.

Yra trys DPT prijungimo būdai:

1. Lygiagretaus sužadinimo grandinė leidžia lygiagrečiai prijungti nepriklausomą apviją, paprastai reguliuojamą reostatu. Tai užtikrina maksimalų sukimosi greičio stabilumą ir sklandų jo reguliavimą. Dėl šios priežasties varikliai su lygiagrečiu sužadinimu plačiai naudojami kėlimo įrenginiuose, elektrinėse transporto priemonėse ir staklėse.
2. Nuosekliojo sužadinimo grandinėje taip pat numatyta naudoti papildomą apviją, tačiau ji nuosekliai sujungta su pagrindine. Tai leidžia, jei reikia, smarkiai padidinti variklio sukimo momentą, pavyzdžiui, traukinio judėjimo pradžioje.
3. Mišrioje grandinėje naudojami abu aukščiau aprašyti prijungimo būdai.

Dvipolis elektros variklis

AC varikliai

Pagrindinis skirtumas tarp šių variklių ir anksčiau aprašytų modelių yra srovė, tekanti per jų apvijas. Jis apibūdinamas pagal sinusoidinį dėsnį ir nuolat keičia savo kryptį. Atitinkamai, šių variklių maitinimas tiekiamas iš generatorių, kurių vertė yra kintamoji.

Vienas iš pagrindinių dizaino skirtumų yra statoriaus įtaisas, kuris yra magnetinė grandinė su specialiais grioveliais apvijų posūkių vietai.

Kintamosios srovės varikliai pagal veikimo principą skirstomi į sinchroninius ir asinchroninius. Trumpai tariant, tai reiškia, kad pirmajame rotoriaus sukimosi greitis sutampa su statoriaus magnetinio lauko sukimosi dažniu, o antruoju – ne.

Sinchroniniai varikliai

Sinchroninių kintamosios srovės variklių veikimas taip pat pagrįstas laukų, atsirandančių įrenginio viduje, sąveikos principu, tačiau jų konstrukcijoje nuolatiniai magnetai yra pritvirtinti prie rotoriaus, o apvija atliekama išilgai statoriaus. Jų veikimo principas parodytas šioje diagramoje:

Apvijos laidininkai, per kuriuos teka srovė, parodyta paveikslėlyje kaip rėmas. Rotoriaus sukimasis yra toks:

1. Tam tikru momentu rotorius su nuolatiniu magnetu sukasi laisvai.
2. Ant apvijos tuo momentu, kai per ją praeina teigiama pusbanga, susidaro magnetinis laukas su diametraliai priešingais poliais Sst ir Nst. Jis parodytas aukščiau pateiktos diagramos kairėje pusėje.
3. Tie patys nuolatinio magneto ir statoriaus magnetinio lauko poliai atstumia vienas kitą ir nukreipia variklį į padėtį, parodytą dešinėje diagramos pusėje.

Realiomis sąlygomis, norint sukurti nuolatinį sklandų variklio sukimąsi, naudojama ne viena apvijos ritė, o kelios. Jie pakaitomis praleidžia srovę per save, dėl to susidaro besisukantis magnetinis laukas.

Asinchroniniai varikliai

O kintamosios srovės indukciniame variklyje besisukantį magnetinį lauką sukuria trys (380 V tinklui) statoriaus apvijos. Jų prijungimas prie maitinimo šaltinio atliekamas per gnybtų dėžutę, o aušinimą atlieka variklyje sumontuotas ventiliatorius.

Rotorius, surinktas iš kelių metalinių strypų, uždarytų vienas prie kito, yra standžiai sujungtas su velenu ir sudaro vieną su juo. Būtent dėl ​​strypų sujungimo vienas su kitu tokio tipo rotorius vadinamas voverės narveliu. Dėl to, kad šioje konstrukcijoje nėra laidžių šepečių, variklio priežiūra yra labai supaprastinta, padidėja tarnavimo laikas ir patikimumas. Pagrindinė šio tipo variklių gedimo priežastis – veleno guolių susidėvėjimas.

Asinchroninio variklio veikimo principas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos dėsniu – jei statoriaus apvijų elektromagnetinio lauko sukimosi dažnis viršija rotoriaus sukimosi dažnį, jame indukuojama elektrovaros jėga. Tai svarbu, nes tuo pačiu dažniu EML nevyksta ir atitinkamai nevyksta sukimasis. Realiai apkrova ant veleno ir guolių atsparumas trinčiai visada sulėtina rotorių ir sukuria pakankamas sąlygas darbui.

Pagrindinis šio tipo variklių trūkumas yra tai, kad neįmanoma pasiekti pastovaus veleno greičio. Faktas yra tas, kad įrenginio našumas skiriasi priklausomai nuo įvairių veiksnių. Pavyzdžiui, be apkrovos ant veleno diskinis pjūklas sukasi didžiausiu greičiu. Kai atnešame lentą prie pjūklo disko ir pradedame pjauti, disko greitis pastebimai sumažėja. Atitinkamai mažėja ir rotoriaus sukimosi greitis elektromagnetinio lauko atžvilgiu, o tai sukelia dar didesnį EML. Tai padidina srovės suvartojimą, o variklio darbinė galia padidinama iki maksimumo.

Elektros variklio veikimo principas

Svarbu pasirinkti tinkamos galios variklį – per mažas sugadins voverės narvelio rotorių, viršijus apskaičiuotą maksimalų EML, o per didelis energijos suvartojimas bus nepagrįstas.

Asinchroniniai kintamosios srovės varikliai skirti veikti iš trifazio elektros tinklo, bet gali būti jungiami ir į vienfazį tinklą. Pavyzdžiui, jie naudojami skalbimo mašinose ir namų dirbtuvių mašinose. Vienfazis variklis turi apie 30% mažesnę galią lyginant su trifaziu varikliu – nuo ​​5 iki 10 kW.

Dėl vykdymo paprastumo ir patikimumo asinchroniniai kintamosios srovės varikliai dažniausiai naudojami ne tik pramoninėje įrangoje, bet ir buityje.

Universalūs varikliai su kolektoriais

Daugeliui buitinių elektros prietaisų reikalingas didelis variklio greitis ir sukimo momentas esant mažoms paleidimo srovėms ir sklandžiai reguliuoti. Visus šiuos reikalavimus atitinka kolektorių varikliai, vadinami universaliais. Savo konstrukcija jie labai panašūs į nuolatinės srovės variklius su serijiniu sužadinimu.

Pagrindinis skirtumas nuo DPT yra magnetinė sistema, sukomplektuota keliais vienas nuo kito izoliuotais elektrinio plieno lakštais, prie kurių polių prijungtos dvi apvijos dalys. Ši konstrukcija sumažina elementų įkaitimą dėl Foucault srovių ir permagnetinimo.

Didelis magnetinių laukų sinchronizmas universaliuose kolektoriniuose varikliuose išlaiko didelį sukimosi greitį net esant didelei veleno apkrovai. Todėl jie naudojami mažos galios didelės spartos įrangoje ir buitinėje technikoje. Prijungus prie reguliuojamo transformatoriaus grandinės, tampa įmanoma sklandžiai reguliuoti greitį.

Pagrindinis tokių elektros variklių trūkumas – mažas variklio resursas dėl greito grafito šepečių dilimo.

Elektriniai varikliai gamina sinchroninius, asinchroninius, kolektorinius, kiekvienas turi savo darbo ypatumus. Minusas didelis: internetas pateikia menkų idėjų apie darbo skirtumus, veikimo principą. Galime skaityti atsiliepimus apie sinchroninius elektros variklius, bet galų gale nesuprantame pagrindinio dalyko: niuansų! Kodėl HE naudojami tokie generatoriai, bet kasdieniame gyvenime variklio veidrodžių nesimato (kintamosios srovės variklis yra reversinis)?

Elektriniai varikliai: veislės

Turime iš karto pasakyti, kad nesiekėme skaitytojams pateikti išsamios informacijos šia tema. Neįmanoma suvokti begalybės. Bus svarstomi atvejai, praleisti literatūroje. Informacija tarsi išdėliota, leidėjai neturi laiko sisteminti. Mes padėsime jums suprasti, kaip veikia elektros variklių tipai. Pradėkime nuo paprasto sąrašo.

Kolektorių varikliai

Dažnai painiojama su sinchroniniu. Angliniai šepetėliai randami. Šis panašumas yra ribotas, kolektoriaus variklių sukimosi dažnis labai skiriasi, kiekvienas gali pamatyti skalbimo mašinos pavyzdį. Greičio valdymas atliekamas perjungiant apvijas, reguliuojant darbinės įtampos vertę (keičiant maitinimo dažnio įtampos ribinį kampą).

Pagrindinis skirtumas tarp įrenginių yra kolektoriaus buvimas. Savotiška pjūvio konstrukcija, sumontuota ant veleno. Susideda iš daugybės ritinių, tolygiai besisukančių. Kolektorius užtikrina nuoseklųjį perjungimą, kad laukas palaipsniui judėtų aplink veleną. Prilipęs prie statoriaus, rotorius pradeda judėti.

Kolektorių variklių trūkumai yra trapumas (pramonei). Kasdieniame gyvenime dominuoja įrenginių tipas. Paprastas būdas yra reguliuoti greitį (nutraukiant dalį sinusoidės periodo). Kolektorių varikliai mato kitus minusus / pliusus, minėti anksčiau, dabar mes išnagrinėsime savybes. Suskirstyto būgno buvimas ant veleno.

Ar galima vietoj jo įdėti magnetą, pasukti statoriaus lauką? Taip, gausime sinchroninį variklį (tipinis pavyzdys – skalbimo mašinų siurbliai). Ar galima maitinti apviją nuolatine srove, pasukti statoriaus lauką? Taip, bus sinchroninis variklis. Matote, kolektorius aiškiai parodo įrenginio tipą.

Asinchroniniai varikliai

Dažniausiai naudojamas pramonėje. Gauname dizaino paprastumą, krūvą gėrybių. Atsparumas smūgiams, atsparumas vibracijai: nėra anglinių šepetėlių. Vietoje to gaunama krūva konstrukcijų. Šeima gausiausia.

Pirma, rotorius. Jis gali būti trumpasis jungimas, fazinis. Pirmoji reiškia: ant veleno montuojama konstrukcija (svoriui sumažinti siluminas), kur įterpiami variniai dryžiai. Sutrumpintas perimetru su dviem žiedais. Pasirodo, būgnas, kartais vadinamas voverės narvu.

Laukas atsiranda veikiant besisukančiam statoriaus EMF, skirtingai nuo kolektorių variklių, asinchroniniai varikliai neįjungiami nuolatine srove. antrinis skirtumas. Pirminis buvo įvardytas: kontaktai netinka rotoriui (išskyrus paleidimo reostatą), velenas viršuje su voverės narve, išvada apie priklausymą vienareikšmė. Kalbant apie fazines asinchronines mašinas, rotoriaus ritės maitinamos per slydimo žiedus. Velenas pakeliamas, palaipsniui įgaunant pagreitį.

Sinchroniniai varikliai

Įrenginio tipas, apie kurį, remiantis tinklo pastabomis, tiesiog neįmanoma sukurti koncepcijos. Skirtumas paprastas: laukas toks stiprus, kad fiksuojamas be problemų, neslysta, kaip būna su asinchroniniais arba (mažesniu mastu) kolektoriniais varikliais. Jį dažniau suteikia nuolatinis magnetas arba sužadinimo apvija yra ant rotoriaus. Statorius tiekiamas su kintamąja norimo dažnio įtampa.

Sukimosi greitis priklauso nuo maitinimo dažnio. Yra tik du poliai, todėl jis yra 25 Hz (1500 aps./min.). Ypatybė, pagal kurią galime daryti prielaidą: matome sinchroninį variklį – kartotinį, sveikąjį skaičių. Svarbiausia yra veleno sukimosi greičio ir maitinimo įtampos dažnio sutapimas. Daug kas priklauso nuo stulpų skaičiaus. Pavyzdžiui, hidroelektrinėse generatoriai dirba 1-2 Hz veleno dažniu, pramoniniai 50 Hz gaunami apvyniojus daugybę lygiagrečiai sujungtų statoriaus ritinių.

Kaip veikia elektros varikliai

Asinchroniniai varikliai

Trumpai apibūdinome išorinius elektros variklių skirtumus, dabar keli žodžiai apie įrenginį ir veikimą. Asinchroniniai varikliai statoriaus pagalba sukuria besisukantį magnetinį lauką išilgai ašies. Voverės narvelio būgnas retai (jei yra) pagamintas iš feromagnetinių medžiagų. Priešingu atveju šildymas būtų buvęs reikšmingas. Tiesą sakant, tai pasirodo indukcinė krosnis.

Silumino būgne yra variniai laidininkai išilgai magnetinio lauko linijų. Laidumo skirtumas yra toks, kad izoliacija nėra atliekama: raudonai rudi laidai teka srovę. Statoriaus EML sukeltas laukas yra silpnas. Taikomos specialios priemonės, padedančios išsklaidyti veleną. Rotoriaus magnetinis laukas blogai laikosi, asinchroninis variklis stovi kaip stulpas. Veiksminga kovos su problema priemonė apsiriboja dvigubo voverės narvelio sukūrimu: tam tikrame gylyje palei būgną eina antra eilė varinių gijų. Suvienyti vieno tinklo galuose.

Paleidimo metu srovės dažnis, lauko įsiskverbimo gylis yra dideli. Į darbą įtraukti abu voverės narvelio sluoksniai. Kai įsibėgėjate, skirtumas išsilygina, sumažėja iki nulio. Lauko amplitudė mažėja, išorinis voverės narvo sluoksnis lieka veikti. Atkreipkite dėmesį, kad rotorius yra bejėgis pasivyti lauką, slysta, vėluoja. Todėl varikliai vadinami asinchroniniais. Britai tai palengvina – vadina indukcija.

Jei laukas sukasi rotoriaus greičiu, EML nustoja sukelti. Bus lėtėjimas, ciklas kartosis, pradedant pagreičiu. Rotorius vis tiek atsiliks nuo lauko. Taip veikia trumpojo jungimo įrenginys. Fazinis rotorius (ačiū Vikipedijai), turintis trifazę apviją, atlieka keletą funkcijų, atsižvelgiant į įrenginio paskirtį:

• Jis maitinamas elektra per srovės kolektoriaus žiedą. Dabar rotorius gauna fazę ir sukelia statoriaus EML. Palaipsniui veleną paima laukas, tolesnis procesas aprašytas aukščiau.
• Maitinamas nuolatine srove. Susidaro sinchroninis variklis.
• Jis tiekiamas su reostatais, droseliais, kurie reguliuoja greitį.
• Įgyvendina inverterio valdymą (sudėtingas pirmas atvejis).

Asinchroninių variklių veikimo principas: naudojamas indukuotas EMF, sukimosi greitis nepajėgia pasivyti lauko (dingsta srovės). Priešingu atveju variklio tipas pakeičiamas (sinchroninis). Maitinimo įtampos amplitudė dažnai naudojama greičiui valdyti. Metodas tinka asinchroninio tipo varikliams su voverės narveliu, faziniu rotoriumi. Mes išvardijame metodus:

• Tinka mašinoms su voverės narveliais:
  1. Maitinimo įtampos dažnio reguliavimas.
  2. Statoriaus polių porų skaičiaus keitimas. Dėl to keičiasi lauko sukimosi greitis, suteikiantis norimą efektą.
• Mašinoms su faziniu rotoriumi leidžiama:
  1. Į maitinimo grandinę įkiškite reostatą. Slydimo nuostoliai didėja, natūraliai keičiasi greitis.
  2. Naudokite specialius vožtuvus. Slydimo energiją ištaiso Larionovo grandinė, kuri nuolatinės įtampos pavidalu tiekiama pagalbiniam elektros varikliui, kuris pjausto impulsus per išoriškai valdomus tiristorius. Grąžinama galia, kuri paprastai būtų prarasta. Per pagalbinio variklio veleną transformatorius, kurio apvijos iš dalies prijungtos prie maitinimo tinklo. Greičio valdymas atliekamas įvedant papildomą EMF. Tai atliekama arba tiesiogiai (per maitinimo šaltinį), arba keičiant tiristoriaus perjungimo kampą maitinimo šaltinio atžvilgiu. Dažnis skiriasi nuo vardinio.
  3. Dviejų tiekimo variklis yra suvynioto rotoriaus įrangos greičio reguliavimo įdiegimo parinktis. Tipas dažniau naudojamas generatoriaus grandinėms įgyvendinti. Rotorius plūduriuoja tolyn sukimosi greičiu - variklis vis dar asinchroninis. Statorius ir rotorius maitinami atskirai. Leidžia nustatyti kiekvienos apvijos dažnį, natūraliai lemia norimus greičio pokyčius.

Asinchroniniai varikliai tinka maitinimo amplitudės keitimui. Vožtuvų grandinės, pačios brangiausios, turi didžiausią efektyvumą.

Asinchroninio tipo variklis

Sinchroninių variklių veikimas

Mes vaikščiojome per kolektorių variklius – jie papasakojo, kaip projektuoti – todėl šiandien praleidžiame šeimą. Bejėgis kitaip papasakoti daug įdomiau: forumuose kyla daug ginčų. Apsvarstysime ne visai sinchroninius variklius – generatorių. Kaip ir hidroelektrinių puošimas.

Ar kada susimąstėte, kaip reguliuojamas turbinos sukimosi greitis vandens srovei krentant ant mentės? Langinės kreipiančiosios mentelės? Nr. Generatorių reikia papildyti ne tik nuolatine, bet ir kintamąja srove. Pirmasis tiekiamas į rotorių, o antrasis - į statorių. Dėl to velenas net negalėjo pajudėti, bet vanduo jam padeda. Bet srauto stabdymo energija jau paverčiama veikiančių statoriaus ritinių, suvyniotų šalia pagalbinių, EMF.

Tiesą sakant, mūsų rankose yra kintamosios srovės variklio įrenginys, tarp apvijų daugumą generuojančių, pašalintas 50 Hz dažnis. Sinchronizavimą užtikrina maitinimo įtampa. Jei vanduo spaudžia per stipriai, padidėja sužadinimo srovė, išvengiama užstrigimo. Lygiagrečiai didinama elektrinės išėjimo galia. Dažnis lemia pašalintos įtampos charakteristikas, 50 Hz vardinės vertės atžvilgiu nuokrypiai, didesni nei procento dalis (0,1%), neleidžiami.

Velenas sukasi 1-2 apsisukimų per sekundę greičiu. Daugybė lygiagrečiai sujungtų generatoriaus apvijų sudaro norimą sinusoidės formą. Pabrėžiame, kad dažnį palaiko žadinimo įtampa, todėl būtent jam keliami didesni reikalavimai. Iš elektrinės reikia gauti daugiau galios, tik šiek tiek atsidaro kreipiamojo aparato sklendės, vandens masė pradeda kristi žemyn. Ašmenys nejuda greičiau, didėja žadinimo srovė, natūraliai sukelia stipresnių laukų atsiradimą.

Kintamosios srovės variklio veikimo principas kopijuoja tai, kas buvo pasakyta, nėra generatoriaus apvijų. Reikia gauti daugiau galios - padidinkite sužadinimo įtampą, amplitudę išilgai maitinimo grandinės. Stiprina laukų sukibimą, neįskaitant slydimo. Akivaizdu, kad didelė veleno masė negali akimirksniu įgyti 50 Hz dažnio (ir ne), teisingai pagaminta įranga per trumpą laiką pasiekia režimą. Greitis priklauso nuo polių skaičiaus.

Šiandien neturėjome laiko svarstyti kintamosios srovės variklių techninių charakteristikų, tai darėme daug kartų anksčiau, susijusių su įvairiais įrenginiais. Tikime, kad ateityje apžvalgos vėl gali pakrypti į temą su bukspritu.