Ecologia consumului Știință și tehnologie: De ce sunt instalate unele motoare într-un aspirator și diferite motoare într-un ventilator de evacuare? Ce fel de motoare sunt într-un Segway? Care mută metroul?

Există multe tipuri de motoare electrice. Și fiecare dintre ele are proprietățile, domeniul de aplicare și caracteristicile sale. Acest articol va oferi o scurtă prezentare generală a diferitelor tipuri de motoare electrice cu fotografii și exemple de aplicații. De ce sunt instalate unele motoare într-un aspirator și diferite motoare într-un ventilator de hotă? Ce fel de motoare sunt într-un Segway? Care mută metroul?

Fiecare motor electric are anumite proprietăți distinctive care determină aplicarea lui în care este cel mai benefic. Sincron, asincron, curent continuu, comutator, fără perii, reluctanță comutată, pas cu pas... De ce nu, ca în cazul motoarelor cu ardere internă, să nu inventăm câteva tipuri, să le aduceți la perfecțiune și să le folosiți și numai pe ele în toate aplicațiile ? Să trecem prin toate tipurile de motoare electrice și, la sfârșit, vom discuta de ce sunt atât de multe și care motor este „cel mai bun”.

Motor DC (motor DC)

Toată lumea ar trebui să fie familiarizată cu acest motor din copilărie, deoarece acesta este tipul de motor întâlnit în majoritatea jucăriilor vechi. O baterie, două fire pentru contacte și sunetul unui bâzâit familiar, care inspiră alte fapte de design. Nu toată lumea a făcut asta? Speranţă. În caz contrar, cel mai probabil acest articol nu vă va interesa. În interiorul unui astfel de motor, pe arbore este instalată o unitate de contact - un colector, care comută înfășurările de pe rotor în funcție de poziția rotorului.

Curentul continuu furnizat motorului trece printr-una sau cealaltă parte a înfășurării, creând cuplu. Apropo, fără a merge prea departe, probabil că toată lumea era interesată de ce fel de lucruri galbene erau pe niște DPT-uri de la jucării, chiar pe contacte (ca în fotografia de mai sus)? Acestea sunt condensatoare - atunci când colectorul funcționează, din cauza comutării, consumul de curent este pulsat, tensiunea se poate modifica brusc și de aceea motorul creează mult zgomot. Ele sunt mai ales enervante dacă DPT-ul este instalat într-o jucărie controlată prin radio. Condensatorii atenuează astfel de ondulații de înaltă frecvență și, în consecință, elimină interferențele.

Motoarele de curent continuu variază de la dimensiuni foarte mici („vibrații” în telefon) la cele destul de mari - de obicei până la un megawatt. De exemplu, fotografia de mai jos arată motorul de tracțiune al unei locomotive electrice cu o putere de 810 kW și o tensiune de 1500 V.

De ce nu sunt DBT-urile mai puternice? problema principala toate DBT, și în special DBT de mare putere– aceasta este o unitate de colectare. Un contact de alunecare în sine nu este o idee foarte bună, iar un contact de alunecare la kilovolți și kiloamperi este cu atât mai mult. Prin urmare, proiectarea unei unități de colectare pentru DPT-uri puternice este o artă, iar la o putere peste un megawatt, a face un colector de încredere devine prea dificil.

ÎN calitatea consumatorului DPT este bun pentru simplitatea sa în ceea ce privește controlabilitatea. Cuplul său este direct proporțional cu curentul armăturii, iar viteza de rotație (cel puțin fără sarcină) este direct proporțională cu tensiunea aplicată. Prin urmare, înainte de era microcontrolerelor, electronicii de putere și convertizoarelor de curent alternativ cu frecvență variabilă, motorul de curent continuu era cel mai popular motor electric pentru aplicațiile în care era necesar controlul vitezei sau al cuplului.

De asemenea, este necesar să menționăm cum exact se formează fluxul de excitație magnetică în DPT, cu care interacționează armătura (rotorul) și, din această cauză, se generează un cuplu. Acest flux poate fi realizat în două moduri: magneți permanenți și înfășurare de câmp. În motoarele mici, cel mai adesea se instalează magneți permanenți, în cele mari - o înfășurare de excitație. Înfășurarea de excitație este un alt canal de reglare. Pe măsură ce curentul înfășurării câmpului crește, fluxul său magnetic crește. Acest flux magnetic este inclus atât în ​​formula cuplului motor, cât și în formula EMF.

Cu cât fluxul magnetic de excitație este mai mare, cu atât cuplul dezvoltat la același curent de armătură este mai mare. Dar cu cât este mai mare EMF al mașinii, ceea ce înseamnă că la aceeași tensiune de alimentare turația de mers în gol a motorului va fi mai mică. Dar dacă reduceți fluxul magnetic, atunci la aceeași tensiune de alimentare frecvența fără sarcină va fi mai mare, mergând la infinit atunci când fluxul de excitație este redus la zero. Aceasta este o proprietate foarte importantă a DBT. În general, recomand cu căldură studierea ecuațiilor DMT - sunt simple, liniare, dar pot fi extinse la toate motoarele electrice - procesele sunt similare peste tot.

Motor universal periat

În mod ciudat, acesta este cel mai comun motor electric din viața de zi cu zi, al cărui nume este cel mai puțin cunoscut. De ce s-a întâmplat asta? Designul și caracteristicile sale sunt aceleași cu cele ale unui motor de curent continuu, așa că menționarea acestuia în manualele de acționare este de obicei plasată la sfârșitul capitolului despre motoarele de curent continuu. În același timp, asocierea colector = DPT este atât de ferm în cap, încât nu toată lumea crede că un motor de curent continuu, al cărui nume conține „curent continuu”, poate fi teoretic conectat la o rețea de curent alternativ. Să ne dăm seama.

Cum se schimbă sensul de rotație al unui motor de curent continuu? Toată lumea știe acest lucru; este necesar să se schimbe polaritatea sursei de alimentare a armăturii. Ce altceva? De asemenea, puteți schimba polaritatea de putere a înfășurării de excitație dacă excitația este făcută de înfășurare și nu de magneți. Ce se întâmplă dacă polaritatea este schimbată atât la armătură, cât și la înfășurarea câmpului? Așa este, sensul de rotație nu se va schimba. Deci, ce așteptăm? Conectăm armătura și înfășurările de excitație în serie sau în paralel, astfel încât polaritatea să se schimbe în mod egal în ambele locuri, apoi o introducem într-o rețea de curent alternativ monofazat! Gata, motorul se va învârti. Există un singur mic detaliu care trebuie făcut: deoarece curentul alternativ trece prin înfășurarea de excitație, miezul său magnetic, spre deosebire de un DPT adevărat, trebuie să fie laminat pentru a reduce pierderile de la curenții turbionari. Și așa am primit așa-numitul „motor cu comutator universal”, care, prin proiectare, este un subtip de DPT, dar... funcționează excelent atât în ​​curent alternativ, cât și în curent continuu.

Acest tip de motor este cel mai utilizat în aparate electrocasnice unde este necesară reglarea vitezei de rotație: burghie, mașini de spălat (nu cu „acționare directă”), aspiratoare etc. De ce este el atât de popular? Din cauza ușurinței reglementării. Ca și în DPT, acesta poate fi reglat de nivelul de tensiune, care pentru rețeaua de curent alternativ se face printr-un triac (tiristor bidirecțional). Circuitul de control poate fi atât de simplu încât este plasat, de exemplu, direct în „declanșatorul” unei scule electrice și nu necesită un microcontroler, PWM sau senzor de poziție a rotorului.

Motor electric asincron

Chiar mai frecvent decât motoarele cu perii este motorul asincron. Este răspândit doar în principal în industrie - unde există o rețea trifazată. Pe scurt, statorul său este o înfășurare distribuită în două faze sau trifazate (mai rar multifazate). Este conectat la o sursă de tensiune alternativă și creează un câmp magnetic rotativ. Rotorul poate fi gândit ca un cilindru de cupru sau aluminiu, în interiorul căruia există un circuit magnetic de fier. Tensiunea nu este furnizată în mod explicit rotorului, dar este indusă acolo datorită câmpului alternant al statorului (deci motorul este Limba engleză numită inducție). Curenții turbionari rezultați în rotorul cuștii de veveriță interacționează cu câmpul statorului, rezultând generarea de cuplu.

De ce este atât de popular motorul asincron?

Nu are un contact de alunecare ca un motor cu perii și, prin urmare, este mai fiabil și necesită mai puțină întreținere. În plus, un astfel de motor poate fi pornit dintr-o rețea de curent alternativ prin „pornire directă” - poate fi pornit cu un comutator „pe rețea”, în urma căruia motorul va porni (cu un curent de pornire ridicat de 5 -7 ori, dar permis). Un motor de curent continuu de putere relativ mare nu poate fi pornit astfel; De asemenea, unitățile asincrone, spre deosebire de DPT-urile, pot fi realizate cu o putere mult mai mare - zeci de megawați, tot din cauza absenței unui colector. În același timp, un motor asincron este relativ simplu și ieftin.

Un motor asincron este folosit și în viața de zi cu zi:în acele aparate în care nu este necesară reglarea vitezei de rotaţie. Cel mai adesea acestea sunt așa-numitele motoare „condensator” sau, ceea ce este același lucru, motoare asincrone „monofazate”. Deși, de fapt, din punctul de vedere al unui motor electric, este mai corect să spunem „bifazat”, pur și simplu o fază a motorului este conectată direct la rețea, iar a doua printr-un condensator. Faza condensatorului schimbă tensiunea din a doua înfășurare, ceea ce creează un câmp magnetic eliptic rotativ. De obicei, astfel de motoare sunt utilizate în ventilatoare de evacuare, frigidere, pompe mici etc.

Dezavantajul unui motor asincron comparativ cu DBT prin faptul că este dificil de reglementat. Un motor electric asincron este un motor cu curent alternativ. Dacă pur și simplu reduceți tensiunea unui motor asincron fără a reduce frecvența, atunci va reduce ușor viteza, da. Dar așa-numita sa alunecare va crește (întârzierea vitezei de rotație față de frecvența câmpului statorului), pierderile în rotor vor crește, motiv pentru care se poate supraîncălzi și se poate arde. Vă puteți gândi la acest lucru ca la reglarea vitezei unei mașini de pasageri doar cu ambreiajul, aplicând accelerația maximă și cuplând treapta a patra. Pentru a regla corect viteza de rotație a unui motor asincron, trebuie să reglați proporțional atât frecvența, cât și tensiunea.

Ar fi mai bine să organizăm controlul vectorilor cu totul. Dar pentru aceasta aveți nevoie de un convertor de frecvență - un întreg dispozitiv cu un invertor, microcontroler, senzori etc. Înainte de era electronică a semiconductoarelor de putere și tehnologiei microprocesoarelor (în secolul trecut), reglarea frecvenței era exotică - nu avea nimic de-a face cu aceasta. Dar astăzi, o acționare electrică asincronă reglabilă bazată pe un convertor de frecvență este deja un standard de facto.

Motor sincron

Există mai multe subtipuri de acționări sincrone - cu magneți (PMSM) și fără (cu înfășurare de câmp și inele colectoare), cu EMF sinusoidal sau trapezoidal (motoare cu curent continuu fără perii, BLDC). Aceasta include și unele motoare pas cu pas. Înainte de era electronicii semiconductoare de putere, destinul mașinilor sincrone urma să fie folosit ca generatoare (aproape toate generatoarele tuturor centralelor electrice sunt mașini sincrone), precum și unități puternice pentru orice sarcină serioasă din industrie.

Toate aceste mașini au fost realizate cu inele colectoare (se poate vedea în fotografie, desigur, nu se vorbește despre excitația magneților permanenți la astfel de puteri); În același timp, un motor sincron, spre deosebire de unul asincron, are mari probleme la pornire. Dacă conectați o mașină sincronă puternică direct la o rețea trifazată, atunci totul va fi rău. Deoarece mașina este sincronă, trebuie să se rotească strict la frecvența rețelei. Dar în 1/50 de secundă, rotorul, desigur, nu va avea timp să accelereze de la zero la frecvența rețelei și, prin urmare, pur și simplu se va smuci înainte și înapoi, deoarece momentul va fi alternativ. Aceasta se numește „motorul sincron nu a intrat în sincronism”. Prin urmare, în mașinile sincrone reale, este utilizată pornirea asincronă - ele realizează o mică înfășurare asincronă de pornire în interiorul mașinii sincrone și scurtcircuitează înfășurarea de excitație, simulând „cușca de veveriță” a unei mașini asincrone, pentru a accelera mașina la un frecvență aproximativ egală cu frecvența de rotație a câmpului, iar după aceea excitația de curent continuu este pornită și mașina este atrasă în sincronism.

Și în timp ce cu un motor asincron este cel puțin posibil să reglați frecvența rotorului fără a schimba frecvența câmpului, atunci cu un motor sincron este absolut imposibil. Fie se învârte cu un câmp frecvent, fie cade din sincronizare și se oprește cu procese tranzitorii dezgustătoare. În plus, un motor sincron fără magneți are inele colectoare - un contact de alunecare - pentru a transfera energie către înfășurarea câmpului din rotor. În ceea ce privește complexitatea, acesta nu este, desigur, un colector DPT, dar ar fi totuși mai bine fără un contact glisant. De aceea, în industrie, unitățile asincrone mai puțin capricioase sunt utilizate în principal pentru sarcini nereglementate.

Dar totul s-a schimbat odată cu apariția electronicelor semiconductoare de putere și a microcontrolerelor. Acestea au făcut posibilă generarea oricărei frecvențe de câmp dorite pentru o mașină sincronă, legată printr-un senzor de poziție la rotorul motorului: pentru a organiza un mod de funcționare a motorului (autocomutație) sau control vectorial al unei supape. În același timp, caracteristicile întregii unități (mașină sincronă + invertor) s-au dovedit a fi aceleași cu cele obținute de la un motor de curent continuu: motoarele sincrone au început să strălucească cu culori complet diferite. Prin urmare, începând cu anul 2000, a început un „boom” de motoare sincrone cu magneți permanenți. La început s-au târât timid în ventilatoare mai reci ca mici motoare BLDC, apoi au ajuns la modele de avioane, apoi s-au urcat în mașini de spălat ca acționare directă, în tracțiune electrică (Segway-uri, Toyota Prius etc.), înlocuind din ce în ce mai mult clasicul motor periat. pentru astfel de sarcini. Astăzi, motoarele sincrone cu magneti permanenți câștigă din ce în ce mai multe aplicații și avansează cu un pas. Și toate acestea datorită electronicii. Dar ce este mai bun decât un motor sincron față de unul asincron, dacă comparăm setul convertor + motor? Și ce e mai rău? Această problemă va fi discutată la sfârșitul articolului, dar acum să trecem prin mai multe tipuri de motoare electrice.

Motor cu reluctanță comutat auto-excitat (VID SV, SRM)

Are multe nume. De obicei, se numește pe scurt un motor cu reluctanță comutată (SMR) sau o mașină cu reluctnță comutată (VIM) sau o unitate (VIP). În terminologia engleză, aceasta este acționare cu reluctanță comutată (SRD) sau motor (SRM), care se traduce ca o mașină cu rezistență magnetică comutabilă. Dar puțin mai jos vom lua în considerare un alt subtip al acestui motor, care diferă prin principiul său de funcționare.

Pentru a nu le confunda între ele, TIPUL „obișnuit”, despre care se discută în această secțiune, noi, la Departamentul de acționări electrice din MPEI, precum și la compania NPF Vector LLC, numim un „commutator auto-excitat”. motor cu reluctanță” sau pe scurt TIP SV, care subliniază principiul excitației și îl deosebește de mașina discutată în continuare. Dar alți cercetători îl numesc și un tip cu automagnetizare, uneori un tip reactiv (care reflectă esența formării cuplului).

Din punct de vedere structural, acesta este cel mai simplu motor și principiul său de funcționare este similar cu unele motoare pas cu pas. Rotorul este un angrenaj din fier. Statorul este, de asemenea, angrenat, dar cu un număr diferit de dinți. Cel mai simplu mod de a explica principiul de funcționare este această animație:

Prin furnizarea de curent continuu fazelor în conformitate cu poziția curentă a rotorului, motorul poate fi făcut să se rotească. Faza poate fi cantități diferite. Forma de undă a curentului de transmisie reală pentru cele trei faze prezentate în figură (limită de curent 600A):

Cu toate acestea, simplitatea motorului are un preț. Deoarece motorul este alimentat de impulsuri unipolare de curent/tensiune, acesta nu poate fi conectat direct „la rețea”. Sunt necesare un convertor și un senzor de poziție a rotorului. Mai mult, convertorul nu este unul clasic (cum ar fi un invertor cu șase comutatoare): pentru fiecare fază, convertorul pentru SRD trebuie să aibă semipunți, ca în fotografia de la începutul acestei secțiuni.

Problema este că, pentru a reduce costul componentelor și pentru a îmbunătăți aspectul convertoarelor, comutatoarele de alimentare și diodele nu sunt adesea fabricate separat: de obicei sunt utilizate module gata făcute, care conțin simultan două întrerupătoare și două diode - așa-numitele rafturi. . Și tocmai ei trebuie să fie instalați cel mai adesea în convertorul pentru VID SV, lăsând pur și simplu jumătate din întrerupătoarele de alimentare nefolosite: acest lucru are ca rezultat un convertor redundant. Deși în ultimii ani, unii producători de module IGBT au lansat produse concepute special pentru SRD-uri.

Următoarea problemă este ondularea cuplului. Datorită structurii angrenajului și curentului pulsat, cuplul este rareori stabil - cel mai adesea pulsează. Acest lucru limitează oarecum aplicabilitatea motoarelor pentru transport - cine vrea să aibă cuplu pulsatoriu pe roți? În plus, rulmenții motorului nu se simt foarte bine de la astfel de impulsuri de tragere. Problema este oarecum rezolvată prin profilarea specială a formei curentului de fază, precum și prin creșterea numărului de faze.

Cu toate acestea, chiar și cu aceste neajunsuri, motoarele rămân promițătoare ca o unitate de viteză variabilă. Datorită simplității lor, motorul în sine este mai ieftin decât un motor asincron clasic. În plus, motorul poate fi făcut cu ușurință multifazic și multi-secțional prin împărțirea controlului unui motor în mai multe convertoare independente care funcționează în paralel. Acest lucru vă permite să creșteți fiabilitatea unității - oprirea, de exemplu, unul dintre cele patru convertoare nu va duce la oprirea unității în ansamblu - trei vecini vor funcționa ceva timp cu o ușoară suprasarcină. Pentru un motor asincron, un astfel de truc nu poate fi realizat atât de ușor, deoarece este imposibil să faceți fazele statorului fără legătură între ele, care să fie controlate de un convertor separat complet independent de celelalte. În plus, VID-urile sunt foarte bine reglate „în sus” față de frecvența fundamentală. Fierul rotorului poate fi rotit la frecvențe foarte înalte fără probleme.

La NPF Vector LLC, am finalizat mai multe proiecte bazate pe acest motor. De exemplu, am realizat o unitate mică pentru pompe de apă caldă și, de asemenea, am finalizat recent dezvoltarea și depanarea unui sistem de control pentru unități redundante multifazate puternice (1,6 MW) pentru uzinele de procesare ale AK ALROSA. Iată o mașină de 1,25 MW:

Întregul sistem de control, controlerele și algoritmii au fost realizate de noi la NPF VECTOR LLC, convertoarele de putere au fost proiectate și fabricate de NPP CIKL+ LLC. Clientul lucrării și proiectantul motoarelor în sine a fost compania MIP Mechatronics LLC SRSTU (NPI).

Motor cu reluctanță comutată cu excitație independentă (VID NV)

Acesta este un tip complet diferit de motor, care diferă ca principiu de funcționare față de TIPUL obișnuit. Din punct de vedere istoric, generatoarele de reluctantă comutate de acest tip sunt cunoscute și utilizate pe scară largă, utilizate pe avioane, nave, transport feroviar, dar din anumite motive se lucrează puțin la motoarele de acest tip.

Figura arată schematic geometria rotorului și fluxul magnetic al înfășurării câmpului și, de asemenea, arată interacțiunea fluxurilor magnetice ale statorului și rotorului, în timp ce rotorul din figură este setat la o poziție consistentă (cuplul este zero ).

Rotorul este asamblat din două pachete (din două jumătăți), între care este instalată o înfășurare de excitație (prezentată în figură ca patru spire de sârmă de cupru). În ciuda faptului că înfășurarea atârnă „la mijloc” între jumătățile rotorului, este atașată la stator și nu se rotește. Rotorul și statorul sunt din fier laminat, nu există magneți permanenți. Înfășurarea statorului este distribuită trifazat - ca un motor convențional asincron sau sincron. Deși există opțiuni pentru acest tip de mașină cu înfășurare concentrată: dinți pe stator, precum un motor SRD sau BLDC. Roturile înfășurării statorului acoperă ambele pachete de rotoare simultan.

În termeni simplificați, principiul de funcționare poate fi descris după cum urmează:: rotorul tinde să se rotească într-o poziție în care direcțiile fluxului magnetic din stator (din curenții statori) și rotorul (din curentul de excitație) coincid. În acest caz, jumătate din momentul electromagnetic este format într-un pachet, iar jumătate în celălalt. Pe partea statorului, mașina implică o sursă de alimentare sinusoidală multipolaritate (EMF este sinusoidală), cuplul electromagnetic este activ (polaritatea depinde de semnul curentului) și se formează datorită interacțiunii câmpului creat de curent. a înfăşurării de excitaţie cu câmpul creat de înfăşurările statorice. Conform principiului de funcționare, această mașină diferă de motoarele clasice pas cu pas și SRD, în care cuplul este reactiv (când un semifabricat metalic este atras de un electromagnet și semnul forței nu depinde de semnul curentului electromagnet) .

Din punct de vedere al controlului, tipul NV se dovedește a fi echivalent cu o mașină sincronă cu inele colectoare. Adică, dacă nu cunoașteți designul acestei mașini și o utilizați ca o „cutie neagră”, atunci se comportă aproape indistinguitor de o mașină sincronă cu o înfășurare de excitație. Puteți face control vectorial sau autocomutație, puteți slăbi fluxul de excitație pentru a crește viteza de rotație, îl puteți întări pentru a crea mai mult cuplu - totul este ca și cum ar fi o mașină sincronă clasică cu excitație controlată. Doar VID NV nu are un contact culisant. Și nu are magneți. Și un rotor sub forma unui semifabricat ieftin de fier. Iar momentul nu pulsa, spre deosebire de SRD. Iată, de exemplu, curenții sinusoidali VID NV în timpul operațiunii de control vectorial:

În plus, NV VIDE poate fi creat în mai multe faze și în mai multe secțiuni, similar cu modul în care se face acest lucru în SV VIEW. În acest caz, fazele se dovedesc a fi neconectate între ele prin fluxuri magnetice și pot funcționa independent. Acestea. este ca și cum ar fi mai multe mașini trifazate într-una, fiecare dintre ele conectată la propriul invertor independent cu control vectorial, iar puterea rezultată este pur și simplu rezumată. În acest caz, nu este necesară coordonarea între convertoare - doar o setare generală a vitezei de rotație.
Acest motor are și dezavantaje: nu se poate roti direct de la rețea, deoarece, spre deosebire de mașinile sincrone clasice, VID NV nu are o înfășurare de pornire asincronă pe rotor. În plus, este mai complex în design decât Vedere normală NE (SRD).

Pe baza acestui motor, am făcut și mai multe proiecte de succes. De exemplu, una dintre ele este o serie de pompe și ventilatoare pentru stațiile de termoficare din Moscova, cu o capacitate de 315-1200 kW.

Acestea sunt de tip NV de joasă tensiune (380V) cu redundanță, unde o mașină este „despărțită” în 2, 4 sau 6 secțiuni trifazate independente. Fiecare secțiune este echipată cu propriul convertor de același tip cu control vectorial fără senzori. Astfel, este posibil să creșteți cu ușurință puterea pe baza aceluiași tip de convertor și design de motor. În acest caz, unele dintre convertoare sunt conectate la o intrare de putere a stației de termoficare, iar altele la alta. Prin urmare, dacă există o „sursă de alimentare intermitentă” pe una dintre intrările de alimentare, atunci unitatea nu se oprește: jumătate din secțiuni funcționează pentru scurt timp în suprasarcină până când alimentarea este restabilită. Imediat ce este restaurat, secțiunile de repaus sunt puse automat în funcțiune în timpul mișcării. În general, acest proiect ar merita probabil un articol separat, așa că deocamdată voi termina despre el inserând o fotografie a motorului și a convertoarelor:

Concluzie: care motor electric este cel mai bun?

Din păcate, două cuvinte nu sunt suficiente aici. Și concluzii generale despre faptul că fiecare motor are propriile sale avantaje și dezavantaje. Pentru că nu sunt luate în considerare cele mai importante calități - indicatori de greutate și dimensiune a fiecărui tip de mașină, preț, precum și caracteristicile lor mecanice și capacitatea de suprasarcină. Să lăsăm unitatea asincronă nereglementată să-și rotească pompele direct din rețea, nu are concurenți aici. Să lăsăm mașinile de colectare să transforme mașinile de găurit și aspiratoarele și aici este dificil să concurezi cu ele în ușurința reglementării.

Să ne uităm la o acționare electrică reglabilă al cărei mod de funcționare este pe termen lung. Mașinile de colectare sunt imediat excluse din competiție aici din cauza nefiabilității unității de colectare. Dar mai sunt încă patru - sincron, asincron și două tipuri de inductor comutat. Dacă vorbim de acționarea unei pompe, ventilatoare și ceva similar care este folosit în industrie și unde greutatea și dimensiunile nu sunt deosebit de importante, atunci mașinile sincrone ies din competiție. Înfășurarea de câmp necesită inele colectoare, care este un element capricios, iar magneții permanenți sunt foarte scumpi. Opțiunile concurente rămân motoarele asincrone și cu reluctanță comutată de ambele tipuri.

Experiența arată că toate cele trei tipuri de mașini sunt utilizate cu succes. Dar - o unitate asincronă este imposibil (sau foarte dificil) de secționat, adică sparge o mașină puternică în mai multe mașini cu putere redusă. Prin urmare, pentru a oferi o putere mare unui convertor asincron, este necesar să îl faceți de înaltă tensiune: la urma urmei, puterea este, aproximativ vorbind, produsul dintre tensiune și curent. Dacă pentru o unitate secțională putem lua un convertor de joasă tensiune și putem seta mai multe dintre ele, fiecare pentru un curent mic, atunci pentru o unitate asincronă trebuie să existe un convertor. Dar de ce să nu faci un convertor pentru 500V și un curent de 3 kiloamperi? Aceste fire sunt necesare groase ca un braț. Prin urmare, pentru a crește puterea, tensiunea este crescută și curentul este scăzut.

A convertor de înaltă tensiune– aceasta este o clasă complet diferită de probleme. Nu puteți lua pur și simplu întrerupătoare de alimentare de 10 kV și face din ele un invertor clasic cu 6 taste, ca înainte: nu există astfel de chei și, dacă există, sunt foarte scumpe. Invertorul este realizat pe mai multe niveluri, folosind întrerupătoare de joasă tensiune conectate în serie în combinații complexe. Un astfel de invertor trage uneori în spatele lui un transformator specializat, canale optice de control cu ​​chei, un sistem complex de control distribuit, care funcționează ca unul singur... În general, totul este complicat cu o unitate asincronă puternică. În același timp, acționarea cu reluctanță comutată, datorită secționării, poate „întârzia” trecerea la un invertor de înaltă tensiune, permițându-vă să efectuați acționări de până la câțiva megawați dintr-o sursă de joasă tensiune, realizată conform schema clasica. În acest sens, VIP-urile devin mai interesante decât o unitate asincronă și chiar oferă redundanță. Pe de altă parte, unitățile asincrone funcționează de sute de ani, iar motoarele și-au dovedit fiabilitatea. VIP-urile tocmai își croiesc drum. Deci aici trebuie să cântăriți mulți factori pentru a alege cea mai optimă unitate pentru o anumită sarcină.

Dar totul devine și mai interesant când vine vorba de transport sau de dispozitive de dimensiuni mici. Acolo nu mai poți fi neglijent față de greutatea și dimensiunile motorului electric. Și acum trebuie să te uiți la mașinile sincrone cu magneți permanenți. Dacă te uiți doar la parametrul de putere împărțit la greutate (sau dimensiune), atunci mașinile sincrone cu magneți permanenți sunt de neegalat. Unele exemple pot fi de câteva ori mai mici și mai ușoare decât orice altă unitate AC „fără magnetice”. Dar există o concepție greșită periculoasă aici, pe care acum voi încerca să o elimin.

Dacă o mașină sincronă este de trei ori mai mică și mai ușoară, asta nu înseamnă că este mai potrivită pentru tracțiune electrică. Totul este lipsa de reglare a fluxului de magneți permanenți. Fluxul magneților determină fem-ul mașinii. La o anumită viteză de rotație, EMF-ul mașinii atinge tensiunea de alimentare a invertorului și creșterea în continuare a vitezei de rotație devine dificilă.

Același lucru este valabil și pentru creșterea cuplului. Dacă trebuie să obțineți mai mult cuplu, trebuie să creșteți curentul statorului într-o mașină sincronă - cuplul va crește proporțional. Dar ar fi mai eficient să crești fluxul de excitație - atunci saturația magnetică a fierului ar fi mai armonioasă, iar pierderile ar fi mai mici. Dar din nou, nu putem crește fluxul de magneți. În plus, în unele modele de mașini sincrone, curentul statorului nu poate fi crescut peste o anumită valoare - magneții pot fi demagnetizați. Ce se întâmplă? O mașină sincronă este bună, dar numai într-un singur punct - la cel nominal. Cu viteză nominală și cuplu nominal. Deasupra și dedesubt - totul este rău. Dacă desenați asta, veți obține această caracteristică a frecvenței față de moment (în roșu):

În figură, axa orizontală arată cuplul motorului, iar axa verticală arată viteza de rotație. Punctul modului nominal este marcat cu un asterisc, de exemplu, să fie de 60 kW. Dreptunghiul umbrit este domeniul în care reglarea unei mașini sincrone este posibilă fără probleme - i.e. „în jos” în cuplu și „în jos” în frecvență față de valoarea nominală.

Linia roșie indică ceea ce poate fi stors dintr-o mașină sincronă dincolo de valoarea nominală - o ușoară creștere a vitezei de rotație din cauza așa-numitei slăbiri a câmpului (de fapt, aceasta este crearea unui curent reactiv în exces de-a lungul axei d a motorul în control vectorial) și arată, de asemenea, o posibilă creștere a cuplului, astfel încât să fie sigur pentru magneți. Toate. Acum să punem această mașină într-un vehicul de pasageri fără cutie de viteze, unde bateria este proiectată să livreze 60kW.

Performanța dorită de tracțiune este afișată cu albastru. Acestea. pornind de la cea mai mică viteză, să zicem 10 km/h, motorul trebuie să-și dezvolte 60kW și să-l dezvolte în continuare până la viteza maximă, să zicem 150 km/h. O mașină sincronizată nici nu era aproape: cuplul ei nu este suficient nici măcar pentru a merge pe bordura de la intrare (sau pe bordura de la ușa din față, pentru corectitudine politică), iar mașina poate accelera doar la 50-60 km/h. .

Ce înseamnă acest lucru? O mașină sincronă nu este potrivită pentru tracțiune electrică fără cutie de viteze? Se potrivește, desigur, trebuie doar să o alegi diferit. Ca aceasta:

Este necesar să alegeți o mașină sincronă astfel încât intervalul necesar de control al tracțiunii să se încadreze în întregime în caracteristicile sale mecanice. Acestea. astfel încât mașina să poată dezvolta simultan un cuplu ridicat și să funcționeze la viteză mare. După cum puteți vedea din figură... puterea instalată a unei astfel de mașini nu va mai fi de 60 kW, ci de 540 kW (se poate calcula pe divizii). Acestea. într-o mașină electrică cu o baterie de 60 kW, va trebui să instalați o mașină sincronă și un invertor de 540 kW, doar pentru a „trece” cuplul și viteza de rotație necesare.

Desigur, nimeni nu o face așa cum este descris. Nimeni nu pune o mașină la 540kW în loc de 60kW. O mașină sincronă este în curs de modernizare, încercând să-și „mânjească” caracteristica mecanică de la optim la un moment dat, în creștere a vitezei și în jos a cuplului. De exemplu, ei ascund magneți în fierul rotorului (fă-i încorporați), acest lucru vă permite să nu vă fie teamă de a demagnetiza magneții și de a slăbi câmpul mai îndrăzneț, precum și de a supraîncărca mai mult curentul. Dar, ca urmare a unor astfel de modificări, mașina sincronă câștigă în greutate, dimensiune și nu mai devine la fel de ușoară și frumoasă ca înainte. Apar noi probleme, cum ar fi „ce să faceți dacă invertorul se oprește în timpul modului de slăbire a câmpului”. EMF-ul mașinii poate „pompa” legătura DC a invertorului și poate arde totul. Sau ce să faceți dacă invertorul se defectează în timpul funcționării - mașina sincronă se va închide și poate provoca curenti scurt circuit sinucideți-vă, șoferul și toate componentele electronice vii rămase - aveți nevoie de circuite de protecție etc.

De aceea mașină sincronă bun acolo unde nu este necesară o gamă largă de reglementări. De exemplu, într-un Segway, unde viteza din punct de vedere al siguranței poate fi limitată la 30 km/h (sau orice ar fi?). O mașină sincronă este, de asemenea, ideală pentru ventilatoare: viteza de rotație a ventilatorului se modifică relativ puțin, cel mult de două ori mai mult - nu are rost să faceți mai mult, deoarece fluxul de aer slăbește proporțional cu pătratul vitezei (aproximativ). Prin urmare, pentru elice și ventilatoare mici, o mașină sincronă este ceea ce aveți nevoie. Și tocmai acolo este plasat, de fapt, cu succes.

Curba de tracțiune, prezentată cu albastru în figură, a fost implementată din timpuri imemoriale de motoarele de curent continuu cu excitație controlată: când curentul înfășurării câmpului este modificat în funcție de curentul statorului și viteza de rotație. Pe măsură ce viteza de rotație crește, și curentul de excitație scade, permițând mașinii să accelereze din ce în ce mai mult. Prin urmare, DPT cu control independent (sau mixt) de excitație a rămas și încă stă în picioare în majoritatea aplicațiilor de tracțiune (metrou, tramvaie etc.). Ce mașină electrică AC poate concura cu ea?

Această caracteristică (putere constantă) poate fi abordată mai bine de motoarele a căror excitație este controlată. Acesta este un motor asincron și ambele tipuri de VIP-uri. Dar motorul cu inducție are două probleme: în primul rând, caracteristica sa mecanică naturală nu este o curbă constantă de putere. Deoarece excitarea unui motor asincron se realizează prin stator. Și, prin urmare, în zona de slăbire a câmpului la o tensiune constantă (când s-a terminat la invertor), o dublare a frecvenței duce la o scădere de două ori a curentului de excitație și o scădere de două ori a curentului de formare a cuplului. Și deoarece cuplul motorului este produsul dintre curent și flux, cuplul scade de 4 ori, iar puterea, respectiv, de două. A doua problemă este pierderile în rotor în timpul suprasarcinii cu un cuplu mare. Într-un motor asincron, jumătate din pierderi sunt generate în rotor, jumătate în stator.

Pentru a reduce greutatea și parametrii de dimensiune în transport, este adesea folosită răcirea cu lichid. Dar mantaua de apă va răci efectiv doar statorul datorită fenomenului de conductivitate termică. Este mult mai dificil să eliminați căldura dintr-un rotor rotativ - calea pentru îndepărtarea căldurii prin „conducție termică” este întreruptă, rotorul nu atinge statorul (rulmenții nu contează). Ceea ce rămâne este răcirea cu aer prin amestecarea aerului în interiorul spațiului motor sau prin radiarea căldurii din rotor. Prin urmare, rotorul unui motor asincron se dovedește a fi un fel de „termos” - după ce l-ai supraîncărcat o dată (prin accelerarea dinamică a mașinii), trebuie pentru o lungă perioadă de timp așteptați ca rotorul să se răcească. Dar temperatura nu poate fi măsurată încă... trebuie doar să o prezici folosind un model.

Aici trebuie remarcat cât de priceput au fost ocolite ambele probleme ale unui motor asincron de către Tesla în Modelul lor S. Au rezolvat problema eliminării căldurii din rotor... prin introducerea de lichid în rotorul rotativ (au un brevet corespunzător, unde arborele rotorului este gol și este spălat în interior de lichid, dar nu știu sigur dacă folosesc asta). Dar nu au rezolvat a doua problemă cu o scădere bruscă a cuplului atunci când câmpul slăbește. Au furnizat un motor cu o caracteristică de tracțiune aproape ca cel pe care l-am desenat pentru motorul sincron „în exces” din figura de mai sus, doar că au 300 kW în loc de 540 kW. Zona de slăbire a câmpului într-un Tesla este foarte mică, de aproximativ două ori. Acestea. au instalat un motor care era „excesiv” pentru o mașină de pasageri, făcând în esență o mașină sport cu o putere enormă în loc de un sedan de buget. Dezavantajul unui motor asincron a fost transformat într-un avantaj. Dar dacă ar încerca să facă un sedan mai puțin „performant”, cu o putere de 100 kW sau mai puțin, atunci cel mai probabil motorul cu inducție ar fi exact același (la 300 kW), ar fi doar sugrumat artificial cu electronice pentru a se potrivi capacităților bateriei. .

Și acum VIP-urile. Ce pot face ei? Care sunt caracteristicile lor de tracțiune? Nu pot spune cu siguranță despre VID SV - prin principiul său de funcționare este un motor neliniar, iar caracteristicile sale mecanice pot varia foarte mult de la proiect la proiect. Dar, în general, este probabil să fie mai bun decât un motor cu inducție în ceea ce privește abordarea caracteristicii de tracțiune dorite cu putere constantă. Dar pot spune mai multe despre VID NV, deoarece lucrăm foarte îndeaproape la acest lucru la companie. Vedeți acea caracteristică de tracțiune dorită din imaginea de mai sus, care este desenată în albastru, pentru care vrem să ne străduim? Aceasta nu este de fapt doar o caracteristică dezirabilă. Aceasta este o caracteristică de tracțiune reală, pe care am măsurat-o punct cu punct folosind un senzor de cuplu pentru unul dintre TIPURILE NV. Deoarece tipul NVID are excitație externă independentă, calitățile sale sunt cele mai apropiate de NVD DPT, care poate forma, de asemenea, o astfel de caracteristică de tracțiune prin reglarea excitației.

Şi ce dacă? VIID NV - mașina ideală pentru tracțiune fără nicio problemă? Nu chiar. Are și o mulțime de probleme. De exemplu, înfășurarea sa de câmp, care „atârnă” între pachetele statorice. Deși nu se rotește, este și greu să eliminați căldura din el - situația se dovedește aproape ca un rotor asincron, doar puțin mai bine. Dacă este necesar, puteți „arunca” tubul de răcire din stator. A doua problemă este indicatorii supraestimați de greutate și dimensiune. Privind desenul rotorului VIEW NV, puteți vedea că spațiul din interiorul motorului nu este utilizat foarte eficient - doar începutul și sfârșitul rotorului „funcționează”, iar mijlocul este ocupat de înfășurarea de excitație. Într-un motor asincron, de exemplu, întreaga lungime a rotorului, tot fierul, „funcționează”. Dificultatea asamblarii este ca tot trebuie sa puteti introduce infasurarea de excitatie in interiorul pachetelor de rotor (rotorul este facut demontabil, deci sunt probleme cu echilibrarea). Ei bine, doar că caracteristicile de greutate și dimensiune de până acum nu sunt foarte remarcabile în comparație cu aceleași motoare asincrone Tesla, dacă suprapuneți caracteristicile de tracțiune una peste alta.

Și există și o problemă comună ambele tipuri VIEW. Rotorul lor este o roată a navei cu aburi. Și la viteze mari de rotație (și sunt necesare frecvențe înalte, deoarece mașinile de mare viteză cu aceeași putere sunt mai mici decât cele cu viteză mică), pierderile de la amestecarea aerului din interior devin foarte semnificative. Dacă încă se poate face până la 5000-7000 rpm VID, atunci la 20000 rpm se va dovedi a fi un mixer mare. Dar un motor asincron la astfel de frecvențe și mult mai mari poate fi realizat folosind un stator neted.

Deci, care este cea mai bună soluție generală pentru propulsia electrică? Care motor este cel mai bun?
Nu am nici o idee. Toate sunt rele. Trebuie să continuăm să inventăm. Dar morala articolului este aceasta - dacă doriți să comparați diferite tipuri de unități electrice reglabile, atunci trebuie să le comparați pe o anumită sarcină cu o caracteristică mecanică necesară specifică în toți parametrii, și nu doar în putere. De asemenea, acest articol nu acoperă multe nuanțe de comparație. De exemplu, un astfel de parametru precum durata de lucru în fiecare punct al caracteristicii mecanice.

La cuplul maxim, de obicei nicio mașină nu poate funcționa mult timp - acesta este un mod de suprasarcină, iar la viteză maximă mașinile sincrone cu magneți se simt foarte rău - au pierderi uriașe în oțel. Si deasemenea parametru interesant pentru tracțiune electrică – pierderi la deplasare în rulare, când șoferul eliberează gazul. Dacă VIP-urile și motoarele asincrone se rotesc ca semifabricate, atunci o mașină sincronă cu magneți permanenți va avea pierderi aproape nominale în oțel din cauza magneților. Și așa mai departe și așa mai departe...

Prin urmare, nu puteți alege pur și simplu cea mai bună unitate electrică. publicat

În echipamentele electrice de uz casnic în care se folosesc motoare electrice, de obicei sunt instalate mașini electrice cu comutație mecanică. Acest tip de motor se numește motor comutator (denumit în continuare CM). Ne propunem să luăm în considerare diferite tipuri de astfel de dispozitive, principiile lor de funcționare și caracteristicile de proiectare. De asemenea, vom vorbi despre avantajele și dezavantajele fiecăreia dintre ele și vom oferi exemple de domeniul de aplicare.

Ce este un motor cu perii?

Această definiție înseamnă o mașină electrică care transformă electricitatea în energie mecanică și invers. Proiectarea dispozitivului presupune prezența a cel puțin unei înfășurări conectate la colector (vezi Fig. 1).

Figura 1. Comutator pe rotorul motorului (marcat cu roșu)

În CD, acest element structural este folosit pentru a comuta înfășurările și ca senzor pentru a determina poziția armăturii (rotor).

Tipuri de CD

Se obișnuiește să se clasifice aceste dispozitive în funcție de tipul de alimentare, în funcție de aceasta, se disting două grupuri de CD-uri:

1. Curent continuu. Astfel de mașini se caracterizează printr-un cuplu ridicat de pornire, un control fluid al vitezei și un design relativ simplu.
2. Universal. Ele pot funcționa atât din surse de energie constantă, cât și variabile. Ele se disting prin dimensiunea lor compactă, costul redus și ușurința de gestionare.

Primele sunt împărțite în două subtipuri în funcție de organizarea inductorului, acesta poate fi pe magneți permanenți sau bobine de excitație speciale. Acestea servesc la crearea fluxului magnetic necesar pentru a genera cuplul. CD-urile, unde sunt folosite bobine de excitație, se disting prin tipuri de înfășurări, pot fi:

• independent;
• paralel;
• consistent;
• amestecat.

După ce ne-am ocupat de tipuri, să luăm în considerare fiecare dintre ele.

CD de tip universal

Figura de mai jos arată aspect mașini electrice de acest tip și principalele sale elemente structurale. Acest design este tipic pentru aproape toate CD-urile.

Denumiri:

• A este un comutator mecanic, se mai numește și colector, funcțiile sale au fost descrise mai sus.
• B – suporturi de perii, folosite pentru atașarea periilor (de obicei din grafit), prin care se alimentează înfășurările armăturii cu tensiune.
• C – Miezul statorului (format din plăci, materialul pentru care este oțelul electric).
• D – Înfășurări statorice, această unitate aparține sistemului de excitație (inductor).
• E – Arbore de armătură.

Pentru dispozitivele de acest tip, excitația poate fi în serie sau paralelă, dar din moment ce ultima opțiune nu este produsă în prezent, nu o vom lua în considerare. În ceea ce privește CD-urile cu excitație secvențială universală, o diagramă tipică a unor astfel de mașini electrice este prezentată mai jos.

Un CD universal poate funcționa pe tensiune alternativă datorită faptului că atunci când polaritatea se schimbă, curentul din câmp și înfășurările armăturii își schimbă și direcția. Ca urmare, cuplul nu își schimbă direcția.

Caracteristicile și domeniul de aplicare al CD-urilor universale

Principalele dezavantaje a acestui dispozitiv apare atunci când este conectat la surse de tensiune alternativă, ceea ce se reflectă în următoarele:

• scăderea eficienței;
• scântei crescute în unitatea colectoare de perii și, ca urmare, uzura rapidă a acesteia.

Anterior, CD-urile erau utilizate pe scară largă în multe aparate electrocasnice (unelte, mașini de spălat, aspiratoare etc.). În acest moment, producătorii au încetat practic să mai folosească acest tip de motor, dând preferință mașinilor electrice fără perii.

Acum să ne uităm la mașinile electrice colectoare care funcționează din surse de tensiune constantă.

CD cu inductor cu magnet permanent

Din punct de vedere structural, astfel de mașini electrice diferă de cele universale prin faptul că se folosesc magneți permanenți în locul bobinelor de excitație.

Acest tip de CD este cel mai răspândit în comparație cu alte mașini electrice de acest tip. Acest lucru se datorează costului scăzut datorită simplității designului, controlului simplu al vitezei de rotație (în funcție de tensiune) și schimbării direcției acesteia (este suficient să schimbați polaritatea). Puterea motorului depinde direct de intensitatea câmpului creat de magneții permanenți, ceea ce introduce anumite restricții.

Domeniul principal de aplicare este unitățile de putere redusă pentru diverse echipamente, adesea folosite în jucăriile pentru copii.

Avantajele includ următoarele calități:

• cuplu mare chiar și la viteză mică;
• management dinamic;
• cost scăzut.

Principalele dezavantaje:

• putere redusă;
• magneții își pierd proprietățile din cauza supraîncălzirii sau în timp.

Pentru a elimina unul dintre principalele dezavantaje ale acestor dispozitive (învechirea magnetului), în sistemul de excitare sunt utilizate înfășurări speciale, să trecem la luarea în considerare a unor astfel de CD-uri.

Bobine de câmp independente și paralele

Primul a primit acest nume datorită faptului că înfășurările inductorului și armăturii nu sunt conectate între ele și sunt alimentate separat (vezi A în Fig. 6).

Figura 6. Circuite CD cu înfășurări de excitație independente (A) și paralele (B).

Particularitatea acestei conexiuni este că sursa de alimentare U și U K trebuie să fie diferite, altfel va apărea un moment de forță. Dacă este imposibil să se organizeze astfel de condiții, atunci armătura și bobinele inductoare sunt conectate în paralel (vezi B în Fig. 6). Ambele tipuri de CD au aceleași caracteristici, am găsit posibil să le combinăm într-o singură secțiune.

Cuplul unor astfel de mașini electrice este mare la viteză mică și scade pe măsură ce crește. Este caracteristic că curenții de armătură și bobină sunt independenți, iar curentul total este suma curenților care trec prin aceste înfășurări. Ca urmare a acestui fapt, atunci când curentul bobinei de excitație scade la 0, este probabil ca CD-ul să se defecteze.

Domeniul de aplicare al unor astfel de dispozitive este centralele electrice cu o putere de 3 kW sau mai mult.

Caracteristici pozitive:

• absența magneților permanenți elimină problema defecțiunii acestora în timp;

Minusuri:

• costul este mai mare decât cel al dispozitivelor cu magnet permanenți;
• este inadmisibil ca curentul să scadă sub valoarea pragului pe bobina de excitație, deoarece aceasta va duce la defecțiune.

Bobina de câmp în serie

Diagrama unui astfel de CD este prezentată în figura de mai jos.

Deoarece înfășurările sunt conectate în serie, curentul din ele va fi egal. Ca urmare a acestui fapt, atunci când curentul din înfășurarea statorului devine mai mic decât cel nominal (acest lucru se întâmplă cu o sarcină ușoară), puterea fluxului magnetic scade. În consecință, atunci când sarcina crește, puterea fluxului crește proporțional, până când sistemul magnetic este complet saturat, după care această dependență este ruptă. Adică, o creștere suplimentară a curentului în înfășurarea bobinei armăturii nu duce la o creștere a fluxului magnetic.

Caracteristica de mai sus se manifestă prin faptul că un compresor de acest tip nu poate fi pornit la o sarcină cu un sfert mai mică decât sarcina nominală. Acest lucru poate duce la creșterea bruscă a vitezei de rotație a rotorului mașinii electrice, adică motorul va intra în overdrive. În consecință, această caracteristică introduce restricții asupra domeniului de aplicare, de exemplu, în mecanismele de transmisie prin curea. Acest lucru se datorează faptului că atunci când se rupe, mașina electrică începe să funcționeze în modul inactiv.

Această caracteristică nu se aplică dispozitivelor a căror putere este mai mică de 200 W este acceptabilă pentru acestea.

Avantajele unui control al bobinei în serie sunt aceleași cu cele ale modelului anterior, cu excepția simplității și a controlului dinamic. În ceea ce privește dezavantajele, acestea includ:

• cost ridicat în comparație cu analogii cu magneți permanenți;
• nivel scăzut de cuplu la viteză mare;
• deoarece statorul și înfășurările de câmp sunt conectate în serie, apar probleme cu controlul vitezei de rotație;
• funcționarea fără încărcare duce la defectarea CD-ului.

Bobine de excitație mixte

După cum se poate observa din diagrama prezentată în figura de mai jos, un inductor bazat pe un CD de acest tip are două bobine conectate în serie și în paralel cu înfășurarea rotorului.

De regulă, una dintre bobine are o forță de magnetizare mai mare, deci este considerată a fi cea principală, respectiv, a doua este suplimentară (auxiliară). Este permisă conexiunea contrapotrivită și coordonată a bobinelor, în funcție de aceasta, intensitatea fluxului magnetic corespunde diferenței sau sumei forțelor magnetice ale fiecărei înfășurări.

Când este conectat invers, caracteristicile CD-ului devin apropiate de indicatorii corespunzători ai mașinilor electrice cu excitație în serie sau paralelă (în funcție de care dintre bobine este cea principală). Adică, o astfel de includere este relevantă dacă este necesar să se obțină un rezultat sub forma unei viteze constante sau a unei creșteri a vitezei cu creșterea sarcinii.

Includerea coordonată duce la faptul că caracteristicile DC vor corespunde valorii medii a indicatorilor mașinilor electrice cu bobine de excitație paralele și în serie.

Singurul dezavantaj al acestui design este cel mai mare cost în comparație cu alte tipuri de CD. Pretul este justificat datorita urmatoarelor calitati pozitive:

• magneții nu devin învechiți în absența acestora;
• probabilitate scăzută de defecțiune în condiții anormale de funcționare;
• cuplu mare la viteză mică;
• control simplu și dinamic.

Epuizarea combustibililor cu hidrocarburi, deteriorarea situației mediului și o serie de alte motive vor obliga mai devreme sau mai târziu producătorii să dezvolte modele de vehicule electrice care vor deveni disponibile publicului larg. Între timp, tot ce rămâne este să așteptați sau să dezvoltați personal opțiuni pentru o tehnologie ecologică.

Dacă totuși preferați să căutați soluții pe cont propriu decât să le așteptați din exterior, atunci veți avea nevoie de cunoștințe despre care motoare de vehicule electrice au fost deja inventate, cum diferă și care dintre ele este cea mai promițătoare.

Motor de tracțiune

Dacă decideți să puneți un motor electric obișnuit sub capota mașinii, atunci cel mai probabil nu va ieși nimic din el. Și totul pentru că aveți nevoie de un motor electric de tracțiune (TEM). Se deosebește de motoarele electrice convenționale prin puterea sa mai mare, capacitatea de a produce un cuplu mai mare, dimensiunile mici și greutatea redusă.

Bateriile sunt folosite pentru a alimenta motorul de tracțiune. Ele pot fi reîncărcate din surse externe („de la o priză”), de la panouri solare, de la un generator instalat într-o mașină sau în modul de recuperare (auto-încărcare).

Motoarele pentru vehicule electrice funcționează cel mai adesea baterii litiu-ion. TED funcționează de obicei în două moduri - motor și generator. ÎN acest din urmă caz reface energia electrică pierdută atunci când trece la viteza neutră.

Principiul de funcționare

Un motor electric standard este format din două elemente - un stator și un rotor. Prima componentă este staționară și are mai multe bobine, în timp ce a doua componentă se rotește și transmite forța arborelui. O variabilă alternativă este furnizată bobinelor statorului la anumite intervale. electricitate, care determină apariția unui câmp magnetic, care începe să rotească rotorul.

Cu cât bobinele sunt pornite și oprite mai des, cu atât arborele se rotește mai repede. Două tipuri de rotoare pot fi instalate în motoarele vehiculelor electrice:

• scurtcircuitat, în care apare un câmp magnetic opus câmpului statorului, datorită căruia are loc rotația;
• fază - folosită pentru a reduce curentul de pornire și a controla viteza arborelui, este cea mai comună.

În plus, în funcție de viteza de rotație a câmpului magnetic și a rotorului, motoarele pot fi asincrone sau sincrone. Un tip sau altul trebuie selectat din fondurile disponibile și sarcinile atribuite.

Motor sincron

Un motor sincron este un motor electric în care viteza de rotație a rotorului coincide cu viteza de rotație a câmpului magnetic. Este recomandabil să folosiți astfel de motoare pentru vehiculele electrice numai în cazurile în care există o sursă de putere crescută - de la 100 kW.

Una dintre varietăți este înfășurarea statorului a unei astfel de instalații este împărțită în mai multe secțiuni. La un anumit moment, curent este furnizat unei anumite secțiuni, apare un câmp magnetic, care rotește rotorul la un anumit unghi. Curentul este apoi aplicat la următoarea secțiune și procesul se repetă, arborele începe să se rotească.

Motor electric asincron

Într-un motor asincron, viteza de rotație a câmpului magnetic nu coincide cu viteza de rotație a rotorului. Avantajul unor astfel de dispozitive este mentenabilitatea lor - piesele de schimb pentru vehiculele electrice echipate cu aceste instalatii sunt foarte usor de gasit. Alte beneficii includ:

1. Design simplu.
2. Ușor de întreținut și operat.
3. Cost scăzut.
4. Fiabilitate ridicată.

În funcție de disponibilitate, motoarele pot fi cu perii sau fără perii. Un colector este un dispozitiv folosit pentru a transforma curentul alternativ în curent continuu. Periile servesc la transferul energiei electrice către rotor.

Motoarele fără perii pentru vehicule electrice se caracterizează prin greutate mai mică, dimensiuni compacte și eficiență mai mare. Este mai puțin probabil să se supraîncălzească și să consume mai puțină energie electrică. Singurul dezavantaj al unui astfel de motor este prețul ridicat al unității electronice, care servește drept colector. În plus, piesele pentru vehiculele electrice echipate cu un motor fără perii sunt mai greu de găsit.

Producători de motoare electrice

Majoritatea vehiculelor electrice de casă sunt proiectate folosind un motor periat. Acest lucru se datorează disponibilității, prețului scăzut și întreținerii ușoare.

Un producător proeminent al acestei linii de motoare este compania germană Perm-Motor. Produsele sale sunt capabile de frânare regenerativă în modul generator. Este utilizat în mod activ pentru a echipa scutere, bărci cu motor, mașini și dispozitive electrice de ridicare. Dacă sunt instalate în fiecare mașină electrică, prețul acestora ar fi semnificativ mai mic. Acum costă între 5-7 mii de euro.

Un producător popular este Etek, care produce motoare cu comutator fără perii și cu perii. De regulă, acestea sunt motoare trifazate care funcționează pe magneți permanenți. Principalele avantaje ale instalatiilor:

• precizia controlului;
• ușurința organizării recuperării;
• fiabilitate ridicată datorită designului simplu.

Lista producătorilor este completată de fabrica din SUA Advanced DC Motors, care produce motoare electrice cu perii. Unele modele au o caracteristică excepțională - au un al doilea ax, care poate fi folosit pentru a conecta echipamente electrice suplimentare la o mașină electrică.

Ce motor să alegi

Pentru a vă asigura că achiziția dvs. nu vă dezamăgește, trebuie să comparați caracteristicile modelului achiziționat cu cerințele pentru mașină. Atunci când alegeți un motor electric, aceștia sunt ghidați în primul rând de tipul acestuia:

• Instalațiile sincrone au un design complex și sunt costisitoare, dar au capacitate de suprasarcină, sunt mai ușor de controlat, nu se tem de supratensiuni și sunt utilizate la sarcini mari. Sunt instalate pe vehiculele electrice Mercedes.
• Modelele asincrone se caracterizează prin costuri reduse și design simplu. Sunt ușor de întreținut și de operat, dar puterea pe care o generează este mult mai mică decât cea a unei instalații sincrone.

Prețul unei mașini electrice va fi semnificativ mai mic dacă motorul electric este asociat cu un motor cu ardere internă. Astfel de instalații combinate sunt mai populare pe piață, deoarece costul lor este de aproximativ 4-4,5 mii de euro.

Motoarele electrice sunt concepute pentru a transforma energia electrică în energie mecanică. Primele lor prototipuri au fost create în secolul al XIX-lea, iar astăzi aceste dispozitive sunt integrate la maximum în viața umanității moderne. Exemple de utilizare a acestora pot fi găsite în orice domeniu al vieții: de la transportul public la o râșniță de cafea acasă.

Motor electric: vedere în secțiune transversală

Principiul conversiei energiei

Principiul de funcționare al oricărui tip de motor electric este utilizarea inducției electromagnetice care apare în interiorul dispozitivului după ce a fost conectat la rețea. Pentru a înțelege cum este creată această inducție și pune în mișcare elementele motorului, ar trebui să apelați la un curs de fizică școlar care explică comportamentul conductorilor într-un câmp electromagnetic.

Deci, dacă scufundăm un conductor sub forma unei înfășurări, de-a lungul căreia se deplasează sarcinile electrice, într-un câmp magnetic, acesta va începe să se rotească în jurul axei sale. Acest lucru se datorează faptului că sarcinile sunt sub influența unei forțe mecanice care își schimbă poziția perpendicular pe magnetic. linii de înaltă tensiune avion. Putem spune că aceeași forță acționează asupra întregului conductor.

Diagrama de mai jos prezintă o buclă purtătoare de curent care este alimentată și doi poli magnetici care îi conferă mișcare de rotație.

Acest model de interacțiune dintre câmpul magnetic și circuitul purtător de curent cu crearea de forță electromotoare este cel care stă la baza funcționării motoarelor electrice de toate tipurile. Pentru a crea condiții similare, designul dispozitivului include:

• Rotorul (înfășurarea) este o parte mobilă a mașinii, montată pe un miez și rulmenți de rotație. Joacă rolul unui circuit de rotație conducător de curent.
• Statorul este un element staționar care creează un câmp magnetic care afectează sarcinile electrice ale rotorului.
• Carcasa statorului. Echipat cu prize de montare cu colivii pentru rulmentii rotorului. Rotorul este plasat în interiorul statorului.

Pentru a reprezenta proiectarea unui motor electric, puteți crea o diagramă de circuit pe baza ilustrației anterioare:

După conectarea acestui dispozitiv la rețea, un curent începe să curgă prin înfășurările rotorului, care, sub influența câmpului magnetic care apare asupra statorului, dă rotația rotorului, care este transmisă arborelui rotativ. Viteza de rotație, puterea și alți indicatori de performanță depind de designul și parametrii specifici ai motorului reteaua electrica.

Clasificarea motoarelor electrice

Toate motoarele electrice sunt clasificate între ele în primul rând după tipul de curent care circulă prin ele. La rândul său, fiecare dintre aceste grupuri este, de asemenea, împărțită în mai multe tipuri, în funcție de caracteristicile tehnologice.
motoare de curent continuu

La motoarele de curent continuu de putere redusă, câmpul magnetic este creat de un magnet permanent instalat în carcasa dispozitivului, iar înfășurarea armăturii este fixată pe un arbore rotativ. Schema schematică a DPT este următoarea:

Înfășurarea situată pe miez este realizată din materiale feromagnetice și este formată din două părți conectate în serie. Capetele lor sunt conectate la plăcile colectoare, de care sunt presate periile de grafit. Unul dintre ele este alimentat cu un potențial pozitiv de la o sursă de curent continuu, iar celălalt este alimentat cu un potențial negativ.

După ce motorul este alimentat, se întâmplă următoarele:

1. Curentul de la peria inferioară „pozitivă” este furnizat plăcii comutatorului la platforma de contact la care este conectată.
2. Trecerea curentului prin înfășurare către placa colector (indicată de o săgeată roșie punctată) conectată la peria superioară „negativă” creează un câmp electromagnetic.
3. Conform regulii gimletului, un câmp magnetic al polului sud apare în partea dreaptă sus a ancorei, iar un câmp magnetic nordic apare în partea stângă jos a ancorei.
4. Câmpurile magnetice cu același potențial se resping reciproc și provoacă rotirea rotorului, indicată în diagramă printr-o săgeată roșie.
5. Proiectarea plăcilor colectoare duce la o schimbare a direcției fluxului de curent prin înfășurare în timpul rotației inerțiale, iar ciclul de funcționare se repetă din nou.

Cel mai simplu motor electric

În ciuda simplității evidente a designului, un dezavantaj semnificativ al unor astfel de motoare este eficiența lor scăzută din cauza pierderilor mari de energie. Astăzi, DCDC-urile cu magnet permanenți sunt folosite în aparatele electrocasnice simple și jucăriile pentru copii.

Proiectarea motoarelor de curent continuu de mare putere utilizate în scopuri industriale nu presupune utilizarea magneților permanenți (ar ocupa prea mult spațiu). Aceste mașini folosesc următorul design:

• infasurarea este formata dintr-un numar mai mare de sectiuni reprezentand o tija metalica;
• fiecare înfășurare este conectată separat la polii pozitiv și negativ;
• numărul de plăcuțe de contact de pe dispozitivul colector corespunde numărului de înfășurări.

Astfel, reducerea pierderilor de energie este asigurată prin conectarea fără probleme a fiecărei înfășurări la perii și la sursa de alimentare. Următoarea imagine arată proiectarea armăturii unui astfel de motor:

Designul motoarelor electrice de curent continuu facilitează inversarea direcției de rotație a rotorului prin simpla inversare a polarității sursei de alimentare.

Caracteristicile funcționale ale motoarelor electrice sunt determinate de prezența unor „trucuri”, care includ deplasarea periilor colectoare de curent și mai multe scheme de conectare.

Deplasarea ansamblului periei colectoare de curent în raport cu rotația arborelui are loc după ce motorul pornește și sarcina aplicată se modifică. Acest lucru vă permite să compensați „reacția armăturii” - un efect care reduce eficiența mașinii prin frânarea arborelui.

Există trei moduri de a conecta un DPT:

1. Circuitul de excitație paralelă implică conectarea în paralel a unei înfășurări independente, de obicei controlată de un reostat. Acest lucru asigură stabilitatea maximă a vitezei de rotație și reglarea sa lină. Datorită acestui fapt, motoarele excitate în paralel găsesc aplicare largăîn echipamente de ridicat, vehicule electrice și mașini-unelte.
2. Circuitul de excitare în serie prevede, de asemenea, utilizarea unei înfășurări suplimentare, dar este conectat în serie cu cel principal. Acest lucru permite, dacă este necesar, creșterea bruscă a cuplului motorului, de exemplu, la începutul unui tren.
3. Un circuit mixt profită de ambele metode de conectare descrise mai sus.

Motor electric bipolar

motoare de curent alternativ

Principala diferență dintre aceste motoare și modelele descrise anterior este curentul care curge prin înfășurările lor. Descrie după o lege sinusoidală și își schimbă constant direcția. În consecință, aceste motoare sunt alimentate de generatoare alternative.

Una dintre principalele diferențe de proiectare este proiectarea statorului, care este un circuit magnetic cu caneluri speciale pentru aranjarea spirelor de înfășurare.

Motoarele de curent alternativ sunt clasificate în funcție de principiul lor de funcționare în sincrone și asincrone. Pe scurt, aceasta înseamnă că în primul, frecvența de rotație a rotorului coincide cu frecvența de rotație a câmpului magnetic din stator, dar în al doilea, nu.

Motoare sincrone

Funcționarea motoarelor de curent alternativ sincron se bazează, de asemenea, pe principiul interacțiunii câmpurilor care apar în interiorul dispozitivului, cu toate acestea, în proiectarea lor, magneții permanenți sunt fixați pe rotor și o înfășurare este trecută prin stator. Principiul funcționării lor este demonstrat de următoarea diagramă:

Conductoarele înfășurării prin care trece curentul, prezentate în figură ca un cadru. Rotorul se rotește după cum urmează:

1. La un anumit moment în timp, rotorul cu un magnet permanent atașat la el este în rotație liberă.
2. Pe înfășurare, în momentul în care trece o semiundă pozitivă prin ea, se formează un câmp magnetic cu poli diametral opuși Sst și Nst. Este prezentat în partea stângă a diagramei de mai sus.
3. Polii similari ai magnetului permanent și ai câmpului magnetic al statorului se resping reciproc și aduc motorul în poziția prezentată în partea dreaptă a diagramei.

În condiții reale, pentru a crea o rotație lină constantă a motorului, nu se utilizează o bobină de înfășurare, ci mai multe. Ele trec curent curent prin ei înșiși, creând astfel un câmp magnetic rotativ.

Motoare asincrone

Într-un motor asincron AC, câmpul magnetic rotativ este creat de trei înfășurări statorice (pentru o rețea de 380 V). Acestea sunt conectate la sursa de alimentare prin cutia de borne și răcite de un ventilator încorporat în motor.

Rotorul, asamblat din mai multe tije metalice închise între ele, este legat rigid de arbore, formând un întreg cu acesta. Tocmai pentru că tijele sunt legate între ele, acest tip de rotor se numește cușcă-veveriță. Datorită absenței periilor conductoare în acest design, întreținerea motorului este mult simplificată, durata de viață și fiabilitatea sunt crescute. Principalul motiv pentru defecțiunea motoarelor de acest tip este uzura lagărelor arborelui.

Principiul de funcționare al unui motor asincron se bazează pe legea inducției electromagnetice - dacă viteza de rotație a câmpului electromagnetic al înfășurărilor statorului depășește viteza de rotație a rotorului, în el este indusă o forță electromotoare. Acest lucru este important deoarece la aceeași frecvență, EMF nu are loc și, în consecință, rotația nu are loc. În realitate, sarcina pe arbore și rezistența la frecare a rulmenților încetinește întotdeauna rotorul și creează condiții suficiente de funcționare.

Principalul dezavantaj al motoarelor de acest tip este incapacitatea de a obține o turație constantă a arborelui. Faptul este că caracteristicile de performanță ale dispozitivului variază în funcție de diferiți factori. De exemplu, fără sarcină pe arbore, un ferăstrău circular se rotește cu viteza maxima. Când aducem o placă la lama ferăstrăului și începem să o tăiem, viteza de rotație a discului scade considerabil. În consecință, viteza de rotație a rotorului în raport cu câmpul electromagnetic scade, ceea ce duce la inducerea unui EMF și mai mare. Acest lucru crește consumul de curent și puterea de funcționare a motorului crește la maxim.

Principiul de funcționare al unui motor electric

Este important să selectați un motor cu putere adecvată - prea scăzută va duce la deteriorarea rotorului cuștii veveriței din cauza depășirii EMF maximă calculată, iar prea mare va duce la costuri nerezonabile de energie.

Motoarele asincrone cu curent alternativ sunt proiectate să funcționeze dintr-o rețea electrică trifazată, dar pot fi conectate și la o rețea monofazată. De exemplu, sunt folosite în mașini de spălat și mașini pentru atelierele de acasă. Un motor monofazat are o putere cu aproximativ 30% mai mică în comparație cu un motor trifazat - de la 5 la 10 kW.

Datorită simplității designului și fiabilității lor, motoarele asincrone cu curent alternativ sunt cele mai comune nu numai în echipament de productie, dar și în aparatele electrocasnice.

Motoare universale cu perii

Multe aparate electrice de uz casnic necesită viteză mare a motorului și cuplu, cu curenți de pornire mici și reglare lină. Toate aceste cerințe sunt îndeplinite de motoarele cu comutator, numite motoare universale. În designul lor, acestea sunt foarte asemănătoare cu motoarele de curent continuu cu excitație în serie.

Principala diferență față de DPT este sistemul magnetic, echipat cu mai multe foi de oțel electric izolate între ele, la polii cărora sunt conectate două secțiuni de înfășurare. Acest design reduce încălzirea elementelor prin curenții Foucault și inversarea magnetizării.

Sincronismul ridicat al câmpurilor magnetice din motoarele cu comutator universal menține o viteză mare de rotație chiar și sub sarcină grea pe arbore. Prin urmare, ele sunt utilizate în echipamente de putere redusă, de mare viteză și electrocasnice. Când un transformator reglabil este conectat la circuit, devine posibilă reglarea fără probleme a vitezei de rotație.

Principalul dezavantaj al unor astfel de motoare electrice este durata de viață redusă din cauza uzurii rapide a periilor de grafit.

Motoarele electrice sunt produse sincrone, asincrone, comutatoare, fiecare având propriile caracteristici de funcționare. Există un mare minus: Internetul oferă idei slabe despre diferențele de funcționare și principiul de funcționare. Putem citi recenzii despre motoarele electrice sincrone și ajungem să nu înțelegem principalul lucru: nuanțele! De ce se folosesc astfel de generatoare la centralele hidroelectrice În viața de zi cu zi, motoarele oglinzilor nu sunt vizibile (motorul AC este reversibil)?

Motoare electrice: soiuri

Să spunem imediat că nu ne-am propus să aducem în atenția cititorilor informații complete despre subiectul specificat. Este imposibil să îmbrățișezi imensitatea. Vor fi luate în considerare cazurile omise de literatură. Informația pare să fi fost așezată; editorii nu au timp să o sistematizeze. Vă vom ajuta să înțelegeți cum funcționează tipurile de motoare electrice. Să începem cu o enumerare simplă.

Motoare periate

Adesea confundat cu sincron. Perii de cărbune sunt detectate. Asemănarea se limitează la aceasta, viteza de rotație a motoarelor cu comutator variază foarte mult, așa cum toată lumea poate vedea în exemplul unei mașini de spălat. Controlul vitezei se realizează prin comutarea înfășurărilor, ajustând valoarea tensiunii efective (unghiul de tăiere al tensiunii frecvenței de alimentare se modifică).

Principala diferență între dispozitive este prezența unui colector. Un design secțional deosebit montat pe un arbore. Format din multe bobine, care se mișcă uniform într-un cerc. Comutatorul asigură comutația în serie, astfel încât câmpul să se miște treptat în jurul arborelui. Agățat de stator, rotorul începe să se miște.

Dezavantajele motoarelor cu comutator includ fragilitatea (pentru industrie). În viața de zi cu zi, tipul de dispozitive este dominant. Reglarea vitezei se realizează într-un mod simplu (prin tăierea unei părți a perioadei sinusoide). Vedem și alte dezavantaje/pro ale motoarelor cu comutator, menționate mai devreme, acum vom studia caracteristicile. Prezența unui tambur secționat pe arbore.

Este posibil să-l înlocuiți cu un magnet și să rotiți câmpul statorului? Da, vom obține un motor sincron ( exemplu tipic- pompe masina de spalat rufe). Este posibil să alimentați înfășurarea cu curent continuu și să rotiți câmpul statorului? Da, va exista un motor sincron. Vedeți, colectorul indică clar tipul de dispozitiv.

Motoare asincrone

Folosit mai des de industrie. Primim simplitatea designului, o grămadă de bunătăți. Rezistență la impact, rezistență la vibrații: fără perii de cărbune. În schimb, obțineți o grămadă de structuri. Familia este cea mai mare.

În primul rând, rotorul. Poate fi scurtcircuitat, fază. Primul înseamnă: pe arbore se montează o structură (din aluminiu pentru a reduce greutatea), unde sunt introduse vene de cupru. Scurtificat în jurul perimetrului cu două inele. Rezultatul este o tobă, numită uneori cușcă de veverițe.

Un câmp apare sub influența EMF rotativă a statorului, spre deosebire de motoarele cu comutator, motoarele asincrone nu sunt pornite cu curent continuu. Diferență secundară. Principalul lucru a fost numit: nu există contacte potrivite pentru rotor (cu excepția reostatului de pornire), arborele este acoperit cu o cușcă de veveriță, concluzia despre proprietate este lipsită de ambiguitate. În ceea ce privește mașinile asincrone de fază, bobinele rotorului sunt alimentate prin inele colectoare. Arborele se ridică și capătă treptat avânt.

Motoare sincrone

Un tip de dispozitiv despre care, conform notelor de rețea, este pur și simplu imposibil să-ți faci o idee. Diferența este simplă: câmpul este atât de puternic încât este captat fără probleme și nu alunecă, așa cum este cazul motoarelor asincrone sau (în mai mică măsură) cu comutator. Este furnizat mai des de un magnet permanent sau înfășurarea de excitație este situată pe rotor. Statorul este alimentat cu tensiune alternativă de frecvența necesară.

Viteza de rotație depinde de frecvența sursei de alimentare. Sunt doar doi poli, deci este 25 Hz (1500 rpm). O caracteristică prin care putem presupune: vedem un motor sincron - un multiplu, un întreg. Cheia este coincidența vitezei de rotație a arborelui și frecvența tensiunii de alimentare. Depinde mult de numărul de poli. De exemplu, la centralele hidroelectrice, generatoarele funcționează la o frecvență a arborelui de 1-2 Hz industrială 50 Hz se obține prin înfășurarea a numeroase bobine statorice conectate în paralel.

Cum funcționează motoarele electrice?

Motoare asincrone

Am descris pe scurt diferențele externe ale motoarelor electrice, acum câteva cuvinte despre design și funcționare. Motoarele asincrone folosesc un stator pentru a crea un câmp magnetic rotativ de-a lungul axei. Tamburul cuștii de veveriță este rareori, dacă este niciodată, fabricat din materiale feromagnetice. Altfel, încălzirea ar fi semnificativă. De fapt, se dovedește a fi un cuptor cu inducție.

Tamburul de silumin conține conductori de cupru de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Diferența de conductivitate este de așa natură încât nu se realizează izolație: firele roșu-maro transportă curentul. Câmpul indus de f.e.m. statorului este slab. Sunt utilizate măsuri speciale pentru a ajuta la accelerarea arborelui. Câmpul magnetic al rotorului nu aderă bine, motorul asincron stă nemișcat. O contramăsură eficientă a problemei este limitată la crearea unei cuști duble de veveriță: un al doilea rând de fire de cupru trece de-a lungul tamburului la o anumită adâncime. Uniți la capete printr-o singură rețea.

La pornire, frecvența curentă și adâncimea de penetrare a câmpului sunt mari. Ambele straturi ale cuștii de veverițe sunt incluse în lucrare. Pe măsură ce accelerați, diferența se nivelează și scade la zero. Amplitudinea câmpului scade, stratul exterior al cuștii veveriței rămâne în funcțiune. Vă rugăm să rețineți că rotorul este neputincios să ajungă din urmă cu câmpul, alunecă și întârzie. Prin urmare, motoarele sunt numite asincrone. Britanicii fac totul mai simplu - o numesc inducție.

Dacă câmpul este rotit la viteza rotorului, emf încetează să fie indusă. Va urma o decelerare, iar ciclul se va repeta, începând cu accelerarea. Rotorul va rămâne în continuare în urma câmpului. Așa funcționează un dispozitiv de tip scurtcircuit. Un rotor de fază (mulțumesc Wikipedia), care conține o înfășurare trifazată, îndeplinește mai multe funcții, în funcție de scopul dispozitivului:

• Este alimentat cu electricitate prin inelul colector de curent. Acum rotorul primește fază și induce o fem pe stator. Treptat, arborele este preluat de câmp, procesul ulterioar este descris mai sus.
• Alimentat cu curent continuu. Se formează un motor sincron.
• Este echipat cu reostate si sufocatoare care regleaza viteza.
• Implementează controlul invertorului (primul caz complicat).

Principiul de funcționare al motoarelor asincrone: se folosește un EMF indus, viteza de rotație nu poate ajunge din urmă cu câmpul (curenții dispar). În caz contrar, tipul de motor se schimbă (sincron). Pentru reglarea vitezei, se folosește adesea amplitudinea tensiunii de alimentare. Metoda este potrivită pentru motoarele asincrone cu rotor bobinat în cușcă de veveriță. Să enumerăm metodele:

• Potrivit pentru mașini cu rotoare cu colivie:
  1. Reglarea frecvenței tensiunii de alimentare.
  2. Modificarea numărului de perechi de poli statori. Ca urmare, viteza de rotație a câmpului se modifică, dând efectul dorit.
• Pentru mașinile cu rotor bobinat este permis:
  1. Introduceți un reostat în circuitul de alimentare. Pierderile de alunecare cresc, schimbând în mod natural viteza.
  2. Folosiți supape speciale. Energia de alunecare este rectificată de un circuit Larionov și furnizată sub formă de tensiune continuă unui motor electric auxiliar, care întrerupe impulsurile prin tiristoare controlate extern. Puterea care s-ar pierde în mod normal este returnată. Prin arborele motorului auxiliar, un transformator, ale cărui înfășurări sunt parțial conectate la sursa de alimentare. Controlul vitezei se realizează prin introducerea EMF suplimentară. Acest lucru se realizează fie direct (prin sursa de alimentare), fie prin deplasarea unghiului de comutare al tiristoarelor în raport cu sursa de alimentare. Frecvența se abate de la valoarea nominală.
  3. Un motor cu alimentare dublă este o opțiune pentru implementarea controlului vitezei în echipamentele cu rotor bobinat. Tipul este mai des folosit pentru a implementa circuite generatoare. Rotorul plutește cu viteza de rotație - motorul este încă asincron. Statorul și rotorul sunt alimentate separat. Vă permite să setați frecvența pentru fiecare înfășurare, ceea ce duce în mod natural la schimbările de viteză dorite.

Pentru motoarele asincrone, este potrivită modificarea amplitudinii alimentării. Cele mai scumpe circuite de supape au cea mai mare eficiență.

Motor asincron

Funcționarea motoarelor sincrone

Am trecut prin motoare periate - ne-au spus cum să le proiectăm - așa că astăzi omitem familia. Suntem neputincioși să spunem lucruri mult mai interesante altfel: există multe dezbateri pe forumuri. Ne vom uita la motoarele nu tocmai sincrone - un generator. Ca și decorarea centralelor hidroelectrice.

Te-ai întrebat vreodată cum este reglată viteza de rotație a unei turbine atunci când un curent de apă cade pe paletă? Clapetele paletei de ghidare? Nu. Generatorul necesită reîncărcare nu numai cu curent continuu, ci și cu curent alternativ. Primul este alimentat rotorului, iar al doilea stator. Drept urmare, arborele nici nu s-a putut mișca, dar apa îl ajută. Dar energia de frânare a fluxului este deja convertită în EMF al bobinelor statorului de lucru, înfășurate alături de cele auxiliare.

De fapt, avem la indemana dispozitivul unui motor electric cu curent alternativ, dintre infasurari majoritatea infasurarilor generatoare sunt scoase la o frecventa de 50 Hz. Sincronitatea este asigurată de tensiunile de alimentare. Dacă apa apasă prea mult, curentul de excitație crește și blocarea este împiedicată. În același timp, puterea de ieșire a centralei electrice crește. Frecvența determină caracteristicile tensiunii care se îndepărtează față de 50 Hz nominal, nu sunt permise abateri mai mari de o fracțiune de procent (0,1%).

Arborele se rotește cu o viteză de 1-2 rotații pe secundă. Numeroase înfășurări ale generatorului conectate în paralel formează forma sinusoidă dorită. Subliniem că frecvența este menținută de tensiunea de excitație, prin urmare, i se impun cerințe sporite. Este necesar să obțineți mai multă putere de la centrala electrică, supapele paletei de ghidare pur și simplu se deschid ușor, iar masa de apă începe să cadă. Lama nu se mișcă mai repede, curentul de excitație crește, provocând în mod natural apariția câmpurilor mai puternice.

Principiul de funcționare a unui motor electric cu curent alternativ copiază cele de mai sus, nu există înfășurări ale generatorului. Dacă trebuie să obțineți mai multă putere, creșteți tensiunea de excitare și amplitudinea de-a lungul circuitului de alimentare. Aderența câmpurilor este sporită, eliminând alunecarea. Este clar că o masă mare a arborelui nu poate atinge 50 Hz într-o clipă (și nu), echipamentele fabricate corect vor lua perioadă scurtă ajunge la modul. Viteza depinde de numărul de poli.

Astăzi nu am avut timp să luăm în considerare caracteristicile tehnice ale motoarelor electrice cu curent alternativ, am făcut acest lucru de multe ori înainte, în legătură cu diverse tipuri de dispozitive. Credem că, în viitor, recenziile se pot întoarce din nou la subiectul bomprest.