Войти
Двигатель переменного тока- это электродвигатель, приводимый в действие переменным током ( AC). Двигатель переменного тока обычно состоит из двух основных частей: внешнего статора с катушками, на которые подается переменный ток для создания вращающегося магнитного поля, и внутреннего ротора, прикрепленного к выходной вал создает второе вращающееся магнитное поле. Магнитное поле ротора может создаваться постоянными магнитами, реактивным сопротивлением или электрическими обмотками постоянного или переменного тока.
Реже, линейные двигатели переменного тока работают по аналогичным принципам, что и вращающиеся двигатели, но их неподвижные и движущиеся части расположены в прямолинейной конфигурации, производя линейное движение вместо вращения.
Двумя основными типами двигателей переменного тока являются асинхронные двигатели и синхронные двигатели. асинхронный двигатель (или асинхронный двигатель) всегда полагается на небольшую разницу в скорости между вращающимся магнитным полем статора и скоростью вала ротора, называемую скольжением, чтобы индуцировать ток ротора в обмотке переменного тока ротора.. В результате асинхронный двигатель не может создавать крутящий момент, близкий к синхронной скорости, когда индукция (или скольжение) не имеет значения или перестает существовать. В отличие от этого, синхронный двигатель не полагается на индукцию скольжения для работы и использует либо постоянные магниты, выступающие полюса (с выступающими магнитными полюсами), либо обмотку ротора с независимым возбуждением. Синхронный двигатель вырабатывает свой номинальный крутящий момент с точно синхронной скоростью. Система синхронного двигателя с двойным питанием и двойным питанием бесщеточного ротора имеет обмотку ротора с независимым возбуждением, которая не основана на принципах скольжения-индукции тока. Бесщеточный электродвигатель с двойным питанием с фазным ротором - это синхронный двигатель, который может работать точно на частоте питания или от сверх кратной частоты питания.
Другие типы двигателей включают вихретоковые двигатели, а также машины переменного и постоянного тока с механической коммутацией, скорость которых зависит от напряжения и соединения обмоток.
Технология переменного тока была заложена в Майкл Фарадей и Джозеф Генри в 1830–31 годах открыли, что изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в схема. Фарадею обычно приписывают это открытие, поскольку он первым опубликовал свои открытия.
В 1832 году французский производитель инструментов Ипполит Пикси создал грубую форму переменного тока, когда спроектировал и построил первый генератор. Он состоял из вращающегося подковообразного магнита, проходящего через две обмотки из проволоки.
Из-за преимуществ переменного тока в передаче высокого напряжения на большие расстояния, в США и Европе было много изобретателей. конец 19 века пытается разработать работоспособные двигатели переменного тока. Первым, кто придумал вращающееся магнитное поле, был Уолтер Бейли, который 28 июня 1879 года продемонстрировал работающий от батареи многофазный двигатель с помощью коммутатора. Физическое общество Лондона. Описывая устройство, почти идентичное устройству Бейли, французский инженер-электрик Марсель Депре опубликовал в 1880 году статью, в которой идентифицировал принцип вращающегося магнитного поля и принцип двухфазной системы переменного тока для его создания. Практически не продемонстрированная конструкция была несовершенной, поскольку один из двух токов «создавался самой машиной». В 1886 году английский инженер Элиху Томсон построил двигатель переменного тока, расширив принцип индукции-отталкивания и свой ваттметр. В 1887 году американский изобретатель Чарльз Шенк Брэдли первым запатентовал двухфазную четырехпроводную силовую передачу переменного тока.
«Бескоммутаторные» переменного тока асинхронные двигатели, по-видимому, были независимо изобретены Галилео Феррари и Никой Тесла. Феррарис продемонстрировал работающую модель своего однофазного асинхронного двигателя в 1885 году, а Тесла построил свой рабочий двухфазный асинхронный двигатель в 1887 году и продемонстрировал его в Американском институте инженеров-электриков в 1888 году (хотя Тесла утверждал, что он задумал вращающееся магнитное поле. в 1882 г.). В 1888 году Феррарис опубликовал свое исследование в Королевской академии наук в Турине, где подробно изложил основы работы двигателя; В том же году Тесла получил патент США на собственный двигатель. Основываясь на экспериментах Феррариса, Михаил Доливо-Добровольский представил первый трехфазный асинхронный двигатель в 1890 году, гораздо более эффективная конструкция, которая стала прототипом, используемым в Европе и США. Он также изобрел первый трехфазный генератор. и трансформатор, и соединил их в первую полную трехфазную систему переменного тока в 1891 году. Конструкция трехфазного двигателя также была разработана швейцарским инженером Чарльзом Юджином Ланселотом Брауном, а другие трехфазные системы переменного тока были разработан немецким техником Фридрихом Августом Хазельвандером и шведским инженером Йонас Венстрём.
Если бы ротор двигателя с короткозамкнутым ротором работал с истинной синхронной скоростью, поток в роторе в любом месте ротора не изменится, и в короткозамкнутой клетке не будет создаваться ток. По этой причине обычные двигатели с короткозамкнутым ротором работают на несколько десятков об / мин медленнее, чем синхронная скорость. Поскольку вращающееся поле (или эквивалентное пульсирующее поле) эффективно вращается быстрее, чем ротор, можно сказать, что оно скользит по поверхности ротора. Разница между синхронной скоростью и фактической скоростью называется скольжением, и нагрузка на двигатель увеличивает величину скольжения, поскольку двигатель немного замедляется. Даже без нагрузки внутренние механические потери предотвращают нулевое скольжение.
Скорость двигателя переменного тока определяется в первую очередь частотой источника переменного тока и количеством полюсов в обмотке статора в соответствии с соотношением:
где
Фактическая частота вращения асинхронного двигателя будет меньше этой рассчитанной синхронной скорости на величину, известную как скольжение, которое увеличивается с создаваемым крутящим моментом. Без нагрузки скорость будет очень близка к синхронной. При нагрузке стандартные двигатели имеют скольжение 2–3%, специальные двигатели могут иметь скольжение до 7%, а класс двигателей, известный как моментные двигатели, рассчитан на работу при 100% скольжении (0 об / мин / полный стойло).
Скольжение двигателя переменного тока вычисляется по формуле:
где
В качестве примера, типичный четырехполюсный двигатель, работающий на 60 На паспортной табличке Hz может быть указано 1725 об / мин при полной нагрузке, а расчетная скорость - 1800 об / мин. Скорость в этом типе двигателя традиционно изменялась за счет наличия дополнительных наборов катушек или полюсов в двигателе, которые можно включать и выключать для изменения скорости вращения магнитного поля. Однако развитие силовой электроники означает, что частота источника питания теперь также может быть изменена для обеспечения более плавного управления скоростью двигателя.
Этот вид ротора является основным оборудованием для индукционных регуляторов, что является исключением использования вращающегося магнитного поля в качестве чисто электрического (не электромеханического) приложения.
В большинстве двигателей переменного тока используется короткозамкнутый ротор, который можно найти практически во всех бытовых и легких промышленных двигателях переменного тока. Беличья клетка относится к вращающейся тренировочной клетке для домашних животных. Двигатель получил свое название от формы «обмоток» его ротора - кольца на обоих концах ротора с перемычками, соединяющими кольца, идущие по длине ротора. Обычно это литой алюминий или медь, залитые между железными пластинами ротора, и обычно видны только концевые кольца. Подавляющее большинство токов ротора будет проходить через стержни, а не через ламинаты с более высоким сопротивлением и обычно покрытые лаком. Очень низкие напряжения при очень высоких токах типичны для шин и концевых колец; В высокоэффективных двигателях часто используется литая медь для уменьшения сопротивления ротора.
В процессе эксплуатации двигатель с короткозамкнутым ротором можно рассматривать как трансформатор с вращающейся вторичной обмоткой. Когда ротор не вращается синхронно с магнитным полем, индуцируются большие токи ротора; большие токи ротора намагничивают ротор и взаимодействуют с магнитными полями статора, приводя ротор почти в синхронизацию с полем статора. Двигатель с короткозамкнутым ротором без нагрузки при номинальной скорости холостого хода будет потреблять электроэнергию только для поддержания скорости ротора с учетом потерь на трение и сопротивление. По мере увеличения механической нагрузки увеличивается и электрическая нагрузка - электрическая нагрузка по своей природе связана с механической нагрузкой. Это похоже на трансформатор, где электрическая нагрузка первичной обмотки связана с электрической нагрузкой вторичной обмотки.
Вот почему двигатель воздуходувки с короткозамкнутым ротором может приводить к затемнению домашнего освещения при запуске, но не тускнеет при запуске, когда его ремень вентилятора (и, следовательно, механическая нагрузка) снят. Кроме того, остановившийся двигатель с короткозамкнутым ротором (перегруженный или с заклинившим валом) будет потреблять ток, ограниченный только сопротивлением цепи, при попытке запуска. Если что-то еще не ограничивает ток (или не отключает его полностью), вероятным результатом является перегрев и разрушение изоляции обмотки.
Практически каждая стиральная машина, посудомоечная машина, автономный вентилятор, проигрыватель и т. Д. Используют какой-либо вариант Двигатель с короткозамкнутым ротором.
Альтернативная конструкция, называемая ротором с обмоткой, используется, когда требуется регулируемая скорость. В этом случае ротор имеет такое же количество полюсов, что и статор, а обмотки выполнены из проволоки, соединенной с контактными кольцами на валу. Угольные щетки соединяют контактные кольца с контроллером, например с переменным резистором, который позволяет изменять скорость скольжения двигателя. В некоторых мощных приводах с фазным ротором с регулируемой частотой вращения энергия частоты скольжения улавливается, выпрямляется и возвращается в источник питания через инвертор. При двунаправленном управлении мощностью ротор с обмоткой становится активным участником процесса преобразования энергии, а конфигурация с двойным питанием с обмоткой ротора показывает удвоенную удельную мощность.
По сравнению с роторами с короткозамкнутым ротором, двигатели с фазным ротором дороги и требуют обслуживания контактных колец и щеток, но они были стандартной формой для регулирования скорости до появления компактных силовых электронных устройств. Транзисторные инверторы с частотно-регулируемым приводом теперь могут использоваться для управления скоростью, а двигатели с фазным ротором становятся все реже.
Используются несколько методов пуска многофазного двигателя. Там, где допустимы большой пусковой ток и высокий пусковой момент, двигатель можно запустить через линию, подав полное линейное напряжение на клеммы (прямое подключение, прямой ток). Там, где необходимо ограничить пусковой пусковой ток (когда двигатель большой по сравнению с мощностью короткого замыкания источника питания), двигатель запускается при пониженном напряжении с использованием либо последовательных катушек индуктивности, автотрансформатора, тиристоры или другие устройства. Иногда используется метод пуска со звезды на треугольник (YΔ), при котором катушки двигателя сначала соединяются звездой для ускорения нагрузки, а затем переключаются на конфигурацию треугольником, когда нагрузка достигает скорости. Этот метод более распространен в Европе, чем в Северной Америке. Транзисторные приводы могут напрямую изменять подаваемое напряжение в зависимости от пусковых характеристик двигателя и нагрузки.
Этот тип двигателя становится все более распространенным в тяговых приложениях, таких как локомотивы, где он известен как асинхронный тяговый двигатель.
Типичные два -фазный серводвигатель переменного тока имеет ротор с короткозамкнутым ротором и поле, состоящее из двух обмоток:
Сервоусилитель переменного тока, линейный усилитель мощности, питает обмотку управления. Электрическое сопротивление ротора намеренно повышено, чтобы кривая скорость – крутящий момент была достаточно линейной. Двухфазные серводвигатели по своей сути являются высокоскоростными устройствами с низким крутящим моментом, которые в значительной степени приспособлены для управления нагрузкой.
Однофазные двигатели не имеют уникального вращающегося магнитного поля, как многофазные двигатели. Поле чередуется (меняет полярность) между парами полюсов и может рассматриваться как два поля, вращающихся в противоположных направлениях. Им требуется вторичное магнитное поле, которое заставляет ротор двигаться в определенном направлении. После запуска переменное поле статора вращается относительно ротора. Обычно используются несколько методов:
Обычным однофазным электродвигателем является электродвигатель с расщепленными полюсами, который используется в устройствах, требующих малой скорости пуска крутящий момент, например, электрические вентиляторы, небольшие насосы или мелкие бытовые приборы. В этом двигателе небольшие одновитковые медные «затеняющие катушки» создают движущееся магнитное поле. Часть каждого полюса окружена медной катушкой или лентой; индуцированный ток в перемычке препятствует изменению потока через катушку. Это вызывает задержку во времени потока, проходящего через затеняющую катушку, так что максимальная напряженность поля перемещается выше через поверхность полюса в каждом цикле. Это создает вращающееся магнитное поле низкого уровня, которое достаточно велико, чтобы вращать как ротор, так и прикрепленную к нему нагрузку. Когда ротор набирает скорость, крутящий момент достигает своего полного уровня, поскольку основное магнитное поле вращается относительно вращающегося ротора.
A Реверсивный двигатель с расщепленными полюсамибыл изготовлен компанией Barber-Colman несколько десятилетий назад. У него была одна катушка возбуждения и два основных полюса, каждый из которых был разделен на половину, чтобы создать две пары полюсов. Каждый из этих четырех «полуполюсников» нес катушку, а катушки диагонально противоположных полуполюсников были подключены к паре выводов. Один вывод каждой пары был общим, поэтому всего требовалось всего три вывода.
Двигатель не запускается при разомкнутых клеммах; подключение общего к другому заставляло двигатель работать в одну сторону, а подключение общего к другому заставляло его работать в другую сторону. Эти двигатели использовались в промышленных и научных устройствах.
Необычный регулируемыйдвигатель с расщепленными полюсами и низким крутящим моментом можно найти в контроллерах светофора и рекламного освещения. Грани полюсов были параллельны и относительно близко друг к другу, между ними располагался диск, что-то вроде диска в электросчетчике ватт-часов. Каждая поверхность полюса была разделена, и на одной ее части была затеняющая катушка; катушки затенения находились на обращенных друг к другу частях.
Подача переменного тока на катушку создавала поле, которое увеличивалось в промежутке между полюсами. Плоскость сердечника статора была приблизительно касательной к воображаемой окружности на диске, поэтому бегущее магнитное поле тащило диск и заставляло его вращаться.
Статор был установлен на шарнире, чтобы его можно было установить для достижения желаемой скорости, а затем зафиксировать в этом положении. Расположение полюсов ближе к центру диска заставляло его вращаться быстрее, а к краю - медленнее.
Другой распространенный однофазный двигатель переменного тока - это двухфазный двигатель. асинхронный двигатель, обычно используемый в крупной бытовой технике, такой как кондиционеры и сушилки для одежды. По сравнению с двигателями с экранированными полюсами эти двигатели обеспечивают гораздо больший пусковой крутящий момент.
Двухфазный двигатель имеет вторичную пусковую обмотку, которая находится под углом 90 электрических градусов к основной обмотке, всегда центрируется непосредственно между полюсами основной обмотки и соединяется с основной обмоткой посредством комплект электрических контактов. Катушки этой обмотки намотаны с меньшим количеством витков меньшего провода, чем основная обмотка, поэтому она имеет более низкую индуктивность и более высокое сопротивление. Положение обмотки создает небольшой фазовый сдвиг между потоком основной обмотки и потоком пусковой обмотки, вызывая вращение ротора. Когда скорость двигателя достаточна для преодоления инерции нагрузки, контакты размыкаются автоматически центробежным переключателем или электрическим реле. Направление вращения определяется соединением между основной обмоткой и цепью запуска. В приложениях, где двигателю требуется фиксированное вращение, один конец пусковой цепи постоянно подключен к основной обмотке, а контакты обеспечивают соединение на другом конце.
Конденсаторный пусковой двигатель - это асинхронный двигатель с расщепленной фазой, в котором пусковой конденсатор включен последовательно с пусковой обмоткой , создавая LC-цепь, которая обеспечивает больший фазовый сдвиг (и, следовательно, гораздо больший пусковой момент), чем двигатели с расщепленной фазой и с экранированными полюсами.
Двигатель с резистивным пуском - это асинхронный двигатель с расщепленной фазой, в котором пускатель включен последовательно с пусковой обмоткой, создавая реактивное сопротивление. Этот дополнительный стартер обеспечивает поддержку в пусковом и начальном направлении вращения. Пусковая обмотка сделана в основном из тонкой проволоки с меньшим количеством витков, что делает ее более резистивной и менее индуктивной. Основная обмотка сделана из более толстого провода с большим количеством витков, что делает ее менее резистивной и более индуктивной.
Другой вариант - двигатель с постоянным разделением конденсаторов (или PSC). Также известный как двигатель с конденсаторным приводом, этот тип двигателя использует неполяризованный конденсатор с высоким номинальным напряжением для создания электрического фазового сдвига между рабочей и пусковой обмотками. Двигатели PSC являются доминирующим типом электродвигателей с расщепленной фазой в Европе и большей части мира, но в Северной Америке они наиболее часто используются в приложениях с переменным крутящим моментом (например, нагнетатели, вентиляторы и насосы) и других случаях, когда требуется переменная скорость..
Конденсатор с относительно низкой емкостью и относительно высоким номинальным напряжением подключается последовательно с пусковой обмоткой и остается в цепи в течение всего рабочего цикла. Как и в других двигателях с расщепленной фазой, основная обмотка используется с пусковой обмоткой меньшего размера, а вращение изменяется путем реверсирования соединения между основной обмоткой и пусковой цепью или переключением полярности основной обмотки, когда пусковая обмотка всегда подключена к конденсатор. Однако есть существенные различия; Использование центробежного переключателя, чувствительного к скорости, требует, чтобы другие двигатели с расщепленной фазой работали на полной скорости или очень близко к ней. Двигатели PSC могут работать в широком диапазоне скоростей, намного ниже, чем электрическая скорость двигателя. Кроме того, для таких приложений, как автоматические открыватели дверей, которые требуют частого реверсирования вращения двигателя, использование механизма требует, чтобы двигатель замедлился до почти полной остановки, прежде чем контакт с пусковой обмоткой будет восстановлен. «Постоянное» соединение с конденсатором в двигателе PSC означает, что изменение вращения происходит мгновенно.
Трехфазные двигатели можно преобразовать в двигатели PSC, сделав две общие обмотки и подключив третью через конденсатор в качестве пусковой обмотки. Однако из-за неиспользуемой обмотки номинальная мощность должна быть как минимум на 50% больше, чем у сопоставимого однофазного двигателя.
Если соединения с обмотками ротора трехфазного двигателя сняты на контактных кольцах и подают отдельный ток возбуждения для создания непрерывного магнитного поля (или если ротор состоит из постоянного магнита ) результат называется синхронным двигателем , потому что ротор будет вращаться синхронно с вращающимся магнитным полем, создаваемым многофазным источником питания. Другой системой синхронного двигателя является система синхронного двигателя с двойным питанием от бесщеточного ротора с ротором с независимым возбуждением многофазной обмотки переменного тока, которая может испытывать скольжение-индукцию сверх синхронных скоростей, но, как все синхронные двигатели, не зависит от скольжения -индукция для производства крутящего момента.
Синхронный двигатель также может быть использован в качестве генератора переменного тока.
Современные синхронные двигатели часто приводятся в действие полупроводниковыми частотно-регулируемыми приводами. Это значительно упрощает проблему запуска массивного ротора большого синхронного двигателя. Они также могут запускаться как асинхронные двигатели с использованием обмотки с короткозамкнутым ротором, которая имеет общий ротор: как только двигатель достигает синхронной скорости, в обмотке с короткозамкнутым ротором не индуцируется ток, поэтому он мало влияет на синхронную работу двигателя. помимо стабилизации скорости двигателя при изменении нагрузки.
Синхронные двигатели иногда используются как тяговые двигатели ; TGV может быть наиболее известным примером такого использования.
Огромное количество трехфазных синхронных двигателей теперь устанавливается на электромобили. У них есть неодимовый или другой редкоземельный постоянный магнит.
. Одно из применений этого типа двигателя - его использование в схеме коррекции коэффициента мощности. Они упоминаются как синхронные конденсаторы. Это использует особенность машины, в которой она потребляет мощность с опережающим коэффициентом мощности , когда ее ротор чрезмерно возбужден. Таким образом, источник питания воспринимает его как конденсатор и, таким образом, может использоваться для корректировки коэффициента мощности с запаздыванием, который обычно передается источнику электроэнергии индуктивными нагрузками. Возбуждение регулируется до достижения коэффициента мощности, близкого к единице (часто автоматически). Машины, используемые для этой цели, легко идентифицировать, поскольку у них нет валов. Синхронные двигатели ценятся в любом случае, потому что их коэффициент мощности намного лучше, чем у асинхронных двигателей, что делает их предпочтительными для приложений с очень большой мощностью.
Некоторые из самых крупных двигателей переменного тока - это гидроаккумулирующие генераторы, которые работают как синхронные двигатели для перекачки воды в резервуар на более высоком уровне для последующего использования для выработки электроэнергии с использованием того же оборудования.. Шесть генераторов мощностью 500 мегаватт установлены на гидроаккумулирующей станции округа Бат в Вирджинии, США. При перекачке каждый агрегат может производить 642800 лошадиных сил (479,3 мегаватт).
Небольшие однофазные двигатели переменного тока также могут быть спроектированы с намагниченными роторами (или в нескольких вариантах исполнения). эту идею; см. «Гистерезис синхронных двигателей» ниже).
Если на обычном роторе с короткозамкнутым ротором есть плоские поверхности для создания явных полюсов и увеличения сопротивления, он будет запускаться обычным образом, но будет работать синхронно, хотя он может обеспечить лишь умеренный крутящий момент при синхронной скорости. Это известно как реактивный двигатель .
. Поскольку инерция затрудняет мгновенное ускорение ротора с остановленной до синхронной скорости, этим двигателям обычно требуется какая-то особенность для запуска. Некоторые из них имеют структуру с короткозамкнутым ротором, чтобы ротор приближался к синхронной скорости. В различных других конструкциях используется небольшой асинхронный двигатель (который может использовать те же катушки возбуждения и ротор, что и синхронный двигатель) или очень легкий ротор с односторонним механизмом (чтобы гарантировать, что ротор запускается в «прямом» направлении). В последнем случае подача переменного тока создает хаотические (или кажущиеся хаотическими) прыжки вперед и назад; такой двигатель всегда запускается, но без механизма предотвращения реверсирования направление его движения непредсказуемо. В органном тон-генераторе Хаммонда использовался синхронный двигатель без самозапуска (до сравнительно недавнего времени) и вспомогательный обычный стартер с расщепленными полюсами. Подпружиненный вспомогательный ручной пусковой выключатель подключал питание ко второму двигателю на несколько секунд.
Эти двигатели относительно дороги и используются там, где требуется точная скорость (при условии наличия источника переменного тока с точной частотой) и вращение с малым колебанием (высокочастотное изменение скорости). существенный. Применения включали приводы ленточных магнитофонов (вал двигателя мог быть шпилем), а до появления управления кристаллами - кинокамеры и записывающие устройства. Их отличительной особенностью является их ротор, который представляет собой гладкий цилиндр из магнитного сплава, который остается намагниченным, но может быть довольно легко размагничен, а также повторно намагничен полюсами в новом месте. Гистерезис относится к тому, как магнитный поток в металле отстает от внешней силы намагничивания; например, чтобы размагнитить такой материал, можно приложить намагничивающее поле противоположной полярности к тому, которое первоначально намагничивало материал. Эти двигатели имеют статор, как и у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, работающим от конденсатора. При запуске, когда скольжение значительно уменьшается, ротор намагничивается полем статора, и полюса остаются на своих местах. Затем двигатель работает с синхронной скоростью, как если бы ротор был постоянным магнитом. При остановке и перезапуске полюса могут образовываться в разных местах. Для данной конструкции крутящий момент при синхронной скорости относительно невелик, и двигатель может работать со скоростью ниже синхронной. Проще говоря, это отставание магнитного поля от магнитного потока.
Универсальный двигатель - это конструкция, которая может работать как от переменного, так и от постоянного тока. В универсальных двигателях статор и ротор щеточного двигателя постоянного тока намотаны и запитаны от внешнего источника, причем крутящий момент является функцией тока ротора, умноженного на ток статора, таким образом, меняя направление тока как в роторе, так и в статор не меняет направление вращения. Универсальные двигатели могут работать как на переменном, так и на постоянном токе, при условии, что частота не настолько высока, что индуктивное сопротивление обмотки статора и вихревые токи потери становятся проблемой. Почти все универсальные двигатели имеют последовательную обмотку, потому что их статоры имеют относительно мало оборотов, что снижает индуктивность. Универсальные двигатели компактны, имеют высокий пусковой момент и могут изменять скорость в широком диапазоне с помощью относительно простых элементов управления, таких как реостаты и ШИМ прерыватели. По сравнению с асинхронными двигателями универсальные двигатели имеют некоторые недостатки, присущие их щеткам и коммутаторам: относительно высокий уровень электрического и акустического шума, низкая надежность и более частое требуемое техническое обслуживание.
Универсальные двигатели широко используются в мелкой бытовой технике и ручных электроинструментах. До 1970-х гг. Преобладала электрическая тяга (электрическая, включая дизель-электрические железнодорожные и дорожные транспортные средства); многие тяговые электрические сети все еще используют специальные низкие частоты, такие как 16,7 и 25 Гц, для преодоления вышеупомянутых проблем с потерями и реактивным сопротивлением. Все еще широко используемые универсальные тяговые двигатели все чаще заменяются многофазными асинхронными двигателями переменного тока и двигателями с постоянными магнитами с частотно-регулируемыми приводами, что стало возможным благодаря современным силовым полупроводниковым устройствам.
Отталкивающие двигатели - это однофазные двигатели переменного тока с фазным ротором, являющиеся разновидностью асинхронных двигателей. В отталкивающем двигателе щетки якоря закорочены вместе, а не включены последовательно с полем, как это делается в универсальных двигателях. Под действием трансформатора статор индуцирует токи в роторе, которые создают крутящий момент за счет отталкивания, а не притяжения, как в других двигателях. Было изготовлено несколько типов отталкивающих двигателей, но наиболее часто использовался асинхронный двигатель с отталкивающим пуском (RS-IR). Двигатель RS-IR имеет центробежный переключатель, который замыкает все сегменты коммутатора, так что двигатель работает как асинхронный, когда он приближается к полной скорости. Некоторые из этих двигателей также выводят щетки из контакта с источником регулирования напряжения. Отталкивающие двигатели были разработаны до того, как появились подходящие пусковые конденсаторы двигателей, и с 2005 года было продано несколько отталкивающих двигателей.
В тех случаях, когда важна стабильность скорости, некоторые двигатели переменного тока (например, некоторые) статор должен быть внутри, а ротор снаружи, чтобы оптимизировать инерцию и охлаждение.
Двигатель с тормозом с коническим ротором включает тормоз как неотъемлемую часть конического скользящего ротора. Когда двигатель находится в состоянии покоя, пружина воздействует на скользящий ротор и прижимает тормозное кольцо к тормозной крышке в двигателе, удерживая ротор в неподвижном состоянии. Когда двигатель находится под напряжением, его магнитное поле создает как осевую, так и радиальную составляющую. Осевой компонент преодолевает силу пружины, освобождая тормоз; в то время как радиальный компонент заставляет ротор вращаться. Дополнительного управления тормозом не требуется.
Высокий пусковой момент и низкая инерция двигателя с тормозом с коническим ротором оказались идеальными для требований многоцикловых динамических приводов в приложениях, так как двигатель был изобретен, спроектирован и представлен более 50 лет назад. Этот тип конфигурации двигателя был впервые представлен в США в 1963 году.
Односкоростные или двухскоростные двигатели предназначены для соединения с редукторами системы редукторных двигателей. Двигатели с тормозом с коническим ротором также используются для привода микроскоростных приводов.
Двигатели этого типа также можно найти на мостовых кранах и подъемниках. Микроскоростной агрегат объединяет два двигателя и промежуточный редуктор. Они используются в приложениях, где требуется высочайшая точность механического позиционирования и высокая цикличность. Микроскоростной блок сочетает в себе «главный» тормозной двигатель с коническим ротором для быстрой скорости и «микро» конический тормозной двигатель для медленной скорости или скорости позиционирования. Промежуточная коробка передач позволяет использовать различные передаточные числа, а двигатели с разными скоростями можно комбинировать для получения высоких передаточных чисел между высокой и низкой скоростью.
Электродвигатели с электронной коммутацией (ЕС) - это электродвигатели, питаемые электричеством постоянного тока (DC) и имеющие электронные системы коммутации. , а не механические коммутаторы и щетки. Отношения тока к крутящему моменту и частоты к скорости двигателей BLDC линейны. Пока катушки двигателя питаются от постоянного тока, мощность может быть выпрямленной из переменного тока внутри корпуса.
Это двухфазные асинхронные двигатели с постоянными магнитами для замедления ротора, поэтому его скорость точно пропорциональна мощности, проходящей через счетчик. Ротор представляет собой диск из алюминиевого сплава, и индуцируемые в нем токи реагируют с полем статора.
A двухфазный ватт-час счетчик электроэнергии имеет статор с тремя катушками, обращенными к диску. Магнитопровод завершается С-образным сердечником из проницаемого железа. Катушка «напряжения» над диском включена параллельно источнику питания; его много витков имеют высокое отношение индуктивности к сопротивлению (Q), поэтому его ток и магнитное поле являются интегралом по времени от приложенного напряжения, отставая от него на 90 градусов. Это магнитное поле проходит через диск перпендикулярно вниз, вызывая круговые вихревые токи в плоскости диска с центром в поле. Эти индуцированные токи пропорциональны производной магнитного поля по времени, опережая ее на 90 градусов. Это помещает вихревые токи в фазу с напряжением, приложенным к катушке напряжения, точно так же, как ток, индуцированный во вторичной обмотке трансформатора с резистивной нагрузкой, находится в фазе с напряжением, приложенным к его первичной обмотке.
Вихревые токи проходят непосредственно над полюсными наконечниками двух «токовых» катушек под диском, каждая из которых намотана несколькими витками толстого провода, индуктивное сопротивление которого мало по сравнению с импедансом нагрузки. Эти катушки подключают питание к нагрузке, создавая магнитное поле, синфазное с током нагрузки. Это поле проходит от полюса одной токовой катушки вверх перпендикулярно через диск и обратно вниз через диск к полюсу другой токовой катушки с завершенной магнитной цепью обратно к первой токовой катушке. Когда эти поля пересекают диск, они проходят через вихревые токи, индуцируемые в нем катушкой напряжения, создавая силу Лоренца на диске, взаимно перпендикулярную обоим. Предполагая, что мощность течет к нагрузке, поток от левой токовой катушки пересекает диск вверх, где вихревой ток течет радиально к центру диска, создавая (по правилу правой руки ) крутящий момент, приводящий в движение перед диском вправо. Точно так же поток проходит вниз через диск к правой катушке тока, где вихревой ток течет радиально от центра диска, снова создавая крутящий момент, перемещающий переднюю часть диска вправо. Когда полярность переменного тока меняется, вихревые токи в диске и направление магнитного потока от токовых катушек меняются, оставляя неизменным направление крутящего момента.
Таким образом, крутящий момент пропорционален мгновенному напряжению сети, умноженному на мгновенный ток нагрузки, с автоматической поправкой на коэффициент мощности. Диск тормозится постоянным магнитом, так что скорость пропорциональна крутящему моменту, а диск механически интегрирует реальную мощность. Механическая шкала на измерителе считывает количество оборотов диска и общую полезную энергию, переданную нагрузке. (Если нагрузка подает питание в сеть, диск вращается назад, если ему не препятствует храповой механизм, что делает возможным чистое измерение.)
В с разделением фаз ваттметром катушка напряжения подключается между двумя «горячими» (линейными) клеммами (240 В в Северной Америке), а две отдельные катушки тока подключаются между соответствующей линией и клеммами нагрузки. Подключение к нейтрали системы не требуется для правильного управления комбинированными линейными и линейными нагрузками. Линейные нагрузки потребляют один и тот же ток через обе токовые катушки и вращают измеритель в два раза быстрее, чем нагрузка между фазами и нейтралью, потребляя тот же ток только через одну токовую катушку, правильно регистрируя мощность, потребляемую линейным током. -линейная нагрузка в два раза больше, чем линейная нагрузка.
Другие варианты такой же конструкции используются для многофазного (например, трехфазного ) питания.
Типичным примером являются синхронные двигатели с низким крутящим моментом с многополюсным полым цилиндрическим магнитом (внутренними полюсами), окружающим конструкцию статора. Алюминиевая чашка поддерживает магнит. Статор имеет одну катушку, соосную с валом. На каждом конце катушки есть пара круглых пластин с прямоугольными зубцами на краях, параллельных валу. Это полюса статора. Один из пар дисков напрямую распределяет поток катушки, а другой принимает поток, прошедший через общую затеняющую катушку. Полюса довольно узкие, и между полюсами, идущими с одного конца катушки, находится идентичный набор, идущий с другого конца. В целом, это создает повторяющуюся последовательность четырех полюсов, незатененных, чередующихся с затененными, что создает круговое бегущее поле, с которым быстро синхронизируются магнитные полюса ротора. Некоторые шаговые двигатели имеют аналогичную конструкцию.
 | На сайте Wikimedia Commons есть СМИ, связанные с двигателями переменного тока . |
