Какими соображениями руководствуются при выборе типа обмотки якоря: Выбор типа обмотки якоря

Выбор типа обмотки якоря

 

При выборе типа обмотки необходимо учитывать ряд противоречивых требований. Наиболее предпочтительными являются обмотки с меньшим числом проводников, так в этом случае уменьшаются объем требуемой изоляции и размеры паза, повышается использование активных материалов, уменьшаются трудоемкость и стоимость изготовления обмотки. Число проводников в обмотке будет тем меньше, чем меньшее число параллельных ветвей она имеет.

Однако по условиям безыскровой работы щеточного контакта (коммутации) и технологичности ток параллельной ветви не должен превышать 300—350 А. Поэтому с повышением мощности машины и ее тока приходится увеличивать число параллельных ветвей обмотки.

С точки зрения коммутации необходимо, чтобы напряжение между соседними коллекторными пластинами

 

U_к.ср = 2рU_ном/К,

 

где U_ном — номинальное напряжение машины, В, не превышало 20—25 В.

Число коллекторных пластин увеличивается с ростом числа параллельных ветвей обмотки, поэтому для снижения U_к.ср приходится в некоторых случаях выбирать обмотку с большим числом параллельных ветвей. При увеличении числа коллекторных пластин следует иметь в виду, что по технологическим возможностям ширина коллекторнойпластины не должна быть меньше 3—4 мм.

Учитывая изложенные требования, можно сделать следующие рекомендации по выбору обмоток якоря машины постоянного тока:

1. В двухполюсных машинах следует примем простую петлевую обмотку (2а = 2).

2. В многополюсных машинах при токе якоря I<700 А следует применять простую волновую обмотку (2а=2).

3. В многополюсных машинах при токе якоря I>700 следует применять петлевую обмотку (2а = 2р).

Если в последнем случае число коллекторных пластин получается слишком большим, то применяют сложную волновую обмотку (2а = 2m). Сложные петлевые и лягушачьи обмотки применяют в крупных машинах постоянного тока, когда при простой петлевой ток в параллельной ветви будет превышать 300-350 А или напряжение между соседними коллекторными пластинами будет недопустимо высоким.

 

 

ЭДС ОБМОТКИ ЯКОРЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ

 

ЭДС обмотки якоря

 

При вращении якоря в магнитном поле полюсов в проводниках обмотки якоря будет наводиться ЭДС. Распределение индукции магнитного поля в воздушном зазоре между якорем и полюсом при холостом ходе машины (когда ток якоря равен нулю) показано на рис. 2.1. ЭДС, наводимая в проводниках, имеющих активную длину l_δ и вращающихся с окружной скоростью v_a, будет равна:

e_x= B_δx l_δ v_a, (2.1)

где B_δx — индукция в данной точке полюсного деления.

Как отмечалось, ЭДС между щетками противоположной полярности машины Е равна ЭДС одной параллельной ветви. Параллельная ветвь включает в себя N/2a проводников (N — общее число активных проводников якоря).

Тогда, предполагая, что обмотка имеет диаметральный шаг (y₁=τ_п), получаем

Заменим кривую 1 (рис. 2.1) распределения индукции прямой 2, параллельной оси абсцисс и имеющей ординату В_ср. Значение В_ср определяют исходя из равенства потоков, которые будут пропорциональны площадям фигур, ограниченных кривой 1 и прямой 2. Тогда можно записать

Е= l_δ v_a N/2a В_ср.

Рис. 2.1. Картина поля в воздушном зазоре машины постоянного тока при холостом ходе

Если представить

v_a = πD_an/60=2pτn/60

и учесть, что поток полюса Ф=В_срτ l_δ, то

, (2.2)

или

Е=с_еnФ, (2.3)

здесь n—частота вращения якоря, об/мин; D_a— внешний диаметр якоря, м; τ = πD_a/2р — полюсное деление, м; с_е = рN/60a —конструктивная постоянная машины.

Формулу для ЭДС Е можно представить в ином виде, для чего правую часть (2.2) умножим и разделим на 2π, тогда

Е=сωФ, (2.4)

 

где ω=2πn/60 — угловая скорость якоря; с= рN/2πa

Из (2.3) и (2.4) следует, что ЭДС якоря Е пропорциональна частоте вращения (или угловой скорости) основному потоку и не зависит от формы распредели индукции в воздушном зазоре машины.

Под потоком Ф в (2.2) — (2.4) следует понимать поток, сцепленный с секцией при симметричном расположении ее относительно полюса. При укороченном шаге (y₁<τ_п) поток, сцепленный с секцией, уменьшается, в соответствии с чем уменьшается и ЭДС Е. Однако при реально применяемом укорочении шага в обмотках машин постоянного тока уменьшение ЭДС незначительно, и потому при ее определении также пользуются формулами (2.2) —(2.4).

 

---

Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 2972; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

---

Введение — Кацман М.

М. Электрические машины

приобрести
Кацман М.М. Электрические машины
скачать (17008.6 kb.)
Доступные файлы (18):

n1.doc	2934kb.	09.06.2003 13:59	скачать
n2.doc	1170kb.	18.10.2003 16:19	скачать
n3.doc	1254kb.	31.10.2003 12:12	скачать
n4.doc	2083kb.	20.11.2003 13:37	скачать
n5.doc	2452kb.	20.11.2003 13:49	скачать
n6.doc	1278kb.	20.12.2003 02:12	скачать
n7.doc	839kb.	20.12.2003 18:21	скачать
n8.doc	579kb.	26.12.2003 17:00	скачать
n9.doc	1377kb.	26.12.2003 17:03	скачать
n10.doc	869kb.	23.12.2003 01:15	скачать
n11. doc	881kb.	26.12.2003 17:08	скачать
n12.doc	553kb.	23.12.2003 01:37	скачать
n13.doc	1698kb.	07.06.2004 09:38	скачать
n14.doc	1038kb.	25.12.2003 21:27	скачать
n15.doc	3084kb.	31.10.2003 11:58	скачать
n16.doc	526kb.	24.12.2003 17:54	скачать
n17.doc	125kb.	24.12.2003 15:07	скачать
n18.doc	1589kb.	18.12.2003 13:48	скачать

---

Смотрите также:
• Кацман М.М. Электрические машины (Документ)
• Кацман М.М. Электрические машины (Документ)
• Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины (Документ)
• Кацман М.М. Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации (Документ)
• Электрические машины (Документ)
• Крицштейн А.М. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: Учебное пособие (Документ)
• Кацман М. М. Справочник по электрическим машинам (Документ)
• Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты (Документ)
• Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические Машины. Лабораторные работы на ПК (Документ)
• Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств (1990) (Документ)
• Кочегаров Б.Е., Лоцманенко В.В., Опарин Г.В. Бытовые машины и приборы. Учебное пособие. Часть 1 (Документ)
• Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам Том 1 (Документ)

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Введение

§ В.1. Назначение электрических машин и трансформаторов

Электрификация — это широкое внедрение в промышленность, сельское хозяйство, транспорт и быт электрической энергии, вырабатываемой на мощных электростанциях, объединенных высоковольтными электрическими сетями в энергетические системы.

Электрификация осуществляется посредством электротехнических изделий, производством которых занимается электротехническая промышленность. Основной отраслью этой промышленности является электромашиностроение, занимающееся разработкой и производством электрических машин и трансформаторов.

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергии. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях электрическими машинами — генераторами, преобразующими механическую энергию в электрическую. Основная часть электроэнергии (до 80 %) вырабатывается на тепловых электростанциях, где при сжигании химического топлива (уголь, торф, газ) нагревается вода и переводится в пар высокого давления. Последний подается в турбину, где, расширяясь, приводит ротор турбины во вращение (тепловая энергия в турбине преобразуется в механическую). Вращение ротора турбины передается на вал генератора (турбогенератора). В результате электромагнитных процессов, происходящих в генераторе, механическая энергия преобразуется в электрическую.

Процесс производства электроэнергии на атомных электростанциях аналогичен тепловым, с той лишь разницей, что вместо химического топлива используется ядерное.

Процесс выработки электроэнергии на гидравлических электростанциях состоит в следующем: вода, поднятая плотиной на определенный уровень, сбрасывается на рабочее колесо гидротурбины; получаемая при этом механическая энергия путем вращения колеса турбины передается на вал электрического генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую.

В процессе потребления электрической энергии происходит ее преобразование в другие виды энергий (тепловую, механическую, химическую). Около 70 % электроэнергии используется для приведения в движение станков, механизмов, транспортных средств, т. е. для преобразования ее в механическую энергию. Это преобразование осуществляется электрическими машинами — электродвигателями.

Электродвигатель — основной элемент электропривода рабочих машин. Хорошая управляемость электрической энергии, простота ее распределения позволили широко применить в промышленности многодвигательный электропривод рабочих машин, когда отдельные звенья рабочей машины приводятся в движение самостоятельными двигателями. Многодвигательный привод значительно упрощает механизм рабочей машины (уменьшается число механических передач, связывающих отдельные звенья машины) и создает большие возможности в автоматизации различных технологических процессов. Электродвигатели широко применяют на транспорте в качестве тяговых двигателей, приводящих во вращение колесные пары электровозов, электропоездов, троллейбусов и др.

За последнее время значительно возросло применение электрических машин малой мощности — микромашин мощностью от долей до нескольких сотен ватт. Такие электрические машины используют в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Особый класс электрических машин составляют двигатели для бытовых электрических устройств — пылесосов, холодильников, вентиляторов и др. Мощность этих двигателей невелика (от единиц до сотен ватт), конструкция проста и надежна, и изготовляют их в больших количествах.

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места ее потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Ее необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей — промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т. д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами. Трансформатор не является электрической машиной, так как его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Кроме того, трансформатор — это статическое устройство, и в нем нет никаких движущихся частей. Однако электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторах, аналогичны процессам, происходящим при работе электрических машин. Более того, электрическим машинам и трансформаторам свойственна единая природа электромагнитных и энергетических процессов, возникающих при взаимодействии магнитного поля и проводника с током. По этим причинам трансформаторы составляют неотъемлемую часть курса электрических машин.

Отрасль науки и техники, занимающаяся развитием и производством электрических машин и трансформаторов, называется электромашиностроением. Теоретические основы электромашиностроения были заложены в 1821 г. М. Фарадеем, установившим возможность преобразования электрической энергии в механическую и создавшим первую модель электродвигателя. Важную роль в развитии электромашиностроения имели работы ученых Д. Максвелла и Э. X. Ленца. Дальнейшее развитие идея взаимного преобразования электрической и механической энергий получила в работах выдающихся русских ученых Б. С. Якоби и М. О. Доливо-Добровольского, которыми были разработаны и созданы конструкции электродвигателей, пригодные для практического использования. Большие заслуги в создании трансформаторов и их прак­тическом применении принадлежат замечательному русскому изобретателю П.Н. Яблочкову. В начале XX столетия были созданы все основные виды электрических машин и трансформаторов и разработаны основы их теории.

В настоящее время отечественное электромашиностроение достигло значительных успехов. Если в начале текущего столетия в России фактически не было электромашиностроения, как самостоятельной отрасли промышленности, то за последние 50—70 лет была создана отрасль электротехнической промышленности — электромашиностроение, способная удовлетворять потребности нашего развивающегося народного хозяйства в электрических машинах и трансформаторах. Были подготовлены кадры квалифицированных электромашиностроителей — ученых, инженеров, техников.

Дальнейший технический прогресс определяет в качестве основной задачи закрепление успехов электромашиностроения путем практического внедрения последних достижений электротехники в реальные разработки устройств электропривода для промышленных устройств и изделий бытовой техники. Осуществление этого требует перевода производства на преимущественно интенсивный путь развития. Главная задача состоит в повышении темпов и эффективности развития экономики на базе ускорения научно-технического прогресса, технического перевооружения и реконструкции производства, интенсивного использования созданного производственного потенциала. Значительная роль в решении этой задачи отводится электрификации народного хозяйства.

При этом необходимо учитывать возрастающие экологические требования к источникам электроэнергии и наряду с традиционными способами развивать экологически чистые (альтернативные) способы производства электроэнергии с использованием энергии солнца, ветра, морских приливов, термальных источников. Широко внедряются автоматизированные системы в различные сферы народного хозяйства. Основным элементом этих систем является автоматизированный электропривод, поэтому требуется опережающими темпами наращивать выпуск автоматизированных электроприводов.

В условиях научно-технического развития большое значение приобретают работы, связанные с повышением качества выпускаемых электрических машин и трансформаторов. Решение этой задачи является важным средством развития международного экономического сотрудничества. Соответствующие научные учреждения и промышленные предприятия России ведут работы по созданию новых видов электрических машин и трансформаторов, удовлетворяющих современным требованиям к качеству и технико-экономическим показателям выпускаемой продукции.

§ В.2. Электрические машины — электромеханические преобразователи энергии

Изучение электрических машин основано на знаниях физической сущности электрических и магнитных явлений, излагаемых в курсе теоретических основ электротехники. Однако прежде чем приступить к изучению курса «Электрические машины», напомним физический смысл некоторых законов и явлений, лежащих в основе принципа действия электрических машин, в первую очередь закона электромагнитной индукции.

Рис. В.1. К понятиям об «элементарном генераторе» (а) и «элементарном двигателе» (б)

В процессе работы электрической машины в режиме генератора происходит преобразование механической энергии в электрическую. Природа этого процесса объясняется законом электромагнитной индукции: если внешней силой F воздействовать на помещенный в магнитное поле проводник и перемещать его (рис. В.1, а), например, слева направо перпендикулярно вектору индукции В магнитного поля со скоростью , то в проводнике будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС)

E=Blv, (B.1)

где В — магнитная индукция, Тл; l — активная длина проводника, т. е. длина его части, находящейся в магнитном поле, м;  — скорость движения проводника, м/с.

Рис. В.2. Правила «правой руки» и «левой руки»

Для определения направления ЭДС следует воспользоваться правилом «правой руки» (рис. В.2, а). Применив это правило, определим направление ЭДС в проводнике (от нас). Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление R (потребитель), то под действием ЭДС в проводнике возникнет ток такого же направления. Таким образом, проводник в магнитном поле можно рассматривать в этом случае как элементарный генератор.

В результате взаимодействия тока I с магнитным полем возникает действующая на проводник электромагнитная сила

F_ЭМ = BlI. (В.2)

Направление силы F_ЭМ можно определить по правилу «левой руки» (рис. В.2, б). В рассматриваемом случае эта сила направлена справа налево, т.е. противоположно движению проводника. Таким образом, в рассматриваемом элементарном генераторе сила F_ЭМ является тормозящей по отношению к движущей силе F.

При равномерном движении проводника F = F_ЭМ. Умножив обе части равенства на скорость движения проводника, получим

F = F_ЭМ

Подставим в это выражение значение F_ЭМ из (В.2):

F = BlI = EI (В.З)

Левая часть равенства определяет значение механической мощности, затрачиваемой на перемещение проводника в магнитном поле; правая часть — значение электрической мощности, развиваемой в замкнутом контуре электрическим током I. Знак равенства между этими частями показывает, что в генераторе механическая мощность, затрачиваемая внешней силой, преобразуется в электрическую.

Если внешнюю силу F к проводнику не прикладывать, а от источника электроэнергии подвести к нему напряжение U так, чтобы ток I в проводнике имел направление, указанное на рис. В.1, б, то на проводник будет действовать только электромагнитная сила F_ЭМ. Под действием этой силы проводник начнет двигаться в магнитном поле. При этом в проводнике индуцируется ЭДС с направлением, противоположным напряжению U. Таким образом, часть напряжения U, приложенного к проводнику, уравновешивается ЭДС Е, наведенной в этом проводнике, а другая часть составляет падение напряжения в проводнике:

U = E + Ir, (В.4 )

где r — электрическое сопротивление проводника.

Умножим обе части равенства на ток I:

UI = ЕI + I²r.

Подставляя вместо Е значение ЭДС из (В. 1), получим

UI =BlI + I ²r,

или, согласно (В.2),

UI = F_ЭМ  + I ²r. (В.5)

Из этого равенства следует, что электрическая мощность (UI), поступающая в проводник, частично преобразуется в механическую (F_ЭМ), а частично расходуется на покрытие электрических потерь в проводнике (I²r). Следовательно, проводник с током, помещенный в магнитном поле, можно рассматривать как элементарный электродвигатель.

Рассмотренные явления позволяют сделать вывод: а) для любой электрической машины обязательно наличие электропроводящей среды (проводников) и магнитного поля, имеющих возможность взаимного перемещения; б) при работе электрической машины как в режиме генератора, так и в режиме двигателя одновременно наблюдаются индуцирование ЭДС в проводнике, пересекающем магнитное поле, и возникновение силы, действующей на проводник, находящийся в магнитном поле, при протекании по нему электрического тока; в) взаимное преобразование механической и электрической энергий в электрической машине может происходить в любом направлении, т. е. одна и та же электрическая машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора; это свойство электрических машин называют обратимостью. Принцип обратимости электрических машин был впервые установлен русским ученым Э. X. Ленцем.

Рассмотренные «элементарные» электрические генератор и двигатель отражают лишь принцип использования в них основных законов и явлений электрического тока. Что же касается конструктивного исполнения, то большинство электрических машин построено на принципе вращательного движения их подвижной части. Несмотря на большое разнообразие конструкций электрических машин, оказывается возможным представить себе некоторую обобщенную конструкцию электрической машины. Такая конструкция (рис. В.З) состоит из неподвижной части 1, называемой статором, и вращающейся части 2, называемой ротором. Ротор располагается в расточке статора и отделен от него воздушным зазором. Одна из указанных частей машины снабжена элементами, возбуждающими в машине магнитное поле (например, электромагнит или постоянный магнит), а другая — имеет обмотку, которую будем условно называть рабочей обмоткой машины. Как неподвижная часть машины (статор), так и подвижная (ротор) имеют сердечники, выполненные из магнитно-мягкого материала и обладающие небольшим магнитным сопротивлением.

Рис. В.З. Обобщенная конструктивная схема электрической машины

Если электрическая машина работает в режиме генератора, то при вращении ротора (под действием приводного двигателя) в проводниках рабочей обмотки наводится ЭДС и при подключении потребителя появляется электрический ток. При этом механическая энергия приводного двигателя преобразуется в электрическую. Если машина предназначена для работы в качестве электродвигателя, то рабочая обмотка машины подключается к сети. При этом ток, возникший в проводниках обмотки, взаимодействует с магнитным полем и на роторе возникают электромагнитные силы, приводящие ротор во вращение. При этом электрическая энергия, потребляемая двигателем из сети, преобразуется в механическую энергию, затрачиваемую на вращение какого-либо механизма, станка и т. п.

Возможны также конструкции электрических машин, у которых рабочая обмотка расположена на статоре, а элементы, возбуждающие магнитное поле, — на роторе. Принцип работы машины при этом остается прежним.

Диапазон мощностей электрических машин весьма широк — от долей ватт до сотен тысяч киловатт.

§ В.З. Классификация электрических машин

Использование электрических машин в качестве генераторов и двигателей является их главным применением, так как связано исключительно с целью взаимного преобразования электрической и механической энергии. Применение электрических машин в различных отраслях техники может иметь и другие цели. Так, потребление электроэнергии часто связано с преобразованием переменного тока в постоянный или же с преобразованием тока промышленной частоты в ток более высокой частоты. Для этих целей применяют электромашинные преобразователи.

Электрические машины используют также для усиления мощности электрических сигналов. Такие электрические машины называют электромашинными усилителями. Электрические машины, используемые для повышения коэффициента мощности потребителей электроэнергии, называют синхронными компенсаторами. Электрические машины, служащие для регулирования напряжения переменного тока, называют индукционными регуляторами

Очень разнообразно применение микромашин в устройствах автоматики и вычислительной техники. Здесь электрические машины используют не только в качестве двигателей, но и в качестве тахогенераторов (для преобразования частоты вращения в элек­трический сигнал), сельсинов, вращающихся трансформаторов (для получения электрических сигналов, пропорциональных углу поворота вала) и т. п.

Из приведенных примеров видно, сколь разнообразно разделение электрических машин по их назначению.

Рассмотрим классификацию электрических машин по принципу действия, согласно которой все электрические машины разделяются на бесколлекторные и коллекторные, различающиеся как принципом действия, так и конструкцией. Бесколлекторные машины — это машины переменного тока. Они разделяются на асинхронные и синхронные. Асинхронные машины применяются преимущественно в качестве двигателей, а синхронные — как в качестве двигателей, так и в качестве генераторов. Коллекторные машины применяются главным образом для работы на постоянном токе в качестве генераторов или двигателей. Лишь коллекторные машины небольшой мощности делают универсальными двигателями, способными работать как от сети постоянного, так и от сети переменного тока.

Электрические машины одного принципа действия могут различаться схемами включения либо другими признаками, влияющими на эксплуатационные свойства этих машин. Например, асинхронные и синхронные машины могут быть трехфазными (включаемыми в трехфазную сеть), конденсаторными или однофазными. Асинхронные машины в зависимости от конструкции обмотки ротора разделяются на машины с короткозамкнутым ротором и машины с фазным ротором. Синхронные машины и коллекторные машины постоянного тока в зависимости от способа создания в них магнитного поля возбуждения разделяются на машины с обмоткой возбуждения и машины с постоянными магнитами. На рис. В.4 представлена диаграмма классификации электрических машин, содержащая основные виды электрических машин, получившие наибольшее применение в современном электроприводе. Эта же классификация электрических машин положена в основу изучения курса «Электрические машины».

К
урс «Электрические машины» помимо собственно электрических машин предусматривает изучение трансформаторов. Трансформаторы являются статическими преобразователями электроэнергии переменного тока. Отсутствие каких-либо вращающихся частей придает трансформаторам конструкцию, принципиально отличающую их от электрических машин. Однако принцип Действия трансформаторов, так же как и принцип действия электрических машин, основан на явлении электромагнитной индукции, и поэтому многие положения теории трансформаторов составляют основу теории электрических машин переменного тока.

Электрические машины и трансформаторы — основные элементы любой энергетической системы или установки, поэтому для специалистов, работающих в сфере производства или эксплуатации электрических машин, необходимы знания теории и понимание физической сущности электромагнитных, механических и тепловых процессов, протекающих в электрических машинах и трансформаторах при их работе.

Раздел

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Введение

4 Основные аспекты, которые следует учитывать при выборе машины для намотки катушек

9 августа 2016 г.

Правильную машину для намотки катушек можно выбрать, если потратить необходимое время на рассмотрение окончательных эксплуатационных требований. Покупатель должен точно знать, чего он ожидает от машины для намотки катушек с точки зрения конечной производительности, совместимости с другими машинами, среды применения и т. д.

Факторы, которые следует учитывать при выборе машины для намотки катушек

Как выбрать a Машина для намотки катушек

При выборе машины для намотки катушек вы можете принять во внимание физическую конструкцию катушки, производительность и т. д. Однако первые две вещи, которые следует учитывать, — это проволока. диаметр и размер катушки. Эти два фактора подробно объясняются ниже:

• Вес рулона

Размеры рулона вместе с общим весом рулона необходимо учитывать при выборе машины. Общее функционирование машины изменится, если катушка будет весить больше или меньше. Это окажет прямое влияние на ваши результаты. Кроме того, машина, которая не может справиться с требуемым весом рулона, будет препятствовать общему производственному процессу. Следовательно, при выборе специфики оборудования необходимо учитывать вес катушки.

• Диаметр проволоки

Провода различного диаметра наматываются с помощью намоточной машины. Следует учитывать минимальный и максимальный диаметр проводов, которые будут намотаны на станок. Это позволит значительно сузить выбор.

• Размер катушки

Машина для намотки катушек может легко вместить провод небольшого размера. Провода больших размеров необходимо использовать с машинами, специально предназначенными для этой цели. Следовательно, при покупке машины для намотки катушек следует учитывать максимальный размер катушки, который вам требуется. Размеры круглых/квадратных/прямоугольных/трапециевидных катушек можно рассчитать, учитывая длину катушки, а также диаметр (круглых катушек) и длину диагонали (квадратных/круглых/трапециевидных катушек).

• Метод намотки катушки

При выборе правильной машины необходимо учитывать методы, используемые для намотки катушки. Будет ли катушка наматываться на низких скоростях с высоким крутящим моментом или на высоких скоростях с низким крутящим моментом? Наряду с этим необходимо учитывать скорость производства, чтобы правильное сочетание скорости и крутящего момента соответствовало весу и размерам катушки.

Блок перемещения: взаимосвязь между диаметром проволоки и размером рулона

Скорость перемещения и длина машины помогают определить производительность. Эти факторы зависят от диаметра проволоки и размера катушки. Крутящий момент также зависит от этих двух факторов. Следовательно, большое значение придается этим факторам на этапе выбора машины.

При большом диаметре проволоки блок траверсы выше, и наоборот. Чем выше блок траверсы, тем больше время, необходимое для совершения одного поворота. Блок траверсы и скорость должны быть синхронизированы, чтобы обеспечить правильную намотку слоя. Если они не скоординированы, повороты будут перекрываться, что отрицательно скажется на производительности машины.

Благодаря этой информации мы понимаем, что скорость намотки зависит от размеров проволоки, а также от ее длины. Блок траверсы зависит от скорости намотки. Таким образом, диаметр проволоки и размер катушки должны быть основными факторами, которые следует учитывать при покупке машин для намотки катушек.

О Скотте Херане

Скотт Херан был частью бизнеса с раннего детства и посещал съезды отраслевых ассоциаций со своими родителями Бобом и Джин с восьмилетнего возраста. Скотт проработал в отделе продаж в ACE более 20 лет. . Скотт окончил Университет Джона Кэрролла. Женат на Терезе, он гордый отец двоих детей и двух внуков.

Намотчики катушек

Правильное руководство по выбору электродвигателя

За последние несколько лет электродвигатели стали свидетелями нескольких технологических достижений, благодаря которым спрос на них растет. Электродвигатели широко используются в таких приложениях, как бытовая техника, промышленные машины, автомобили и приборы HVAC. Основными факторами, стимулирующими рост электродвигателей в прогнозируемый период, являются рост промышленной активности, а также растущий спрос на электромобили во всем мире. Серийные, шунтовые, с постоянными магнитами и другие — это разные типы двигателей постоянного тока, а реактивные двигатели, синхронные машины и другие — это разные типы двигателей переменного тока. Электродвигатели обычно используются в продуктах OEM, компрессорах, промышленном оборудовании, конвейерных системах, насосах и вентиляторах.

В 2017 году объем мирового рынка электродвигателей составил 96 967,9 млн долларов США, а к 2025 году, согласно прогнозам, он достигнет 136 496,1 млн долларов США, увеличившись в среднем на 4,5%.

Двигатели переменного и постоянного тока могут быть разработаны путем интеграции электронного оборудования и датчиков, что обеспечивает профилактическое обслуживание и сокращает время простоя во время обслуживания. Такие факторы, как скорость, ускорение, угловые перемещения, требования к управлению и крутящему моменту, делают двигатели переменного тока идеальным выбором для производителей робототехнических систем. Благодаря высокой эффективности синхронных двигателей переменного тока растущий спрос на превосходное управление машинами в автомобильной промышленности способствует росту рынка электродвигателей. Рост рынка энергоэффективных электродвигателей во всем мире обусловлен такими нормами, как Минимальные стандарты энергоэффективности (MEPS). Кроме того, ожидается, что из-за рассеивания тепла внедрение двигателей в диапазоне 21-60 В для двигателей HVAC вызовет высокий спрос на эти двигатели в ближайшие годы.

Критерии выбора электродвигателя

Выбор двигателя часто является сложным процессом, поскольку требуется много работы с различными поставщиками и время для сортировки и оценки предложений. Выбор двигателя начинается с оценки приложения и проверки того, что выбранный двигатель будет правильно соответствовать требованиям приложения. Важно отметить, что каждое приложение будет иметь уникальные требования к производительности, которые необходимо оценить с помощью контрольного списка.

A) Источник входной мощности

Разработчики должны обращать внимание на максимально допустимый ток в начале процесса выбора, так как это соображение часто остается незамеченным. Например, в таком приложении, как медицинский подъемник для пациентов, использующий стандартную настенную электрическую розетку, обычно необходимо сократить ток до 15 ампер, чтобы избежать перегрузки электрической цепи. Входная мощность будет известной величиной, и ее легко указать в виде тока, напряжения и частоты. Несколько приложений будут иметь максимально допустимое потребление тока, которое необходимо тщательно контролировать. Выбор двигателя имеет решающее значение для приложений, чувствительных к сильному потреблению тока. Выбор двигателя, который работает с максимальной эффективностью в точке нагрузки приложения, позволяет разработчику оптимизировать производительность, чтобы уменьшить потребляемый ток. Использование управления с возможностями ограничения тока также может быть использовано для минимизации проблемы, если только оптимизация двигателя не работает.

B) Окружающая среда

Большинство двигателей стеллажей рассчитаны на чистую, сухую среду с комнатной температурой. Конструктору следует рассматривать двигатель, предназначенный для экологически чувствительных применений, если в соответствии с требованиями проекта двигатель подвергается воздействию таких элементов, как пыль или загрязнение водой. При выборе двигателя температура окружающей среды также является важным фактором, который следует учитывать. Большинство обмоток двигателя испытываются при температуре окружающей среды от 20°C до 40°C. Двигатель должен работать со сниженной номинальной нагрузкой, чтобы сохранить целостность системы изоляции в течение всего срока службы изделия, если применение требует, чтобы двигатель работал при температуре выше 40°C.

C) Технические характеристики двигателя

При рассмотрении новых проектов одним из первых соображений является конструкция корпуса двигателя. Разработчик должен понимать ограничения по весу и размеру продукта, чтобы удовлетворить потребности приложения. Для одного приложения может потребоваться длинный тонкий двигатель, тогда как для следующего приложения может потребоваться короткий толстый двигатель. Максимальный допустимый вес может быть связан с конструкцией, если приложение представляет собой портативное изделие, что влияет на тип двигателя, который следует выбрать.

Другим ключевым моментом в процессе выбора являются требования к сроку службы. Требуется ли приложению 10 000 часов работы без обслуживания или двигатель проработает только 200 часов в течение следующих 20 часов? К основным компонентам, которые могут повлиять на срок службы двигателя, относятся щетки, коллектор и подшипники. В двигателях щеточного типа щетки и коллектор создают электрическое соединение, поскольку по мере работы двигателя эти компоненты изнашиваются. Как правило, двигатель щеточного типа будет экономичным выбором для ограниченного использования. Чтобы увеличить срок службы более экономичного щеточного двигателя, существует множество конструкций со сменными щетками. Лучше всего выбрать конструкцию двигателя, которая не требует щеток для более длительного срока службы. Следовательно, единственным фактором, ограничивающим срок службы двигателя, являются подшипники. При выборе двигателя и проектировании системы шум также является важным фактором, который следует учитывать многим инженерам-проектировщикам. Несмотря на то, что результаты теста на шум показывают, что оба двигателя имеют одинаковый уровень дБ, один двигатель может звучать громче, чем другой. За последние несколько лет звуку стало уделяться больше внимания, и многие производители двигателей вложили средства в звуковое оборудование и тихие комнаты, чтобы лучше определять количество звуков и связывать их с ответственным компонентом.

D) Характеристики двигателя

До сих пор основное внимание уделялось характеристикам применения, которые могли ограничивать выбор типа двигателя, но теперь необходимо обратить внимание на характеристики двигателя. Какую роль двигатель должен играть в приложении? Что ж, производительность двигателя была разбита на три ключевых параметра: скорость и крутящий момент, пусковой/опрокидывающий крутящий момент и рабочий цикл или профиль нагрузки. Выходная мощность, необходимая для питания приложения, будет представлена ​​скоростью и крутящим моментом и повлияет на размер двигателя. Как только начальные ограничения определены, скорость и номинальный крутящий момент являются отправной точкой при выборе двигателя. На размер также могут влиять минимальные требования к моменту остановки или пуска и рабочему циклу. Двигатель, который работает непрерывно, должен быть больше, чем двигатель, работающий с той же нагрузкой при рабочем цикле 10%.

Как выбрать между двигателем переменного и постоянного тока?

Функция двигателей как переменного, так и постоянного тока может быть такой же, как преобразование электрической энергии в механическую, но они сконструированы, питаются и управляются по-разному. Источник питания является самым основным отличием. Двигатели переменного тока работают с переменным током (AC), а двигатели постоянного тока работают с постоянным током (D.C), например, аккумуляторы, источники питания постоянного тока или преобразователь мощности переменного тока в постоянный. Двигатели возбуждения постоянного тока имеют щетки и коммутатор, которые усложняют техническое обслуживание, обычно сокращают ожидаемый срок службы щеточных двигателей постоянного тока и ограничивают скорость, в то время как асинхронные двигатели переменного тока не используют щетки, очень прочны и имеют длительный срок службы. . Контроль скорости — еще одно принципиальное отличие. В двигателях переменного и постоянного тока используется один и тот же принцип использования обмотки якоря и магнитного поля, за исключением того, что в двигателях постоянного тока якорь вращается, а магнитное поле не вращается. Якорь не вращается, а магнитное поле постоянно вращается в двигателях переменного тока. Сегодня в некоторых приложениях электродвигатели постоянного тока заменяются сочетанием электродвигателя переменного тока с электронным регулятором скорости, известным как частотно-регулируемые приводы, поскольку это более экономичное и менее дорогое решение. Двигатели переменного тока могут быть однофазными или трехфазными, тогда как все двигатели постоянного тока являются однофазными. В промышленных применениях коллекторные двигатели постоянного тока используются все реже и реже, в то время как для меньшей мощности вместо них используются двигатели переменного тока, поскольку они требуют минимального обслуживания для эквивалентного использования. А поскольку детали двигателя постоянного тока слишком дороги для замены, немногие производители выбирают двигатели переменного тока, в которых они сочетают электрический контроллер. Комбинация двигателя переменного тока и преобразователя частоты стала экономичным решением для большинства приложений, требующих изменения скорости.

Двигатели постоянного тока предпочтительны для бумагоделательных машин и прокатного оборудования сталелитейных заводов, тогда как двигатели переменного тока предпочтительны для компрессоров кондиционеров, гидравлических и ирригационных насосов, а также силовых приводов компрессоров.

Классификация двигателей постоянного и переменного тока

При поиске электродвигателей вы найдете различные варианты, на которые следует обратить внимание.

1) Двигатели постоянного тока

По способу соединения катушек индуктивности эти двигатели классифицируются на —

• Двигатель с независимым возбуждением
• Двигатель с последовательным возбуждением
• Двигатель с параллельным возбуждением
• Составной двигатель

2) Асинхронные двигатели

По скорости вращения, количеству входных фаз и типу ротора асинхронные двигатели классифицируются на —

По скорости вращения —

• Синхронные
• Асинхронный

По количеству вводных фаз —

• Однофазный
• Трехфазный и
• Двухфазный

По типу ротора —

• Двигатели с контактными кольцами
• Коллекторные двигатели
• Электродвигатели с короткозамкнутым ротором

Преимущества двигателей переменного тока

• Более длительный срок службы и меньшая вероятность отказа
• Обычно более эффективен
• Без переходника, можно подключить напрямую к домашней или офисной розетке
• Вырабатывает меньше тепла
• Лучше для приложений с высокой мощностью (машины, холодильники, стиральные машины)

Недостатки двигателей переменного тока

• Непрактично для портативных устройств
• Несколько громоздкий
• Высокий пусковой ток

Преимущества двигателей постоянного тока

• Лучшее управление скоростью
• Меньше электромагнитных помех (отлично подходит для чувствительных электронных устройств)
• Продукт может работать от аккумулятора
• Стабильность для печатных плат и чувствительной электроники

Недостатки двигателей переменного тока

• Менее эффективный
• Обычно дороже
• Более высокая вероятность отказа (щеточный тип)

Что выбрать: бесщеточный или щеточный двигатель?

Энергия, используемая двигателем постоянного тока, поступает от батарей или другого генерируемого источника питания, обеспечивающего постоянное напряжение. Двигатели постоянного тока обычно состоят из нескольких частей, наиболее заметными из которых являются валы, подшипники и редуктор или шестерни. По сравнению с двигателями переменного тока двигатели постоянного тока обеспечивают лучшее изменение скорости и управление, а также создают больший крутящий момент.

Двигатели постоянного тока бывают двух типов: коллекторные и бесщеточные. Работа и структура определяют различия между этими электродвигателями. Коллекторные двигатели являются одним из старейших типов двигателей и представляют собой электродвигатели с внутренней коммутацией, работающие от постоянного тока. Они содержат ротор, щетки, ось и заряд полярности щеток, управляющих направлением и скоростью двигателя. Тогда как в последние годы бесколлекторный двигатель уже много лет набирает популярность во многом благодаря своей экономичности. Конструкция такая же, как у щеточных двигателей, за исключением щеток. В отличие от коллекторных двигателей, они также включают в себя специальные схемы для управления скоростью и направлением. Магниты установлены вокруг ротора, что повышает эффективность.

Различия между щеточным и бесщеточным двигателем?

Поскольку бесщеточный двигатель не имеет щеток, срок службы бесщеточного двигателя выше. Нет трения, создающего шум или износ, и не требуется постоянное техническое обслуживание. С другой стороны, срок службы щеточных двигателей ниже. Они имеют более высокое трение при смене полярности, они генерируют искры и тепло, поэтому щетки изнашиваются и должны заменяться, что требует высокого обслуживания и связанных с этим затрат. Стоимость щеточного двигателя может быть ниже, чем у бесщеточных двигателей, и для работы не требуется электронный контроллер, в котором используются дорогие и сложные схемы. Тем не менее, в результате потерь тепла, создаваемых коллекторным двигателем, возникают более высокие потери энергии, что влияет на его эффективность. Напротив, это не относится к бесколлекторным двигателям, которые гораздо более эффективны. Бесщеточный двигатель предлагает лучшее соотношение между выходной мощностью и размером и, следовательно, имеет более высокую производительность. Это отношение у коллекторных двигателей ниже, что означает более низкую производительность. Кроме того, в бесщеточных двигателях также существует хорошая взаимосвязь между скоростью и крутящим моментом, в отличие от щеточных двигателей, которая является умеренной, поскольку щетки вызывают трение и, следовательно, крутящий момент уменьшается. Коллекторные двигатели постоянного тока используются во многих бытовых приборах, автомобилях и игрушках.

Почему стоит выбрать шаговый двигатель?

Прежде чем мы поймем процесс выбора шагового двигателя, давайте сначала узнаем, что такое шаговый двигатель. Это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в отчетливые механические движения. Когда на вал или шпиндель шагового двигателя подаются электрические командные импульсы, он вращается дискретными шагами. Направление вращения вала двигателя напрямую связано с последовательностью подаваемых импульсов. Более того, скорость вращения валов двигателя напрямую связана с частотой входных импульсов, а продолжительность вращения напрямую связана с количеством подаваемых входных импульсов.

Преимущества и недостатки шагового двигателя

Преимущества:

1) В состоянии покоя двигатель имеет полный крутящий момент (если обмотки находятся под напряжением).
2) Отличный отклик на пуск, остановку и реверс.
3) Угол поворота двигателя пропорционален входным импульсам.
4) Чрезвычайно надежный, так как в двигателе нет контактных щеток, поэтому срок службы двигателя в основном зависит от срока службы подшипников.
5) Можно добиться очень низкоскоростного синхронного вращения с нагрузкой, которая непосредственно связана с валом.
6) Реакция двигателя на цифровые входные импульсы обеспечивает управление без обратной связи, что делает систему более простой и, следовательно, более экономичной.
7) Может быть реализован широкий диапазон скоростей вращения, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.
8) Поскольку большинство шаговых двигателей имеют точность 3-5% шага, обеспечивается точное позиционирование и повторяемость движения, и эта ошибка не накапливается от одного шага к другому.

Недостатки:

1) При неправильном управлении могут возникнуть резонансы
2) На экстремально высоких скоростях, 3000+ об/мин, двигатель неудобен в эксплуатации.

Выбор шагового двигателя

Шаговый двигатель — хороший выбор, когда требуется контролируемое движение. Его можно использовать в приложениях, где необходимо контролировать скорость, угол поворота, скорость, синхронность и положение. Они нашли свое место во многих различных приложениях. Некоторые из них включают плоттеры, лазерные резаки, принтеры, координатные столы, устройства для захвата, гравировальные станки и так далее. При выборе шагового двигателя для вашего приложения необходимо учитывать несколько факторов.

• Какой крутящий момент требуется для перемещения груза?
• Как двигатель будет соединен с нагрузкой?
• Какая степень точности требуется при позиционировании груза?
• Как быстро должен разгоняться или двигаться груз?

Каковы стандарты энергоэффективности для электродвигателей?

Классы энергоэффективности электродвигателей (низковольтных трехфазных двигателей) в течение многих лет определялись только на основе добровольных обязательств производителей двигателей. Растущий во всем мире спрос на энергоэффективные, оптимизированные для работы приводы привел к появлению целого ряда различных правил для определения эффективности. В 2008 году международный стандарт IEC 60034-30 единообразно регламентировал классы эффективности и законодательные требования, предъявляемые к энергоэффективности низковольтных трехфазных двигателей.

• IE1 Стандартная эффективность
• IE2 Высокая эффективность
• IE3 Премиум-эффективность
• IE4 Супервысокая эффективность

Стандарт IEC 60034-2-1:2014 также был внедрен IEC для испытаний электродвигателей. Некоторые страны также используют национальные стандарты испытаний, а также ссылаются на международный стандарт IEC 60034-2-1.

В Европе

ЕС уже принял несколько директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей выпускать на рынок энергоэффективные двигатели.

• С 2011 года класс IE2 является обязательным для всех двигателей
• С января 2015 года класс IE3 является обязательным для двигателей мощностью от 7,5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты)
• С января 2017 года класс IE3 является обязательным для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты).