Электродвигатели с отключением пусковой обмотки инерционым способом: Поиск рабочей и пусковой катушки однофазного асинхронного электродвигателя | Полезные статьи

Тип двигателей | Bay Motor Products

Двигатель с экранированными полюсами 

Электродвигатели с экранированными полюсами представляют собой оригинальный тип однофазных асинхронных двигателей переменного тока. Также называемый однофазным асинхронным двигателем, для его вращения требуется простое подключение к одной линии напряжения и внешний конденсатор. Различные типы однофазных асинхронных двигателей различаются в зависимости от метода их запуска. Четыре основных типа: расщепленная фаза, конденсаторный пуск, постоянный разделенный конденсатор и конденсаторный пуск/работа конденсатора.

Двигатель с расщепленной фазой

В двигателе с расщепленной фазой используется коммутационное устройство для отключения пусковой обмотки, когда скорость двигателя достигает 75% от номинальной. Хотя этот тип имеет простую конструкцию, которая делает его менее дорогим для коммерческого использования, он также имеет низкий пусковой момент и высокий пусковой ток.

Конденсаторный пусковой двигатель

Конденсаторный пусковой двигатель представляет собой конденсаторный двигатель с расщепленной фазой, в котором конденсатор включен последовательно с пусковой обмоткой для создания большего пускового момента. Этот двигатель дороже из-за необходимых коммутационных и конденсаторных компонентов.

Постоянный разделительный конденсатор

Двигатель с постоянным раздельным конденсатором не имеет пускового выключателя. Для этого типа конденсатор постоянно подключен к обмотке стартера. Поскольку для непрерывного использования требуется конденсатор, он не обеспечивает пусковую мощность, поэтому пусковые моменты обычно малы. Эти двигатели не будут хорошо работать при больших пусковых нагрузках. Однако они имеют низкий пусковой ток, более тихую работу и более высокий срок службы/надежность, что делает их хорошим выбором для высокой частоты циклов. Они также являются наиболее надежными конденсаторными двигателями из-за отсутствия пускового выключателя. Различные конструкции обеспечивают более высокий КПД и коэффициент мощности при номинальных нагрузках.

Двигатель с пусковым/пусковым конденсатором

Двигатель с пусковым/пусковым конденсатором имеет в цепи как пусковой, так и рабочий конденсатор. После достижения полного пуска пусковой конденсатор отключается. Этот тип двигателя имеет более высокий пусковой ток, более низкий нагрузочный ток и более высокий КПД. Недостатком является расход, необходимый для двух конденсаторов и коммутационного устройства. Надежность также играет роль из-за механизма переключения.

Технология

Для сравнения, эти типы асинхронных двигателей с раздельным сопротивлением обеспечивают только низкий или средний пусковой момент, и это ограничивает их применение в маломощных приложениях, для которых они лучше всего подходят. В этих двигателях используется одна вспомогательная обмотка меньшего размера, чем обычно, что обеспечивает более низкую скорость индукции и гораздо более высокое сопротивление, чем у других типов. Простые модели, подобные этим, можно использовать только при низкой нагрузке и необходимости небольшого пускового привода.

Для некоторых приложений, таких как небольшие вентиляторы, шлифовальные машины и нагреватели, не требуется более высокий пусковой момент, но в большинстве случаев чем больше крутящий момент при запуске двигателя, тем большую нагрузку можно приложить к машине. Однофазный двигатель с высоким пусковым моментом часто дороже, чем более простые асинхронные двигатели. Тем не менее, разница в мощности может быть оправдана для различных промышленных нужд. В однофазном двигателе с высоким пусковым моментом вы можете ожидать другого уровня производительности, что может сэкономить время и энергию.

Переменные токи, протекающие в однофазном двигателе, достигают своих пиковых значений одновременно; это делает одну единственную фазу. В трехфазных системах пиковые значения тока достигаются последовательно, образуя три отдельных этапа. По сравнению с трехфазными системами эти двигатели не обладают такими же высокими уровнями эффективности, но могут работать неопределенно долго при минимальном обслуживании.

Асинхронные электродвигатели имеют различные классификации в зависимости от источника электроэнергии и типа конструкции. Двигатели асинхронного типа, также называемые асинхронными двигателями, работают с использованием переменного тока (AC), создаваемого электромагнитной индукцией, в отличие от коммутаторов, обычно используемых в других типах двигателей переменного тока. Асинхронные двигатели используются в промышленности, а также в стандартных бытовых приборах, таких как холодильники, стиральные машины, посудомоечные машины и сушилки для белья.

Электродвигатели асинхронного типа были первоначальными двигателями переменного тока, которые должны были быть созданы; Никола Тесла придумал прототип в 1883 году. Эти асинхронные двигатели имеют очень простую конструкцию и принцип работы по сравнению с современными конструкциями двигателей переменного тока, но они по-прежнему очень прочные, тихие и долговечные. Асинхронные двигатели отличаются тем, что они используют индукционный ток в роторе для создания вращательного движения.

Асинхронные двигатели состоят из двух простых частей: статора с медной обмоткой и узла якоря или ротора. Обмотки статора удерживаются в пазах вокруг статора с балансом между количеством северных и южных полюсов. Узел ротора производится в нескольких вариантах: роторы с короткозамкнутым ротором, роторы с контактными кольцами и роторы со сплошным сердечником.

Эти двигатели лучше всего подходят для нужд малой мощности и приложений, в которых было бы неэффективно использовать более мощные механизмы. Многие однофазные двигатели идеально подходят для приложений с малой инерцией, в то время как другие разработаны с учетом требований к высокому пусковому крутящему моменту.

Электродвигатель: физика, эффективность и типы

Большинство из нас используют электродвигатели каждый день; питание электрической зубной щетки по утрам, вращение вентиляторов для охлаждения компьютера или запуск двигателя в автомобиле. Эти устройства преобразуют электрическую энергию в механическую и делают это с помощью всего одной движущейся части! В этой статье объясняются основные принципы работы электродвигателя, его компоненты, а также некоторые распространенные типы и области применения электродвигателей.

Электродвигатель Определение

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, которое преобразует входную электрическую энергию в выходную механическую энергию. В двигателях постоянного тока это достигается в первую очередь за счет взаимодействия стационарного магнитного статора и электромагнитного ротора, создающего силу, это известно как моторный эффект.

Провод, по которому течет ток, создает магнитное поле вокруг провода. Когда это электромагнитное поле взаимодействует с другим магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом или электромагнитом, на провод действует сила.

Величина силы зависит от напряженности постоянного магнитного поля, длины провода, проходящего через поле, и величины тока, определяемой уравнением моторного эффекта. Двигательный эффект наиболее силен, когда провод / ток и магнитное поле находятся под углом 90 ° друг к другу, при этом сила эффекта уменьшается до нуля, если провод и магнитное поле параллельны.

(слева) Схема моторного эффекта, показывающая взаимодействие провода с током с магнитным полем, создающим силу на проводе. (справа) Левосторонний инструмент Флеминга — способ определения направления силы на проволоке. Изучайте умные оригиналы.

сила в ньютонах

плотность магнитного потока в теслах

сила тока в амперах

длина проводника в метрах с помощью которого можно легко определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Используя левую руку, держите большой, указательный и средний пальцы под прямым углом друг к другу, как показано выше. Затем укажите указательным пальцем в направлении магнитного поля (с севера на юг), а средним пальцем в направлении тока (+ к -). Затем ваш большой палец указывает в направлении результирующей силы на проводе!

Типы электродвигателей

Существует бесчисленное множество различных вариантов конструкции электродвигателя для различных применений, но они делятся на две основные категории: двигатели переменного тока (AC) и двигатели постоянного тока (DC).

Двигатели постоянного тока

Простейшая форма двигателя постоянного тока состоит из стационарного магнитного поля и проводящей катушки, соединенной с коммутатором с разъемным кольцом, который подключается к источнику питания постоянного тока через щетки. На приведенной ниже диаграмме показан двигатель этого типа в исходном положении.

Схема, показывающая компоненты очень простого двигателя постоянного тока и то, как они создают вращательную силу вокруг оси двигателя. Росс Макдональд, StudySmarter Originals.

Теперь давайте пошагово рассмотрим, как работает двигатель постоянного тока:

1. Когда на щетки подается напряжение, коммутатор с разъемным кольцом передает это напряжение на катушку, которая создает ток в катушке. Катушка с током находится в магнитном поле, поэтому эффект двигателя создает противоположную силу на каждой стороне катушки, поскольку ток течет в противоположных направлениях. Это создает вращающую силу на катушке, и в этом примере двигатель начинает вращаться против часовой стрелки.

2. После поворота на 90 градусов от исходного положения коммутатор с разъемным кольцом меняет направление тока на обратное. Это приводит к тому, что сторона катушки в верхней части вращения теперь испытывает силу, направленную вниз, а сторона катушки в нижней части двигателя испытывает силу, направленную вверх. В сочетании с импульсом от начального вращения это продолжает ускорять катушку при вращении против часовой стрелки.

3. После поворота еще на 180° коммутатор с разъемным кольцом снова меняет направление тока и направление сил, действующих на катушку. Это ускоряет катушку на следующем полуобороте, и эта последовательность продолжается, пока двигатель вращается.

Кольцевой коммутатор используется для надежного переключения направления тока в катушке с той же скоростью, что и двигатель. Как видно на схеме выше, коммутатор с разъемным кольцом состоит из двух полуцилиндрических проводников, прикрепленных к каждому концу катушки двигателя. Щетки проводят ток от источника питания на две половины коллектора с разъемным кольцом.

Когда двигатель вращается, коллектор с разрезным кольцом вращается вместе с ним. Поскольку щетки остаются неподвижными, это приводит к тому, что каждая сторона коллектора с разрезным кольцом контактирует с положительной щеткой на один полуоборот, а с отрицательной щеткой на другой полуоборот. Это приводит к тому, что полярность напряжения, подаваемого со щеток на катушку, меняется каждые пол-оборота, а также меняет направление тока.

Поскольку щетки и коллектор с разрезным кольцом работают при помощи физического скользящего контакта, часто это первая часть двигателя постоянного тока, которую необходимо заменить по мере износа щеток.

Существует три основных подхода к увеличению мощности двигателя постоянного тока:

• Увеличение силы магнитного поля. Это увеличивает член в уравнении моторного эффекта, создавая большую силу на катушке.

• Добавление дополнительных витков (петлей) в катушку. Это увеличивает общую длину катушки, увеличивая член в уравнении моторного эффекта и создавая большую силу.

• Использование более высокого тока в катушке. Это увеличивает член в уравнении двигательного эффекта, создавая большую силу.

Производительность также можно улучшить, добавив железный сердечник к ротору электромагнита, как показано на более типичном двигателе постоянного тока ниже.

Схема типичного двигателя постоянного тока, показывающая катушку ротора с множеством контуров и железным сердечником для повышения производительности. Википедия.

Более совершенный тип двигателя постоянного тока — бесщеточный двигатель. Как следует из названия, основное отличие этого типа двигателя заключается в том, что он не имеет коллектора с разрезным кольцом или щеточных компонентов. Вместо этого полярность напряжения питания постоянного тока изменяется в цифровом виде с помощью полупроводникового контроллера. Преимущество этого заключается в повышенной надежности, поскольку щетки в щеточных двигателях часто изнашиваются и требуют замены, а также в целом обеспечивает лучшую производительность.

Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока работают по тому же принципу, что и двигатели постоянного тока, но с некоторыми ключевыми отличиями. Как правило, обмотки катушки образуют статор (неподвижную часть) двигателя, а ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит.

В источнике питания переменного тока напряжение меняется синусоидально от положительного к отрицательному, как показано ниже. Когда переменное напряжение подается на обмотки катушки статора электромагнита, переменное напряжение создает переменное магнитное поле. В двигателе переменного тока это переменное магнитное поле используется для создания вращающей силы на роторе и вращения двигателя. Коммутатор с разъемным кольцом больше не нужен, так как направление тока меняется на противоположное при подаче переменного тока.

(Вверху) — Синусоидальное изменение напряжения в сети переменного тока. (Внизу) — Соответствующая сила и направление магнитного поля, создаваемого электромагнитом с приложенным переменным напряжением. Росс Макдональд, StudySmarter Originals

Функции электродвигателей

Электродвигатели используются в бесчисленных устройствах, с которыми мы взаимодействуем каждый день. В бытовых устройствах обычно используется двигатель постоянного тока, если они питаются от батареи, и двигатель переменного тока, если они питаются от сети. Это делается для того, чтобы избежать преобразования источника питания с переменного тока на постоянный или наоборот, что снизит эффективность и увеличит стоимость из-за необходимых дополнительных компонентов. Ниже вы можете увидеть применение двигателей постоянного и переменного тока в повседневном использовании.

Домохозяйства DC Motors :

• Электрическая зубная щетка
• Вентилятор по охлаждению ноутбука
• CAR. :
  • Вытяжка
  • Кухонный миксер
  • Пылесос
  • Стиральная машина
  • Микроволновая печь

  Расчет мощности электродвигателя

  При расчете мощности электродвигателя необходимо учитывать две переменные: выходную мощность и входную мощность.

  Выходная мощность электродвигателя

  Поскольку мощность равна энергии в секунду, мы можем рассчитать выходную механическую мощность двигателя, измерив время, необходимое для выполнения известного количества работы. В простом эксперименте для этого можно было бы использовать двигатель, поднимающий массу, наматывая ее на веревку.

  Мы знаем, что выполненная работа равна силе, умноженной на расстояние, на котором она приложена:

  Механическая мощность двигателя (то есть выходная мощность двигателя) находится путем деления количества выполненной полезной работы на количество секунд, затраченных на выполнение этой работы.

  Потребляемая мощность электродвигателя

  Потребляемая мощность электродвигателя может быть найдена с использованием общего уравнения электрической мощности. Обратите внимание, что это можно сделать, потому что входная мощность электродвигателя представляет собой электрическую мощность.

  КПД электродвигателя

  Эффективность устройства — это способ измерения того, сколько вложенной энергии преобразуется в полезную выходную энергию. Общая формула эффективности устройства:

  Для электродвигателя входная мощность электрическая, а выходная мощность механическая. Основным источником ненужной энергии в электродвигателе является тепло, которое производится как электрическим сопротивлением катушек проволоки, так и трением между движущимися и неподвижными компонентами.

  КПД двигателя можно рассчитать, разделив полезную выходную механическую мощность на общую потребляемую электрическую мощность. Это преобразуется в процентную эффективность путем умножения на 100.

  Поднятие веса на вертикальное расстояние требует работы. Двигатель тянет на на , чтобы поднять вес. Найти:

  1. Входная мощность двигателя.
  2. Выходная мощность двигателя.
  3. Эффективность двигателя.

  Потребляемая мощность

  Потребляемая мощность двигателя находится путем умножения напряжения на потребляемый ток:

  Выходная мощность

  Выходная мощность двигателя находится путем вычисления объема работы выполняется за время (в секундах), затраченное на выполнение работы:

  КПД двигателя

  КПД двигателя рассчитывается путем нахождения доли входной мощности, которая преобразуется двигателем в полезную выходную мощность.