Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрооборудование установок гидромеханизации — Схемы управления синхронными двигателями

Электрооборудование установок гидромеханизации — Схемы управления синхронными двигателями

Содержание материала

  • Электрооборудование установок гидромеханизации
  • Электрические машины, применяемые в гидромеханизации
  • Машины постоянного тока
  • Асинхронные машины
  • Синхронные машины
  • Силовые трансформаторы
  • Сельсины
  • Индукторные муфты скольжения
  • Электромагниты и электрогидротолкатели
  • Аппараты управления до 1000 В
  • Автоматические воздушные выключатели
  • Командоаппараты и контроллеры
  • Резисторы и реостаты
  • Реле управления
  • Аппараты сигнализации
  • Аппараты электроустановок выше 1000 В
  • Разъединители
  • Выключатели нагрузки
  • Масляные выключателя
  • Приводы коммутационных аппаратов
  • Измерительные трансформаторы
  • Разрядники
  • Шины
  • Датчики
  • Электронные и полупроводниковые приборы
  • Выпрямители
  • Усилители
  • Характеристика нагрузок и привода установок гидромеханизации
  • Рыхлители землесосных снарядов
  • Оперативные лебедки
  • Электропривод дистанционного управления гидромонитором и вспомогательных механизмов
  • Электрические схемы в их начертание
  • Схемы управления двигателями постоянного тока якоря неизменном напряжении питания
  • Управление двигателями с глубоким регулированием скоростим
  • Схемы управления асинхронными двигателями
  • Схемы управления синхронными двигателями
  • Управление электромагнитным приводом масляного выключателя на постоянном токе
  • Замкнутые системы регулирования я автоматическое управление электроприводом
  • Замкнутые системы автоматического регулирования
  • Экскаваторная характеристика
  • Специальные схемы управления электроприводом с регулированием скорости
  • Автоматизация управления электроприводами землесосных снарядов
  • Принципы комплексной автоматизации землесосных снарядов
  • Принципы автоматизации насосных станций
  • Общие вопросы электроснабжения гидромеханизации
  • Основные показатели для расчета электроснабжения потребителей
  • Выбор сечения проводов, кабеля и шин
  • Воздушные линии электропередачи
  • Передача электроэнергии по кабелю
  • Трансформаторные подстанции и распределительные устройства
  • Распределение электроэнергии на установках гидромеханизации
  • Грозозащита воздушных линий и открытых электроустановок
  • Релейная защита электроустановок
  • Предохранители
  • Классификация и описание конструкций реле защиты
  • Принципы построения схем релейной защиты
  • Защита трансформаторов
  • Максимальная токовая защита электрических сетей
  • Защита от замыкания на землю
  • Эксплуатация электрооборудования установок гидромеханизации
  • Защитные меры безопасности в электроустановках гидромеханизации
  • Потребление и экономия электроэнергии

Процессы управления синхронным двигателем сводятся к автоматизированному пуску и регулированию тока возбуждения в рабочем режиме. Особенности пуска синхронного двигателя, рассмотренные в § 5-4, обусловливают определенные способы соединения возбудителя с обмоткой полюсов ротора (см. рис. 5-30).
Ниже рассматриваются схемы с глухоподключенным возбудителем и с сопротивлением в цепи возбуждения.
Полная схема управления синхронным двигателем с глухоподключенным возбудителем
Рассматриваемая схема (рис. 9-16) имеет в гидромеханизации повсеместное распространение. Она применяется для управления синхронными двигателями в приводе грунтовых насосов любых установок (плавучие и стационарные землесосные снаряды, перекачивающие станции), а также крупных водяных насосов.
В качестве возбудителя используется генератор постоянного тока, якорь которого механически связан с ротором двигателя СД1.
1 Часто применяются также возбудители с собственным двигателем привода небольшой мощности.

Пуск двигателя осуществляется в асинхронном режиме (см. § 5-4). На подсинхронной скорости двигатель втягивается в синхронизм и переходит к режиму работы на постоянной скорости (синхронный режим) .
Двигатель подключается к шинам 6000 В через разъединитель Р и масляный выключатель МВ. В данной схеме используется пружинный привод масляного выключателя, в частности типа ПП-67, с заводом пружин посредством коллекторного двигателя ДП (см. § 3-5, рис. 3-12).

Рис. 9-16. Схема управления, зашиты и сигнализации синхронного двигателя 6000 В с глухо подключенным возбудителем.
Пунктиром обведены катушки, установленные на приводе выключателя.

Схема привода МВ работает следующим образом.
Для приведения привода в состояние готовности к включению масляного выключателя переключателем УП замыкается цепь двигателя ДП, который при своем вращении через механическую передачу растягивает пружины привода («заводит» привод).

В крайнем положении растянутых пружин двигатель отключается размыкающими контактами конечного выключателя КВДП; в этом же положении замыкаются замыкающие контакты в цепи катушки ЭВ. При сжатых пружинах (после срабатывания привода) контакты КВДЛ соответственно изменяют свое положение.
Если переключатель УП остается в положении, когда его контакты замкнуты (левое положение рукоятки), то размыкающие контакты КВДП обеспечивают автоматический завод привода и состояние его готовности для следующего включения МВ.
Для включения масляного выключателя следует нажать кнопку Пуск. При этом замыкается цепь реле пуска двигателя РПД, которое одной парой замыкающих контактов шунтирует кнопку, а другой — замыкает цепь электромагнита включения привода ЭВ. В цепи катушки ЭВ предварительно должен быть замкнут пакетный выключатель ПВ. Включение катушки ЭВ носит импульсный характер; при срабатывании привода на включение размыкающие блок-контакты МВ (контакты КСА) размыкаются, прерывая цепь катушки ЭВ. Одновременно замыкаются замыкающие контакты МВ в цепях катушки отключения ЭО и реле положения привода РПП.
Отключение масляного выключателя производится при замыкании цепи катушки отключения ЭО нажатием на одну из кнопок Стоп. Отключение произойдет также при ошибочной попытке размыкания одного из разъединителей —ввода (на схеме не показан; см. рис. 12-12) или двигателя (разъединитель Р). При воздействии на приводы этих разъединителей для их отключения замыкаются контакты блокировочных: кнопок КБРВ или КБРД.
В схеме применена форсировка возбуждения, выполненная следующим образом.
При снижении напряжения пропорционально уменьшается момент на валу двигателя. Для поддержания момента при снижении напряжения следует увеличить ток возбуждения.
При полном напряжении на шинах 6000 В магнитный поток катушки реле минимального напряжения РФ, питающейся через трансформатор напряжения типа НТМИ (от вторичной обмотки, соединенной в звезду; см. § 3-6), достаточен для того, чтобы якорь реле находился в притянутом состоянии (как указано выше, замыкающие контакты РПП при включенном МВ замкнуты).
В этом состоянии размыкающие контакты реле РФ в цепи катушки контактора форсировки Ф разомкнуты, контактор Ф отключен и реостат возбуждения РВ введен в цепь обмотки возбуждения ОВВ возбудителя. При снижении напряжения на обмотках трансформатора НТМИ якорь реле РФ отпадает и его размыкающие контакты замыкают цепь контактора Ф. Контакты последнего, закрываясь, шунтируют реостат РВ, форсируя возбуждение. При восстановлении напряжения реостат вновь вводится в цепь возбуждения.
В рабочем режиме реостат служит для регулирования тока возбуждения и, следовательно, коэффициента мощности двигателя.
Схема также предусматривает следующие виды защит.

  1. Защита максимального тока, осуществляемая с помощью электромагнитных реле РТМ, встроенных в привод (см. § 13-3), катушки которых подключены к обмоткам трансформаторов тока 1TTа и 1ΤΤс (см. § 3-6). При достижении тока, проходящего через катушки, равного величине уставки, якорь реле втягивается и, воздействуя на расцепитель привода, отключает масляный выключатель МВ.
  2. Защита минимального напряжения, обеспечивающая отключение масляного выключателя при понижении напряжения ниже уставки реле РНВ, подключенного к обмотке трансформатора НТМИ. Реле встроено в привод выключателя и воздействует на расцепитель при отпадании якоря (см. § 13-3).
  3. Контроль изоляции, осуществляемый с помощью реле напряжения РКП, включенного в обмотку трансформатора НТМИ, соединенную в открытый треугольник (см. § 3-6). При нарушении изоляции в одной из фаз на стороне напряжения 6000 В на зажимах открытого треугольника возникает напряжение, достаточное для срабатывания реле. При этом размыкающие контакты реле РКИ прерывают цепь катушки реле РПЦ, предотвращая возможность включения масляного выключателя. Одновременно замыкающие контакты РКИ включают световое табло Л5 и звонок Зв звуковой сигнализации.

Действие цепей сигнализации и измерения (амперметры, вольтметры и фазометр) усматривается из схемы рис. 9-16 и в особом пояснении не нуждается.
Схемы управления возбуждением синхронного двигателя с сопротивлением в цепи возбудителя
Управление приводом выключателя, защита и сигнализация аналогичны рассмотренному для двигателя с глухоподключенным возбудителем. Ниже поясняется лишь управление возбуждением двигателя с помощью магнитной станции для цепей ротора, выпускаемой электротехнической промышленностью и поставляемой в комплекте с синхронными двигателями.
В схеме, представленной на рис. 9-17, обмотка возбуждения двигателя СД при пуске замкнута на сопротивление СГ, которое служит

Рис. 9-17. Схема управления возбуждением синхронного двигателя с сопротивлением в цепи возбуждения.
для увеличения сопротивления цепи возбуждения и снижения пускового пульсирующего момента (см. рис. 5-29). Кроме того, оно выполняет функцию разрядного сопротивления, предотвращая пробой изоляции обмотки возбуждения приостановке двигателя, когда возбудитель отключается контактами кв.
Схема работает следующим образом.
При включении выключателя МВ начинается процесс асинхронного пуска двигателя СД; возникающий толчок тока приводит к срабатыванию реле РПТ, замыкающего своими контактами цепь реле времени 1PB и через замыкающие контакты последнего — цепь реле 2РВ. При этом открываются размыкающие контакты 1РВ и 2РВ в цепи катушки
контактора КВ.
Одновременно при включении выключателя замыкается его блок- контакт МВ и получает питание катушка промежуточного реле РП. Закрываясь в цепи катушки контактора КВ, замыкающие контакты реле РП подготавливают его к включению. Цепь этой катушки остается, однако, разомкнутой до тех пор, пока открыты размыкающие контакты реле 1РВ и 2РВ.
Конструкция контактора КВ предусматривает самоотключение его катушки после срабатывания размыкающими контактами КВ, включенными последовательно с ней. При этом якорь контактора в притянутом положении удерживается механической защелкой. Последующее освобождение якоря и размыкание контактов производятся воздействием на защелку электромагнитом ЭМЗ.
По мере разгона двигателя пусковой ток снижается и при определенном его значении якорь реле РПТ отпадает и замыкающие контакты PUT разрывают цепь катушки реле 1PB; контакты 1РВ затем прерывают цепь катушки реле 2РВ. Отпадание реле 1PB и 2РВ влечет за собой замыкание с выдержкой времени размыкающих контактов 1РВ и 2РВ в цепи катушки контактора КВ. Контактор КВ включается, в результате чего в схеме происходят следующие изменения. Катушка КВ отключается размыкающими блок-контактами КВ в ее цепи, но якорь контактора удерживается в притянутом состоянии механической защелкой. Обмотка возбуждения двигателя СД замыкается на якорь возбудителя замыкающими главными контактами КВ и отключается от сопротивления СГ размыкающими контактами. В цепях управления закрываются контакты КВ, подготавливая операцию последующего отключения двигателя. Одновременно замыкающие блок-контакты КВ шунтируют катушку реле РПТ в цепи трансформатора тока.
При отключении двигателя выключателем МВ блок-контакты последнего, разрываясь, прекращают питание катушки реле РП. При отпадании якоря реле РП его размыкающие контакты, закрываясь, подают питание одновременно на катушку контактора КВ и электромагнита защелки ЭМЗ. Якорь контактора КВ притягивается для облегчения освобождения защелки, а электромагнит ЭМЗ, воздействуя на нее, расцепляет механизм удержания якоря КВ, и он отпадает, возвращая аппараты схемы в исходное состояние.
Как и в схеме с глухоподключенным возбудителем (рис. 9-16), в данной схеме предусмотрена форсировка возбуждения, контролируемая реле напряжения РФ, катушка которого включена на зажимы вторичной обмотки трансформатора напряжения. При понижении напряжения якорь реле РФ отпадает и его размыкающие контакты замыкаются в цепи контактора форсировки Ф. Срабатывание последнего обеспечивается, кроме того, через замыкающие контакты реле времени 2РВ, катушка которого включается, как показано выше, при замыкании реле РПТ. Таким образом, действие форсировки возбуждения дублируется по току нагрузки двигателя.
Для удержания контактора во включенном состоянии требуется меньший ток, нежели для его включения из разомкнутого состояния.
Поэтому питание катушки после включения осуществляется через добавочное сопротивление 2СД 1 , которое вводится размыкающими контактами Ф при включении контактора.
Рассмотренные схемы пуска предусматривают включение двигателя на полное напряжение сети.
Асинхронный пуск синхронных двигателей большой мощности сопровождается значительным броском тока и соответствующим ему понижением напряжения питающей сети. В случае необходимости ограничения бросков тока пуск синхронных двигателей в известных случаях производится при пониженном напряжении. Для этого статор двигателя подключают к сети через реактор или автотрансформатор, шунтируемые затем, по завершении переходного процесса пуска, особыми выключателями.
В связи с этим различают схемы легкого и тяжелого пуска синхронных двигателей.
Первый случай относится к пуску ненагруженных двигателей или двигателей с небольшим моментом нагрузки на валу. При легком пуске втягивание двигателя в синхронизм и подача возбуждения происходят при пониженном напряжении.
При тяжелом пуске подаче возбуждения предшествует переключение статора на полное напряжение.
Схемы пуска при пониженном напряжении в установках гидромеханизации не применяются и поэтому более подробно здесь рассмотрены не будут.

Читать еще:  Датчик оборотов двигателя ниссан альмера

1 Такое добавочное сопротивление, служащее для уменьшения тока катушек при продолжительном включении, называется экономическим.

7.4 Принцип работы синхронного двигателя (сд)

Устройство синхронного двигателя практически идентично устройству синхронного генератора. Принцип действия: ток, протекающий в обмотке статора образует вращающееся магнитное поле, которое своими полюсами притягивает разноименные полюса ротора, вследствие чего частота вращения ротора совпадает с частотой вращения поля статора, т.е. ротор вращается с синхронной частотой N (N=f/p) f – частота p – число полюсов. Для того чтобы запустить синхронный двигатель, его частота вращения ротора должна быть приблизительно равна синхронной частоте. После того как частота вращения ротора станет близкой к синхронной частоте, ротор втягивается в синхронизм, то есть начинает вращаться синхронно с частотой поля. В роторе СД размещают короткозамкнутую обмотку по типу «беличьей клетки». В таком случае первый этап пуска СД представляет собой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, при этом обмотка возбуждения синхронного генератора отличается от источника энергии и замыкается на сопротивлении. После того как частота вращения ротора приблизится к синхронной, в обмотку ротора подается напряжение, а двигатель работает в нормальном режиме. СД как потребитель эл. Энергии может различаться по типу потребляемой реактивной энергии, т.е. они могут работать потребителями чисто активной энергии, как потребитель реактивной энергии, носящий емкостной характер. Св-во синх-го двиг-ля поглощать индуктивную, реактивную мощность используется в энергетике для улучшения cos (коэффициента мощности) в цепи.

8.1 Пуск асинхронного двигателя (ад). Схема прямого пуска.

Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1

. При рассмотрении возможных способов пуска в ход асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные положения: 1) двигатель должен развивать при пуске достаточно большой пусковой момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения; 2) величина пускового тока должна быть ограничена таким значением, чтобы не происходило повреждения двигателя и нарушения нормального режима работы сети; 3) схема пуска должна быть по возможности простой, а количество и стоимость пусковых устройств — малыми.

Прямой пуск применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. Однако при прямом пуске двигателей большой мощности, особенно при подключении их к недостаточно мощным электрическим сетям, могут возникать чрезмерно большие падения напряжения (свыше 10—15%). В этом случае прямой пуск для двигателей с короткозамкнутым ротором не применяют и пускают их при пониженном напряжении. Прямой пуск асинхронного двигателя широко применяют в технике. Недостатками его являются большой пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой момент.

Пуск синхронного двигателя. Электропривод с синхронным двигателем

Схема включения

Электропривод с синхронным двигателем

Преимущества синхронных двигателей:

· высокий КПД (96-98%);

· высокий коэффициент мощности cosφ →1;

· способен работать с опережающим cosφ (как компенсатор);

· возможность регулировки перегрузочной способности посредством изменения тока возбуждения Iв;

· перегрузочная способность меньше зависит от напряжения сети, чем у АД;

· большой воздушный зазор, а поэтому характеристики и свойства мало зависят от неточности монтажа ротора и износа подшипников;

· механическая характеристика абсолютно жесткая.

— наличие контактных колец;

— дорогие и сложные;

— отсутствие собственного пускового момента.

Применяется в нерегулируемых ЭП (компрессоры, насосы, мельницы), большой мощности, длительного режима работы.

Схема включения СД приведена на рисунке 4.17:

В – возбудитель (генератор постоянного тока, мощностью Р=(0,3..3%)·РСД), установленный на одном валу с СД

Статор СД аналогичен статору АД, подключается к трехфазной сети переменного тока.

Ротор имеет обмотку возбуждения и пусковую короткозамкнутую обмотку в виде беличьей клетки. Обмотка возбуждения ротора питается от возбудителя. Вращающий момент СД обусловлен взаимодействием вращающегося магнитного поля статора и ротора. Максимальный момент Мmax определяется по угловой характеристике М=f(θ) (рисунок 4.19).

Участок 1 – режим устойчивой работы. Участок 2 (при θ >π/2) – режим неустойчивой работы (выход из синхронизма).

θ – угол между напряжением Uф и ЭДС Е

При θ=π/2 – М = Мmax;

Номинальный угол θн = 25. 30°.

СД может работать во всех основных энергетических режимах.

1. СД разгоняется с помощью вспомогательного двигателя до ω=0,95ω, а затем дают ток возбуждения в обмотку ротора и ротор втягивается в синхронизм.

2. Асинхронный пуск СД – для этого служит КЗ обмотка. СД разгоняется как АД (в обмотке ротора нет питания) до подсинхронной скорости ω=0,95ω, а затем на обмотку ротора подается ток возбуждения, ротор втягивается в синхронизм.

Читать еще:  Что такое панорамный двигатель

В зависимости от своих параметров пусковая обмотка СД обеспечивает 2 основных вида механической характеристики (рисунок 4.20). Выбор характеристики определяется условиями работы СД. Для тяжелых условий пуска выбирают характеристику 2, т.к. Мп2> Мп1, но на характеристике 1 СД легче втягивается в синхронизм, т.к. Мвх1> Мвх2.

При пуске используются две основные схемы возбуждения:

· с глухоподключенным возбуждением (см. схему без К1, R, К2), для легких условий пуска (характеристика 1);

· возбудитель подключается в конце пуска контактом К2. В начале пуска К1 замкнут, К2 разомкнут; в конце наоборот (характеристика 2).

Для небольших мощностей при мощной питающей сети пуск СД происходит без ограничений пускового тока (Iпуск=(4..5) Iн)

При больших мощностях (МВт), соизмеримых с мощностью питающей сети, возникает необходимость ограничения пусковых токов, что чаще всего достигается использованием добавочных сопротивлений Rдоб, реакторов и автотрансформаторов.

Устройство и принцип действия синхронного двигателя

Принцип действия синхронного двигателя примерно такой же, как и у асинхронного. Но есть несколько отличий, которые имеют ключевое значение при выборе мотора для той или иной конструкции. В промышленности получили широкое распространение асинхронные машины – их доля достигает 96% от общего количества электрических двигателей. Но это вовсе не говорит о том, что отсутствуют другие типы электрических агрегатов.

Отличие от асинхронного мотора

Главное отличие синхронной машины заключается в том, что скорость вращения якоря такая же, как и аналогичная характеристика магнитного потока. И если в асинхронных моторах используется короткозамкнутый ротор, то в синхронных имеется на нем проволочная обмотка, к которой подводится переменное напряжение. В некоторых конструкциях используются постоянные магниты. Но это делает двигатель дороже.

Если увеличивать нагрузку, подключаемую к ротору, частота вращения его не изменится. Это одна из ключевых особенностей такого типа машин. Обязательное условие – у движущегося магнитного поля должно быть столько же пар полюсов, сколько у электромагнита на роторе. Именно это гарантирует постоянную угловую скорость вращения этого элемента двигателя. И она не будет зависеть от момента, приложенного к нему.

Конструкция мотора

Устройство и принцип действия синхронных двигателей несложны. Конструкция включает в себя такие элементы, как:

  1. Неподвижная часть – статор. На ней находится три обмотки, которые соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Статор собран из пластин электротехнической стали с высокой степенью проводимости.
  2. Подвижная часть – ротор. На нем тоже имеется обмотка. При работе на нее подается напряжение.

Между ротором и статором имеется прослойка воздуха. Она обеспечивает нормальное функционирование двигателя и позволяет магнитному полю беспрепятственно воздействовать на элементы агрегата. В конструкции присутствуют подшипники, в которых вращается ротор, а также клеммная коробка, расположенная в верхней части мотора.

Как работает двигатель

Если кратко, принцип действия синхронного двигателя, как и любого другого, заключается в преобразовании одного вида энергии в другой. А конкретно – электрической в механическую. Работает мотор таким образом:

  1. На статорные обмотки подается переменное напряжение. Оно создает магнитное поле.
  2. На обмотки ротора также подается переменное напряжение, создающее поле. Если используются постоянные магниты, то это поле уже по умолчанию имеется.
  3. Два магнитных поля взаимопересекаются, противодействуют друг другу – одно толкает другое. Из-за этого двигается ротор. Именно он установлен на шарикоподшипниках и способен свободно вращаться, дать ему нужно только толчок.

Вот и все. Теперь остается только использовать полученную механическую энергию в нужных целях. Но требуется знать, как правильно вывести в нормальный режим синхронный двигатель. Принцип работы у него отличается от асинхронного. Поэтому требуется придерживаться определенных правил.

Для этого электродвигатель подключают к оборудованию, которое необходимо привести в движение. Обычно это механизмы, которые должны работать практически без остановок – вытяжки, насосы и прочее.

Синхронные генераторы

Обратная конструкция – синхронные генераторы. В них процессы протекают немного иначе. Принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя отличаются, но не существенно:

  1. На обмотку статора не подается напряжение. С нее оно снимается.
  2. На обмотку ротора подается переменное напряжение, которое необходимо для создания магнитного поля. Потребление электроэнергии крайне маленькое.
  3. Ротор электрогенератора раскручивается при помощи дизельного или бензинового двигателя либо же силой воды, ветра.
  4. Вокруг ротора имеется магнитное поле, которое двигается. Поэтому в обмотке статора индуцируется ЭДС, а на концах появляется разность потенциалов.

Но в любом случае требуется стабилизировать напряжение на выходе генераторной установки. Для этого достаточно запитать роторную обмотку от источника, напряжение которого постоянно и не изменяется при колебаниях частоты вращения.

Полюсы обмоток двигателя

В конструкции ротора имеются постоянные или электрические магниты. Их обычно называют полюсами. На синхронных машинах (двигателях и генераторах) индукторы могут быть двух типов:

  1. Явнополюсными.
  2. Неявнополюсными.

Они различаются между собой только взаимным расположением полюсов. Для уменьшения сопротивления со стороны магнитного поля, а также улучшения условий для проникновения потока, используются сердечники, изготовленные из ферромагнетиков.

Эти элементы располагаются как в роторе, так и в статоре. Для изготовления используются только сорта электротехнической стали. В ней очень много кремния. Это отличительная особенность такого вида металла. Это позволяет существенно уменьшить вихревые токи, повысить электрическое сопротивление сердечника.

Воздействие полюсов

В основе конструкции и принципа действия синхронных двигателей лежит обеспечение влияния пар полюсов ротора и статора друг на друга. Для обеспечения работы нужно разогнать индуктор до определенной скорости. Она равна той, с которой вращается магнитное поле статора. Именно это позволяет обеспечить нормальную работу в синхронном режиме. В момент, когда происходит запуск, магнитные поля статора и ротора взаимно пересекаются. Это называется «вход в синхронизацию». Ротор начинает вращаться со скоростью, как у магнитного поля статора.

Запуск электродвигателей синхронного типа

Самое сложное в работе синхронного мотора – это его запуск. Именно поэтому его используют крайне редко. Ведь конструкция усложняется за счет системы запуска. На протяжении долгого времени работа синхронного двигателя зависела от разгонного асинхронника, механически соединенным с ним. Что это значит? Второй тип двигателя (асинхронный) позволял разогнать ротор синхронной машины до подсинхронной частоты. Обычные асинхронники не требуют специальных устройств для запуска, достаточно только подать рабочее напряжение на обмотки статора.

После того, как будет достигнута требуемая скорость, происходит отключение разгонного двигателя. Магнитные поля, которые взаимодействуют в электрическом моторе, сами выводят его на работу в синхронном режиме. Для разгона потребуется другой двигатель. Его мощность должна составлять примерно 10-15 % от аналогичной характеристики синхронной машины. Если нужно вывести в режим электродвигатель 1 кВт, для него потребуется разгонный мотор мощностью 100 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы машина смогла работать как в режиме холостого хода, так и с незначительной нагрузкой на валу.

Более современный способ разгона

Стоимость такой машины оказывалась намного выше. Поэтому проще использовать обычный асинхронный мотор, пусть и много у него недостатков. Но именно его принцип работы и был использован для уменьшения габаритов и стоимости всей установки. При помощи реостата производится замыкание обмоток на роторе. В итоге двигатель становится асинхронным. А запустить его оказывается намного проще – просто подается напряжение на обмотки статора.

Во время выхода на подсинхронную скорость возможно раскачивание ротора. Но это не происходит за счет работы его обмотки. Напротив, она выступает в качестве успокоителя. Как только частота вращения будет достаточной, производится подача постоянного напряжения на обмотку индуктора. Двигатель выводится в синхронный режим. Но такой способ можно воплотить только в том случае, если используются моторы с обмоткой на роторе. Если там применяется постоянный магнит, придется устанавливать дополнительный разгонный электродвигатель.

Преимущества и недостатки синхронных моторов

Основное преимущество (если сравнивать с асинхронными машинами) – за счет независимого питания роторной обмотки агрегаты могут работать и при высоком коэффициенте мощности. Также можно выделить такие достоинства, как:

  1. Снижается ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается КПД. Если сравнивать с асинхронным мотором, то эти характеристики у синхронной машины оказываются лучше.
  2. Момент вращения прямо пропорционален напряжению питания. Поэтому даже если снижается напряжение в сети, нагрузочная способность оказывается намного выше, нежели у асинхронных машин. Надежность устройств такого типа существенно выше.

Но вот имеется один большой недостаток – сложная конструкция. Поэтому при производстве и последующих ремонтах затраты окажутся выше. Кроме того, для питания обмотки ротора обязательно требуется наличие источника постоянного тока. А регулировать частоту вращения ротора можно только с помощью преобразователей – стоимость их очень высокая. Поэтому синхронные моторы используются там, где нет необходимости часто включать и отключать агрегат.

Читать еще:  Что такое сопр для двигателя

Устройство и принцип работы электродвигателя — синхронного и асинхронного

Конструкция электродвигателя

Центральный процесс функционирования электрического двигателя постоянного тока (коротко ДПТ) – нагнетание крутящего момента за счет напряжения, подаваемого на роторные катушки. Процесс становится возможным благодаря 4 конструктивным элементам:

  • коллектору ;
  • щеточному механизму (2 щетки 2 пластины/ламели);
  • ротору электрического двигателя (якорь, в синхронном двигателе имеет 1 обмотку);
  • статору, на котором устанавливаются магниты (в электродвигателях постоянного тока – постоянные).

Ротор – подвижный элемент электрического двигателя, запускаемый магнитным полем, совершает вращательные движения вместе с валом. Имеет минимум 3 зуба, один из которых стабильно попадает в область подключения.

Ротор переключается автоматически. За эту функцию отвечает коллектор – конструкция из двух ламелей, закрепленных на роторном валу и двух щеток, выполняющих функцию токосъемных контактов (обеспечивают подачу постоянного тока на ламели). Принцип работы такой:

  • ротор вращается, меняя направление тока;
  • когда якорь совершает поворот на 180 градусов, ламели меняются местами;
  • при смене позиций пластин меняется и направление тока, и (соответственно) полюсы магнита;
  • одноименные полюсы, подчиняясь законам физики, взаимно отталкиваются – катушка вращается, ее полюсы притягиваются к противоположным полюсам на другой стороне магнита.

Статор – стационарный или неподвижный блок электродвигателя. Другое название – индуктор. Он включает несколько обмоток со сменяемой полярностью (при прохождении переменного тока), что и обеспечивает образование магнитного поля. В большинстве случаев статор имеет 2 пары основных полюсов, но может включать и вспомогательные для лучшего переключения ротора на коллекторе.

Магнитное поле электродвигателя

Принцип работы статорного электродвигателя (также называется индукционным) тоже основан на формировании магнитного поля статора. Оно образуется во время прохождения токов через его обмотки. Это поле (вращающееся магнитное) формирует магнитное поле ротора через индукцию токов в обмотках его проводников.

Оно же (статорное поле) создает собственный магнитный поток, при этом наблюдается пропорциональная связь:

  • магнитное поле статора пропорционально электронапряжению в сети;
  • магнитный поток, создаваемый вращающимся полем, пропорционален току.

Характеристики поля статора зависят от токов, проходящих через обмотки, и числа обмоток фаз. Магнитное поле ротора, в свою очередь, тоже формирует поток, движущийся медленнее потока статора. Оба потока (статора и якоря) взаимно притягиваются, принуждая ротор совершать вращательные движения.

Так возникает крутящий момент – тот самый ключевой процесс, ради которого собирается вся конструкция электродвигателя. Учитывая роль статора и ротора в работе электродвигателя переменного тока, несложно заключить, что именно эти 2 элемента имеют самое большое значение в его сборке.

Асинхронные электрические двигатели

Под синхронными электрическими двигателями понимают устройства постоянного тока. Принцип работы такого устройства можно кратко описать 4 пунктами:

  • к обмотке статора (ее еще называют индукторной или обмоткой возбуждения) подается постоянный ток;
  • проходя через обмотку, ток образует постоянное магнитное поле возбуждения (используется постоянный магнит);
  • к роторной обмотке тоже подается постоянный ток, на который воздействует поле статора, обеспечивая возникновение крутящего момента;
  • под действием вращательной силы, ротор поворачивается на 90 градусов.

Это один цикл. После поворота обмотка якоря снова подпадает под влияние статорного магнитного поля, и ротор снова совершает поворот.

Для непрерывной работы электродвигателя полюса постоянного роторного магнита должны сменять друг друга без остановки. Смена происходит, когда полюс пересекает «нейтраль» (ее еще называют магнитной нейтралью). Чтобы ее (смену полюсов) обеспечить, кольцо коллектора разделяют на сектора диэлектрическими ламелями, к которым поочередено присоединяются края роторных обмоток.

Токосъемные щетки, которые представляют собой графитовые стержни с высокой проводимостью и низким коэффициентом трения при скольжении, необходимы для присоединения коллектора к сети. В качестве магнитов могут применяться физически существующие материалы с высокими магнитными свойствами. Но часто из-за их массы в электродвигателях постоянного тока увеличенной мощности магниты заменяют несколькими металлическими штифтами/стержнями. При этом:

  • у каждого стержня формируется собственная обмотка из проводника, который подключается к шине питания (« » и «-»);
  • включение одноименных полюсов осуществляется последовательно;
  • количество пар полюсов – 1 или 4;
  • число щеток коллектора должно соответствовать этому количеству пар.

У синхронных электрических двигателей высокой мощности, обслуживаемых постоянным током, есть ряд конструктивных нюансов, ряд из которых проявляется в динамике (во время функционирования устройства). Среди них – смещение щеток роторного коллектора по отношению к валу на определенный угол против его вращения при изменении нагрузки на двигатель.

Преимущество синхронных электродвигателей, обеспечиваемое принципом их работы, – поступательное (плавное) регулирование скорости вращения, это обеспечило их высокую эффективность при работе с тягой – на грузоподъемниках и электромашинах. В современной практике применяют 3 схемы подключения электрических двигателей постоянного тока: с параллельным, последовательным и комбинированным возбуждением.

В первом случае вместе (параллельно) с обмоткой ротора запускается дополнительная регулируемая (обычно) обмотка-реостат. Такой вариант эффективен, когда для нормальной работы машины требуется плавная регулировка скоростей вращательного движения и максимальной стабильности количества оборотов в минуту. Примеры – электродвигатели кранов, промышленных станков и линий.

При последовательном подключении вспомогательная роторная обмотка в цепь процессов возбуждения ротора включается последовательно. Это обеспечивает возможность резкого увеличения усилия электрического двигателя в определенные моменты (на старте движения состава, например).

Электродвигатель переменного тока (он же асинхронный) тоже использует магнитное поле для создания крутящего момента. Его изобретатель – российский физик-электротехник, Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Первый образец асинхронного электрического двигателя появился в 1890-м (с него начались теория и практика применения 3-фазного переменного тока).

Конструкция и устройство электродвигателей переменного тока:

  • на каждый статор наматывается 3 обмотки;
  • к каждой обмотке подключается 1 из 3 фаз;
  • для охлаждения обмоток, которые сильно нагреваются, пропуская через себя переменные токи, на торцовый вал электрического двигателя устанавливается кулер (вентилятор).

Течение токов и напряжения по 3-фазной сети имеет графический вид синусоиды (плавное изменение параметров работы). Мощность в обмотке плавно увеличивается по мере перехода от конца синусоиды к ее пику и снова снижается, «спускаясь» из вершины к другому концу, достигая на обоих концах своего минимума, а на вершине – максимума.

  • напряжение, подаваемое с 3 фаз на обмотки статора, образует магнитное поле (частота его вращения равна частоте вращения в сети – 50 Гц);
  • ротор располагается внутри индуктора, и в нем тоже возникает свое поле;
  • поле ротора отталкивается от поля статора, образуя вращательный момент.

За счет того, что в электрических двигателях переменного тока используется короткозамкнутая система, при взаимодействии магнитного поля статора и обмотки ротора, в последнем образуется очень большой ток. Он и формирует собственное поле якоря. Контактируя по законам взаимного притяжения/отталкивания полюсов с магнитным потоком индуктора, поле ротора приводит в движение вал электродвигателя в направлении, аналогичном направлению этого поля.

Принцип работы УКД (коллекторных электродвигателей универсального применения)

УКД (двигатели универсального использования) применяются в маломощных устройствах и электроинструментах (бытовых, профессиональных) – везде, где требуется высокий момент вращения на хорошей скорости, плавная регулировка числа оборотов и небольшие пусковые токи. По конструкции УКД повторяют синхронные с последовательной схемой электродвигателя.

Принцип работы УКД:

  • при подаче напряжения на статоре возникает магнитное поле;
  • исполнение магнитного провода в УКД несколько отличается – здесь они сделаны не цельнолитыми, а сборными во избежание перемагничивания и нагрева токами Фуко;
  • вспомогательная обмотка ротора (индуктивность) подключается к питанию последовательно, что позволяет настраивать одинаковую направленность магнитных полей статора и ротора в одной фазе;
  • магнитные поля индуктора и якоря практически полностью синхронны – электродвигатель набирает скорость вращения при высоких нагрузках, что важно для работы многих инструментов (перфораторов, шуруповертов, пылесосов, точильных аппаратов и т. д.).

При включении в цепь электродвигателя регулируемого трансформатора добавляется еще и возможность плавной регулировки его скорости вращения. А вот изменять вектор магнитного поля, если это коллекторный двигатель переменного тока, невозможно ни при каких обстоятельствах.

Коллекторный электродвигатель общего назначение имеет много плюсов. Он выдает высокий крутящий/вращающий момент, способен развивать высокую вращательную скорость, при этом весит и места занимает немного. Есть и минусы: графитовые щетки имеют низкую износостойкость (быстро стираются на больших скоростях вращения), снижая ресурс всей сборки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector