Устройство и принцип работы электрических машин

Сегодня мы ответим на вопросы по теме: "Устройство и принцип работы электрических машин" с профессиональной точки зрения с комментариями и выводами. Просьба все вопросы задавать дежурному специалисту.

Электрические машины

В качестве энергоносителя в электрической машине может быть использовано как магнитное, так и электрическое поле. Машины, в которых для преобразования энергии используется магнитное поле, называются индуктивными, а те, в которых используется электрическое поле, — емкостными. Возможно также совместное использование магнитного и электрического полей. Такие машины называются индуктивно-емкостными.

На практике наибольшее распространение получили индуктивные машины.

Принято различать электромеханические преобразователи в зависимости от цели преобразования энергии на:

  • генераторы — источники электрической энергии;
  • электродвигатели — источники механической энергии;
  • специальные электрические машины — электромеханические преобразователи с более сложным целевым назначением

Области применения электрических машин

Современные электрические машины имеют самое разнообразное конструктивное исполнение и могут реализовывать различные роды напряжения и тока, а также различные виды движения — вращательное, колебательное, линейное и т.д. Диапазон мощностей современных электрических машин составляет 10 -17 — 10 9 Вт. На рисунке 1 показаны области распространения и зоны использования емкостных (график 1), индуктивно-емкостных (график 2) и индуктивных (график 3) электрических машин. Электрическая машина является весьма экономичным преобразователем энергии.

Рисунок 1 – Области распространения электрических машин

Для управления современными электрическими машинами используются сложные электронные системы, которые конструктивно объединяются с электромеханическим преобразователем и образуют так называемую электромеханотронную систему, выступающую как единый технический комплекс. Все это существенно расширяет функциональные возможности электрических машин и обеспечивает их широкое внедрение во все сферы производственной и бытовой деятельности человечества [1].

Основополагающие законы электромеханического преобразования энергии в индуктивных машинах

Закон Ампера

Согласно закону, установленному Ампером, на проводник с током в магнитном поле действует сила

  • где F – сила, Н,
  • I – сила тока, А,
  • – длина проводника, м,
  • B — магнитная индукция, Тл,
  • — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции, град.

Направление этой силы определяется по правилу «левой руки».

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Открытие электромагнитной индукции в 1831 году Фарадеем — одно из фундаментальных открытий в электродинамики. Максвеллу принадлежит следующая углубленная формулировка закона электромагнитной индукции:

Всякое изменение магнитного поля во времени возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле. Циркуляция вектора напряженности E этого поля по любому неподвижному замкнутому контуру s определяется выражением [3] [4]

КОНСУЛЬТАЦИЯ ЮРИСТА


УЗНАЙТЕ, КАК РЕШИТЬ ИМЕННО ВАШУ ПРОБЛЕМУ — ПОЗВОНИТЕ ПРЯМО СЕЙЧАС

8 800 350 84 37

  • где E – напряженность электрического поля, В/м,
  • ds – элемент контура, м,
  • Ф — магнитный поток, Вб,
  • t — время, с

Электродвижущая сила индукции возникающая в замкнутом контуре, равна скорости изменения во времени потока магнитной индукции

  • где – электродвижущая сила индукции, В

Знак «-» показывает, что индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Вращающиеся электрические машины

Вращающаяся электрическая машина — электротехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля с электрическим током, содержащее, по крайней мере, две части, участвующие в основном процессе преобразования и имеющие возможность вращаться или поворачиваться относительно друг друга [2].

Вращающаяся машина постоянного тока, или машина постоянного тока — вращающаяся электрическая машина, основной процесс преобразования энергии в которой обусловлен потреблением или генерированием только постоянного электрического тока.

Вращающаяся машина переменного тока — вращающаяся электрическая машина, основной процесс преобразования энергии в которой обусловлен потреблением или генерированием переменного электрического тока.

Виды вращающихся электрических машин

По характеру магнитного поля в основном воздушном зазоре

Одноименнополюсная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой нормальная составляющая магнитной индукции во всех точках основного воздушного зазора имеет один и тот же знак.

Разноименнополюсная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой нормальная составляющая магнитной индукции в различных участках основного воздушного зазора имеет разные знаки.

Явнополюсная машина — разноименнополюсная машина, в которой полюса выступают в сторону основного воздушного зазора.

Неявнополюсная машина — разноименнополюсная машина с равномерным основным воздушным зазором.

Источник: http://engineering-solutions.ru/motorcontrol/electricmachine/

Устройство и принцип работы электрических машин

Раздел 2. Электромагнитные устройства, электрические аппараты и электрические

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель занятия:

Изучить назначение, устройство, принцип работы, основные параметры и характеристики электрических машин постоянного тока, а также способы их возбуждения и регулирования частоты вращения

Устройство и принцип работы электрических машин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее преобразование механической энергии в электрическую (генераторный режим) или электрической энергии в механическую (двигательный режим).

Номинальный режим электрической машины — это режим работы, для которого она предназначена. Параметры номинального режима указываются заводом изготовителем на табличке, размещенной на корпусе электрической машины. Это, как правило, мощность, частота вращения ротора, напряжение, коэффициент мощности, для машин переменного тока и т.д.

Как известно, из закона электромагнитной индукции следует, что при движении проводника в магнитном поле, то в нем будет наводиться ЭДС. Если проводник замкнут, к примеру, на резистор, то в проводнике потечет ток, в направлении совпадающем с ЭДС.

ЭТО ВАЖНО. При равномерном движении проводника в магнитном поле механическая мощность, приложенная к проводнику, преобразуется в электрическую (за вычетом потерь мощности в проводнике I 2 R). Наличие магнитного поля и проводников с током является необходимым условием для работы любой электрической машины как преобразователя энергии, а постоянное взаимодействие между ними достигается вращательным движением.

Читайте так же:  Взять кредит на карту срочно

Таким образом, преобразование энергии в электрических машинах возможно лишь при наличии силового взаимодействия между магнитными полями вращающейся и не вращающейся части машины.

Рассмотрим назначение машин постоянного тока, принцип их работы и устройство.

Электрические машины постоянного тока

используются как в качестве генераторов, так и в качестве двигателей. Наибольшее применение в настоящее время нашли двигатели постоянного тока. Двигатели постоянного тока широко используются для привода подъемных средств, в качестве крановых двигателей, и привода транспортных средств, в качестве тяговых двигателей, а также для привода различного технологического оборудования, кроме того, машины малой мощности применяются в системах автоматического регулирования в качестве привода исполнительных механизмов. Основное преимущество двигателей постоянного тока в сравнении с двигателями переменного тока – хорошие пусковые и регулировочные свойства. Основные недостатки обусловлены наличием щеточно-коллекторного узла – это низкая надежность работы, сложность в изготовлении и высокая стоимость.

Принцип работы генератора постоянного тока. Упрощенная схема магнитной системы машины постоянного тока показана на рис.8.1, а, где обозначено: N и S — полюса постоянного магнита; 1 – якорь, вращающаяся часть машины; 2 – вал; 3 – коллектор; 4 и 5 – коллекторные пластины; 6 и 7 – щетки; 8 и 9 – пазы, в которых находится один виток, соединенный с коллекторными пластинами; 10 и 11 — выводы машины, соединенные со щетками (неподвижная часть машины постоянного тока называется индуктором).

Предположим, что приводной двигатель вращает якорь генератора против часовой стрелки, тогда в витке на якоре, вращающемся в магнитном поле постоянного магнита, наводится ЭДС. В процессе работы якорь вращается, и виток занимает разное пространственное положение, поэтому в обмотке якоря наводится переменная ЭДС. Однако посредством коллектора и щеток переменный ток обмотки якоря преобразуется в пульсирующий ток, т.е. ток, неизменный по направлению.

При положении витка якоря, показанном на рис.8.1, а, ток генератора IГ направлен от щетки 6 через нагрузку, подключаемой к выводам 10, 11, к щетке 7, следовательно, на щетке 6 положительный потенциал, а на щетке 7 – отрицательный. После поворота якоря на 180 о направление тока в витке изменится на обратное, однако, полярность щеток, а, следовательно, и направление тока IГ в нагрузке останется неизменным (рис.8.1, б). Объясняется это тем, что в тот момент, когда ток в витке якоря меняет свое направление, происходит смена коллекторных пластин под щетками.

Таким образом, под щеткой 6 всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным магнитным полюсом, а под щеткой 7 – пластина, соединенная с проводником, расположенным над южным полюсом. Благодаря этому полярность щеток генератора остается неизменной независимо от положения витка якоря. Что же касается пульсаций тока во внешней цепи (рис.8.1, б), то они намного ослабляются при увеличении числа витков в обмотке якоря при их равномерном распределении по поверхности якоря и соответствующем увеличении числа пластин в коллекторе.

В реальной машине постоянного тока коллектор представляет собой цилиндр, состоящий из изолированных друг от друга и от корпуса медных пластин. Число пластин равно числу обмоток.

В соответствии с принципом обратимости электрической машины генератор может работать в двигательном режиме.

Принцип работы двигателя постоянного тока

. Для этого необходимо к выводам 10 и 11 (рис.8.1, а) подключить напряжение источника постоянного тока. В этом случае в обмотке якоря потечет ток IД, направление которого показано на рис.8.1, а пунктирной стрелкой. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем постоянного магнита появятся электромагнитные силы FЭМ, создающие на якоре электромагнитный момент и вращающие его против часовой стрелки. После поворота якоря электромагнитные силы не изменят своего направления, так как одновременно с переходом каждого проводника обмотки якоря из зоны одного магнитного полюса в зону другого полюса в этих проводниках меняется направление тока.

ЭТО ВАЖНО. Таким образом, назначение коллектора и щеток в машинах постоянного тока – изменять направление тока в проводниках обмотки якоря при их переходе из зоны магнитного полюса одной полярности в зону полюса другой полярности.

Дата добавления: 2016-12-06 ; просмотров: 2682 | Нарушение авторских прав

Источник: http://lektsii.org/12-88037.html

Применение электрических машин

Аннотация

Настоящая работа посвящена изучению машин постоянного тока. В работе рассмотрены области применения электрических машин, их технические характеристики и размеры. На примере двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ) разработали систему электропривода с управлением по скорости.

Курсовая работа состоит из введения, 4 глав, заключения. Работа изложена на страницах напечатанного текста. Содержит 3 таблицы, 9 иллюстраций. Список использованных источников включает 5 наименований.

Задание и исходные данные

В курсовой работе требуется:

1. Рассчитать и вычертить эскиз магнитной цепи (МЦ) машины постоянного тока (МПТ) для одной пары полюсов.

2. Выполнить проверочный расчет магнитной цепи при холостом ходе, построить кривую намагничивания Фd(Ff), определить коэффициент насыщения магнитной цепи.

3. Рассчитать и вычертить схему–развертку обмотки якоря и схему ее параллельных ветвей, для чего необходимо:

– определить параметры обмотки – число секций, число витков в секции, шаги Y1, Y, Y2;

– составить таблицу обмотки;

– вычертить схему–развертку обмотки, нанести на нее контуры главных и дополнительных полюсов.

– вычертить схему параллельных ветвей обмотки якоря, указав номера секций.

4. На примере двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ) разработать систему электропривода с управлением по скорости.

5. Выбрать П или ПИ закон регулирования.

6. Составить структурную схему замкнутого управляемого электропривода на базе ДПТНВ.

Исходные данные:

Диаметр якоря Da, мм Активная длина якоря lа, мм Число пар полюсов р Расчетный коэффициент полюсной дуги аd Отношение t1/bz3 Воздушный зазор d, мм Высота паза hz,мм Высота главного полюса hm, мм Коэффициент магнитного рассеяния s Тип обмотки Число пазов якоря Z Напряжение питания U Угловая скорость n,об/мин
0,68 2,6 4,7 1,25 петл
Читайте так же:  Задолженность по алиментам какой счет

Режим работы : двигательный.

Содержание

1 Применение электрических машин ……………………………………..

2 Расчет магнитной цепи машины постоянного тока…………………….

2.1 Расчет размеров зубцовой зоны……………………………………….

2.2 Расчет размеров воздушного зазора под главным полюсом………..

2.3 Расчет размеров сердечника главного полюса………………………

2.4 Расчет размеров спинки якоря………………………………………..

3 Якорные обмотки машин постоянного тока…………………………..

4 Электропривод постоянного тока………………………………………

Введение

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Электрические машины — это электромеханические преобразователи, в которых осуществляется преобразование электрической энергии в механическую или механической в электрическую. Основное отличие электрических машин от других преобразователей в том, что они обратимы, т. е. одна и та же машина может работать в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую, и в режиме генератора, преобразуя механическую энергию в электрическую.

В зависимости от рода потребляемого или отдаваемого в сеть тока электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного тока. Машины переменного тока делятся на синхронные, асинхронные и коллекторные.

Большинство машин постоянного тока — это коллекторные машины. Они выпускаются мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Обмотки возбуждения машин постоянного тока располагаются на главных полюсах, закрепленных на станине. Выводы секций обмотки ротора (якоря) впаяны в пластины коллектора. Коллектор, вращающийся на одном валу с якорем, и неподвижный щеточный аппарат служат для преобразования постоянного тока сети в переменный ток якоря (в двигателях) или переменного многофазного тока якоря в постоянный ток сети (в генераторах постоянного тока).

Конструкция машин постоянного тока более сложная, стоимость выше и эксплуатация более дорогая, чем асинхронных, поэтому двигатели постоянного тока применяются в приводах, требующих широкого и плавного регулирования частоты вращения, или в автономных установках при питании двигателей от аккумуляторных батарей.

Работа любой электрической машины основана на законах электромагнитной индукции. В проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает электродвижущая сила. Используя это физическое явление, можно построить генератор электрической энергии. Если поместить в магнитное поле проводник с током, то он испытывает механическое воздействие, что используют для построения электрического двигателя. Таким образом, электрическая машина должна иметь магнитную систему для создания магнитного поля и совокупность проводников, по которым протекает электрический ток. Можно построить машины, в которых магнитное поле неподвижно, а вращаются проводники. Можно использовать и обратный принцип построения- с неподвижными проводниками и вращающимся полем. Наконец, могут вращаться и магнитное поле, и проводники. В машинах постоянного тока обычно имеется неподвижная часть, создающая магнитное поле, и вращающийся якорь с системой проводников.
Магнитное поле, как правило, создается электромагнитным путем — посредством обмотки возбуждения, находящейся на полюсах магнитной системы.

Применение электрических машин

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического управления и регулирования, и в быту.

В настоящее время преимущественное распространение имеют сети переменного тока, поэтому в промышленности находят применение главным образом машины переменного тока. Вместе с тем широко используются и машины постоянного тока, несмотря на то, что стоимость их выше, чем машин переменного тока. Это объясняется тем, что они обладают лучшими эксплуатационными характеристиками в отношении регулирования частоты вращения, пуска, реверса и допускают более высокие перегрузки по сравнению с машинами переменного тока.

Широкое применение машин постоянного тока требует большого разнообразия их номинальных данных (мощности, частоты вращения, напряжения) и различных конструктивных исполнений соответственно условиям их установки и эксплуатации.

В настоящее время машины постоянного тока изготовляются на мощности от долей ватт до 12 МВт. Номинальное напряжение их не превышает 1500 В и только иногда для крупных машин доходит до 3000 В. Частота вращения машин колеблется в широких пределах — от нескольких оборотов до нескольких тысяч оборотов в минуту. Наиболее широкое применение нашли машины постоянного тока с механическим коммутатором — коллектором. Коллектор осложняет условия работы машины, но опыт эксплуатации в самых тяжелых условиях работы показал, что правильно спроектированная и качественно изготовленная машина постоянного тока является не менее надежной, чем более простые по конструкции машины переменного тока.

Электродвигатели широко применяют на транспорте в качестве тяговых двигателей, приводящих во вращение колесные пары электровозов, электропоездов, троллейбусов и др. К электрическим вспомогательным машинам относятся электродвигатели компрессоров, вентиляторов, насосов; генераторы служебного тока, в частности тока управления; делители напряжения; возбудители и тахогенераторы на тепловозах.

Обычно вспомогательные машины, механизмы, а в ряде случаев аппараты приводятся во вращение электродвигателями, органически входящими в общую структуру агрегата, например, в исполнении некоторых типов компрессоров, вентиляторов, насосов. Естественно, что в зависимости от способа сопряжения двигателей с механизмами или электрическими генераторами в ряде случаев они должны иметь специальное конструктивное исполнение. Магнитные системы двигателей постоянного и переменного тока выполняются с повышенным воздушным зазором и ненасыщенными для облегчения пуска механизмов.

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. так называемых микромашин, широко применяемых во многих устройствах автоматики, телемеха­ники, связи, промышленной электроники, счетно-решающей и изме­рительной техники. В новых бурно развивающихся отраслях техники электрические микромашины выполняют весьма важные функции, обеспечивая быстродействующий привод различных исполнительных механизмов, преобразование рода тока, величины напряжения, часто­ты, числа фаз и других электрических параметров, усиление электри­ческих сигналов малой мощности, преобразование угловых перемеще­ний в электрические сигналы, согласование вращения нескольких осей и др. Кроме того, электрические микромашины являются важ­ными элементами различных электробытовых приборов (холодиль­ников, стиральных машин, пылесосов, полотеров, швейных машин, магнитофонов, электробритв и пр.), выпускаемых отечественной про­мышленностью в больших количествах для удовлетворения повсе­дневных нужд людей.

Читайте так же:  Как узнать номер судебного приказа по алиментам

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.

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

Дата добавления: 2016-09-06 ; просмотров: 2657 | Нарушение авторских прав

Источник: http://lektsii.org/6-90257.html

Электрические машины

Электромеханические агрегаты, которые преобразовывают энергию, используются в самых различных сферах деятельности человека. Уникальность их действия заключается в том, что они могут выполнять как функции двигателей, трансформируя электрическую энергию в механическую, так и функции генераторов, преобразовывая механическую энергию в электрическую.

Принцип обратимости сделал электрические машины очень популярными, их используют для работы простых и сложных механизмов, выработки энергии разного типа.

В быту и промышленности агрегаты являются просто незаменимыми, они постоянно модернизируются и совершенствуются, с изобретением инноваций снижается их себестоимость, и повышаются качественные показатели, поэтому такие машины становятся все более доступными для потребителей.

Принцип работы электрических машин

Электромагнитное взаимодействие дает возможность преобразовывать один вид энергии в другой. Электрические машины бывают индуктивными, когда в преобразовании задействовано магнитное поле, и емкостными, когда задействовано электрическое поле. Последний вид агрегатов используется крайне редко, поскольку имеет очень большие потери.

В последнее время появились разработки индуктивно-емкостных машин, они совмещают в себе принципы работы обоих механизмов, но еще не поступали в серийное производство и не используются как промышленные преобразователи. Исходя из этих фактов, чаще всего можно встретить индуктивные машины.

Для работы этих устройств необходимо создать магнитное поле, оно образуется в гладкой воздушной прослойке, которая существует между статором, частью конструкции, которая не двигается, и ротором, подвижной частью машины. Преобразовывая энергию, агрегаты способны запускать в действие самые различные механизмы.

Различие электромашин по принципу действия

  • Асинхронные – с отличающимися друг от друга частотами вращения магнитного и ротора поля, которое образуется в воздушной прослойке. Разница между данными значениями называется частотой скольжения;
  • Синхронные – в них частота вращения магнитного поля и ротора абсолютно одинакова;
  • Двойного питания – агрегаты, в которых частоты питания, подающиеся на ротор и статор, являются разными. Расчет частоты вращения ротора производится путем сложения показателей частот питания;
  • Постоянного тока – агрегат, который получает питание от постоянного тока, он оснащен коллектором;
  • Трансформатор – преобразователь, который используется для трансформации номинала тока;
  • Инвертор – преобразовывает частоты тока, напряжение, фазы и род (переменный преобразовывается в постоянный, и наоборот);
  • Сельсин – передает информацию об угле поворота дистанционно.

Исходя из того, что все электрические машины выполняют свои четко отведенные функции, их применение целесообразно для получения качественной энергии различного рода.

Сложные электронные системы, которые используются для управления агрегатами, синхронизируются с электромеханическими преобразователями, создавая единую техническую систему. Такой способ управления способствует расширению функциональных возможностей машин и внедрению их в самые различные сферы деятельности человека.

Перспективы в области создания электрических машин

Поскольку подобные механизмы используются практически во всех сферах деятельности человека, они постоянно модернизируются, дополняются новыми элементами и улучшаются.

Ученые создают электрические машины, которые работают на экологическом, ядерном и природном топливе, например на энергии ветра и рек. Главная задача науки сегодня – это повышение качественных характеристик агрегатов, упрощение механизмов управления, повышение эффективности и понижение стоимости установок.

Развитие новых технологий делает машины доступными для широкого круга потребителей, также принимаются меры по улучшению их обслуживания и продлению срока эксплуатации. Использовать подобные механизмы удобно в бытовых и промышленных масштабах, поскольку каждый из видов машин обладает широким функционалом.

Новинки в сфере электромашин на выставке

Специализированная выставка «Электро» состоится в ЦВК «Экспоцентр» в Москве. Мероприятие будет полностью посвящено электроэнергетике, поэтому на нем можно будет узнать, какие электрические машины для бытового и промышленного использования выпускают ведущие иностранные и российские компании.

Также в ходе выставки можно будет приобрести продукцию от знаменитых во всем мире производителей, получить сведения о новейших разработках в сфере электроэнергетики и ознакомиться с планами специалистов этой области на будущее.

Источник: http://www.elektro-expo.ru/ru/articles/elektricheskie-mashiny/

Назначение, применение, проектирование, производство электрических машин

Под электрическими машинами подразумеваются устройства, способные к трансформации одного типа энергии в другой (механическая сила переходит в электричество и наоборот), изменение типа тока, усиление характеристик и преобразование частот.

Все устройства работают на основе законов взаимодействия электромагнитных полей и токов.

Практическое применение электрических машин можно увидеть практически во всех сферах производства и быта:

  • автомобилестроение (генератор);
  • железная дорога (тяговые двигатели);
  • машиностроение и обработка материалов (сверлильные, шлифовальные и режущие станки);
  • энергетика ( электрические машины и трансформаторы, генераторы, усилители и преобразователи);
  • быт (любая техника, которая имеет электрический двигатель).
Читайте так же:  Анкета о призыве в армию

Назначение электрических машин заключается в преобразовании разных типов энергии, что сделало существенный вклад в развитие научно-технического прогресса.

Типы неисправностей и методы устранения

Несмотря на высокое качество сборки и надежность конструкции, устройства подвержены поломкам. Неисправности электрических машин разделяют на три категории:

  • механические. Это стандартный процесс выхода из строя деталей и расходных элементов, который связан с естественным износом конструкции. Для предотвращения поломки рекомендуется не только придерживаться правил эксплуатации, но и регулярно проводить замену изношенных элементов;
  • электрические. Этот тип поломки возникает вследствие неправильной эксплуатации и превышения допустимых значений электрических показателей. Такие нарушения ведут к перегреву устройств, повреждению изоляции и пробою. В зависимости от степени повреждений, электрические машины подлежат полному или частичному ремонту;
  • моральные. Данный тип неисправности не имеет ничего общего с перечисленными выше проблемами, ведь он касается полностью исправных изделий, которые просто устарели. Производство электрических машин постоянно развивается, что приводит к выпуску новых изделий, которые превосходят старые образцы по эксплуатационным характеристикам. В зависимости от конструкции устройства и его устаревания, такая неисправность устраняется путем частичной модернизации или полной заменой изделия.

Чтобы не допустить возникновения поломок оборудования и его морального старения, рекомендуется регулярно проводить профилактические меры ( замена изнашивающихся частей, модернизация оборудования, плановый ремонт) и придерживаться правил эксплуатации.

Технические характеристики

Электрические машины имеют различную конструкцию и принцип действия. Их показатели определяются функциональностью и назначением устройств. Характеристики электрических машин:

  • мощность. Критерий работоспособности двигателей, который определяет полезную мощность на валу и измеряется в ваттах, киловаттах и мегаваттах;
  • номинальное напряжение – величина, которая указана заводом изготовителем и характеризует работу устройства в нормальном режиме при соблюдении условий эксплуатации;
  • номинальный ток – показатель, который указан производителем. Эта характеристика справедлива при нормальной эксплуатации устройства;
  • КПД машины. Коэффициент полезного действия – характеристика, которая показывает соотношение подводящей энергии к устройству и исходящей мощности. Числовое значение коэффициента меняется в зависимости от условий эксплуатации устройства и от износа его компонентов;
  • Нагрузка и перегрузка. Первая характеристика соответствует мощности при нормальной эксплуатации устройства, а вторая показывает максимально допустимое увеличение нагрузки на изделие.

Проектирование электрических машин – технически сложный процесс, который не только базируется на фундаментальных знаниях физики и явлений электромагнитного поля, но и учитывает неизменность номинальных характеристик в процессе эксплуатации.

Современные отечественные и зарубежные заводы электрических машин производят большой ассортимент изделий для всех отраслей производства, науки и быта.

Продукция обладает высоким уровнем качества, долговечностью, надежностью и соответствует профильным нормативным документам.

Больше о назначении, применении, производстве электрических машин можно узнать на ежегодной выставке «Электро».

Источник: http://www.elektro-expo.ru/ru/articles/2016/naznachenie-primenenie-proizvodstvo-elektricheskih-mashin/

Электродвигатели

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
  • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы синхронного электродвигателя
  • Классификация электродвигателей

    Вращающийся электродвигатель
    Само коммутируемый Внешне коммутируемый
    С механической коммутацией (коллекторный) С электронной коммутацией 1 (вентильный 2, 3 ) Асинхронный электродвигатель Синхронный электродвигатель
    Переменного тока Постоянного тока Переменного тока 4 Переменного тока
    • Универсальный
    • Репульсионный
    • КДПТ с обмоткой возбуждения
        Включение обмотки
    • Независимое
    • Последовательное возбуждения
    • Параллельное
    • Комбинированное
  • КДПТ с постоянными магнитами
    • БДПТ
      (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
    • ВРД
      (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
    • Трехфазный
      (многофазный)
      • АДКР
      • АДФР
    • Двухфазный
      (конденсаторный)
    • Однофазный
      • с пусковой обмоткой
      • с экранированными полюсами
      • с асимметричным магнитопроводом
    • СДОВ
      (с контактными кольцами и щетками) —>
    • СДПМ 5 —>
      • СДПМВ
      • СДПМП
      • Гибридный
    • СРД
    • Гистерезисный
    • Индукторный
    • Гибридный СРД-ПМ
    • Реактивно-гистерезисный
    • Шаговый 5
    Простая электроника Выпрямители,
    транзисторы Более сложная
    электроника Сложная электроника (ЧП)
    1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
    2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
    3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
    4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
    5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
    • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
    • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
    • ЭП — электрический преобразователь
    • ДПР — датчик положения ротора
    • ВРД — вентильный реактивный двигатель
    • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
    • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
    • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
    Читайте так же:  Выплата алиментов через суд

    Типы электродвигателей

    Коллекторные электродвигатели

    Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

    Универсальный электродвигатель

    Коллекторный электродвигатель постоянного тока

    Бесколлекторные электродвигатели

    У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

    Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

    Асинхронный электродвигатель

    Cинхронный электродвигатель

    Специальные электродвигатели

    Серводвигатель

    Основные параметры электродвигателя

    Момент электродвигателя

    Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

    • где M – вращающий момент, Нм,
    • F – сила, Н,
    • r – радиус-вектор, м
    • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
    • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

    Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

    1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
    1 lb = 4,448222 N (Н)

    момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

    1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
    1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

    Мощность электродвигателя

    Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

    Механическая мощность

    Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

    • где P – мощность, Вт,
    • A – работа, Дж,
    • t — время, с

    Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

    Для вращательного движения

    • где – углавая скорость, рад/с,

    Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

    Коэффициент полезного действия электродвигателя

    Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

    • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
    • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
    • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
      При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.
  • КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

    Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

    Частота вращения

    • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

    Момент инерции ротора

    Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

    • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
    • m — масса, кг

    1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

    Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

    • где – угловое ускорение, с -2 [2]

    Номинальное напряжение

    Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

    Электрическая постоянная времени

    Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

    • где – постоянная времени, с

    Механическая характеристика

    Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

    Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

    Видео удалено.
    Видео (кликните для воспроизведения).

    Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

    Параметр АДКР СДПМП СДПМВ СРД-ПМ СДОВ
    Постоянство мощности во всем диапазоне скоростей
    Момент к току статора Эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне
    • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
    • СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
    • СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
    • СРД-ПМ — синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель)
    • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

    В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7].

    Области применения электродвигателей

    Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6].

    Источник: http://engineering-solutions.ru/motorcontrol/motor/

    Устройство и принцип работы электрических машин
    Оценка 5 проголосовавших: 1

    ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here