Ecologie van consumptie. Wetenschap en technologie: Waarom zijn sommige motoren in een stofzuiger geïnstalleerd en verschillende motoren in een afzuigventilator? Wat voor motoren zitten er in een Segway? Welke verplaatsen de metro?

Er zijn veel soorten elektromotoren. En elk van hen heeft zijn eigen eigenschappen, reikwijdte en kenmerken. Dit artikel geeft een kort overzicht van verschillende soorten elektromotoren met foto's en toepassingsvoorbeelden. Waarom zijn sommige motoren in een stofzuiger geïnstalleerd en verschillende motoren in een afzuigkapventilator? Wat voor motoren zitten er in een Segway? Welke verplaatsen de metro?

Elke elektromotor heeft bepaalde onderscheidende eigenschappen die bepalend zijn voor de toepassing waarin hij het meest voordelig is. Synchronisch, asynchroon, gelijkstroom, commutator, borstelloos, geschakelde reluctantie, stappenmotor... Waarom niet, zoals in het geval van verbrandingsmotoren, niet een paar typen uitvinden, ze tot in de perfectie brengen en ze en alleen zij gebruiken in alle toepassingen ? Laten we alle soorten elektromotoren doornemen, en aan het einde zullen we bespreken waarom er zo veel zijn en welke motor "de beste" is.

DC-motor (DC-motor)

Iedereen zou deze motor van jongs af aan moeten kennen, omdat dit het type motor is dat in het meeste oude speelgoed voorkomt. Een batterij, twee draden voor contacten en het geluid van een vertrouwd gezoem, inspireren tot verdere ontwerpprestaties. Heeft niet iedereen dit gedaan? Hoop. Anders is dit artikel waarschijnlijk niet interessant voor u. In een dergelijke motor is op de as een contacteenheid geïnstalleerd: een collector, die de wikkelingen op de rotor schakelt, afhankelijk van de positie van de rotor.

De gelijkstroom die aan de motor wordt geleverd, stroomt door het ene of het andere deel van de wikkeling, waardoor koppel ontstaat. Trouwens, zonder al te ver te gaan, was iedereen waarschijnlijk geïnteresseerd in wat voor gele dingen er op sommige DPT's van speelgoed zaten, direct op de contacten (zoals op de foto hierboven)? Dit zijn condensatoren - wanneer de collector werkt, wordt door het schakelen het stroomverbruik gepulseerd, de spanning kan ook abrupt veranderen, daarom veroorzaakt de motor veel geluid. Ze zijn vooral vervelend als de DPT in radiografisch speelgoed wordt geïnstalleerd. Condensatoren dempen dergelijke hoogfrequente rimpelingen en nemen daarmee interferentie weg.

Gelijkstroommotoren variëren van zeer kleine afmetingen ("trilling" in de telefoon) tot vrij grote - meestal tot een megawatt. Op de onderstaande foto is bijvoorbeeld de tractiemotor van een elektrische locomotief te zien met een vermogen van 810 kW en een spanning van 1500 V.

Waarom worden DBT's niet krachtiger gemaakt? Het grootste probleem van alle DFC's, en vooral DFC's met hoog vermogen, is de collectoreenheid. Een sleepcontact is op zichzelf geen goed idee, en een sleepcontact bij kilovolt en kiloampère is dat nog meer. Daarom is het ontwerpen van een collectoreenheid voor krachtige DPT's een kunst, en bij een vermogen boven een megawatt wordt het maken van een betrouwbare collector te moeilijk.

In consumentenkwaliteit is DPT goed vanwege zijn eenvoud in termen van controleerbaarheid. Het koppel is direct evenredig met de ankerstroom en de rotatiesnelheid (tenminste onbelast) is direct evenredig met de aangelegde spanning. Daarom was de gelijkstroommotor vóór het tijdperk van microcontrollers, vermogenselektronica en AC-aandrijvingen met variabele frequentie de meest populaire elektromotor voor toepassingen waarbij snelheids- of koppelregeling vereist was.

Het is ook noodzakelijk om te vermelden hoe precies de magnetische excitatieflux wordt gevormd in de DPT, waarmee het anker (rotor) samenwerkt en daardoor een koppel wordt gegenereerd. Deze stroming kan op twee manieren plaatsvinden: permanente magneten en veldwikkeling. In kleine motoren worden meestal permanente magneten geïnstalleerd, in grote motoren - een bekrachtigingswikkeling. De bekrachtigingswikkeling is een ander regelkanaal. Naarmate de veldwikkelingsstroom toeneemt, neemt de magnetische flux toe. Deze magnetische flux is opgenomen in zowel de motorkoppelformule als de EMF-formule.

Hoe hoger de magnetische excitatieflux, hoe hoger het koppel dat wordt ontwikkeld bij dezelfde ankerstroom. Maar hoe hoger de EMF van de machine, wat betekent dat bij dezelfde voedingsspanning het stationaire toerental van de motor lager zal zijn. Maar als je de magnetische flux verkleint, zal bij dezelfde voedingsspanning de nullastfrequentie hoger zijn, tot oneindig wanneer de excitatieflux tot nul wordt teruggebracht. Dit is een zeer belangrijke eigenschap van DBT. Over het algemeen raad ik ten zeerste aan om de DMT-vergelijkingen te bestuderen - ze zijn eenvoudig, lineair, maar ze kunnen worden uitgebreid naar alle elektromotoren - de processen zijn overal vergelijkbaar.

Universele borstelmotor

Vreemd genoeg is dit de meest voorkomende elektromotor in het dagelijks leven, waarvan de naam het minst bekend is. Waarom gebeurde dit? Het ontwerp en de kenmerken zijn dezelfde als die van een gelijkstroommotor, dus de vermelding ervan in leerboeken over aandrijvingen wordt meestal helemaal aan het einde van het hoofdstuk over gelijkstroommotoren geplaatst. Tegelijkertijd zit de associatiecollector = DPT zo stevig in het hoofd dat niet iedereen denkt dat een gelijkstroommotor, waarvan de naam 'gelijkstroom' bevat, theoretisch op een wisselstroomnetwerk kan worden aangesloten. Laten we het uitzoeken.

Hoe verander ik de draairichting van een DC-motor? Iedereen weet dit; het is noodzakelijk om de polariteit van de ankervoeding te veranderen. Wat nog meer? U kunt ook de vermogenspolariteit van de bekrachtigingswikkeling wijzigen als de bekrachtiging door de wikkeling plaatsvindt en niet door magneten. Wat als de polariteit wordt gewijzigd bij zowel het anker als de veldwikkeling? Dat klopt, de draairichting zal niet veranderen. Dus waar wachten we op? We verbinden de anker- en bekrachtigingswikkelingen in serie of parallel, zodat de polariteit op beide plaatsen gelijk verandert, en plaatsen deze vervolgens in een eenfasig wisselstroomnetwerk! Klaar, de motor zal draaien. Er is slechts één klein detail dat moet worden gemaakt: aangezien wisselstroom door de bekrachtigingswikkeling vloeit, moet de magnetische kern ervan, in tegenstelling tot een echte DPT, gelamineerd worden gemaakt om verliezen als gevolg van wervelstromen te verminderen. En dus kregen we de zogenaamde “universele commutatormotor”, die door zijn ontwerp een subtype van DPT is, maar... uitstekend werkt op zowel wissel- als gelijkstroom.

Dit type motor wordt het meest gebruikt in huishoudelijke apparaten waarbij het nodig is om de rotatiesnelheid te regelen: boormachines, wasmachines (niet met “directe aandrijving”), stofzuigers, enz. Waarom is hij precies zo populair? Vanwege het gemak van regelgeving. Net als bij de DPT kan deze worden geregeld door het spanningsniveau, wat voor het AC-netwerk wordt gedaan door een triac (bidirectionele thyristor). Het regelcircuit kan zo eenvoudig zijn dat het bijvoorbeeld direct in de ‘trigger’ van een elektrisch gereedschap wordt geplaatst en er geen microcontroller, PWM of rotorpositiesensor voor nodig is.

Asynchrone elektromotor

Nog gebruikelijker dan borstelmotoren is de asynchrone motor. Het is alleen wijdverbreid, vooral in de industrie, waar sprake is van een driefasig netwerk. Kortom, de stator is een gedistribueerde tweefasige of driefasige (minder vaak meerfasige) wikkeling. Het is aangesloten op een wisselspanningsbron en creëert een roterend magnetisch veld. De rotor kan worden gezien als een koperen of aluminium cilinder, waarin zich een ijzeren magnetisch circuit bevindt. Er wordt niet expliciet spanning aan de rotor geleverd, maar deze wordt daar geïnduceerd vanwege het wisselveld van de stator (daarom wordt de motor in het Engels een inductiemotor genoemd). De resulterende wervelstromen in de eekhoornkooirotor werken samen met het statorveld, wat resulteert in het genereren van koppel.

Waarom is de asynchrone motor zo populair?

Hij heeft geen sleepcontact zoals een borstelmotor en is daardoor betrouwbaarder en vergt minder onderhoud. Bovendien kan een dergelijke motor vanuit een AC-netwerk worden gestart door "directe start" - hij kan worden ingeschakeld met een schakelaar "op het netwerk", waardoor de motor zal starten (met een hoge startstroom van 5 -7 keer, maar toegestaan). Een DC-motor met relatief hoog vermogen kan op deze manier niet worden ingeschakeld; de inschakelstroom zal ervoor zorgen dat de collector doorbrandt. Ook kunnen asynchrone schijven, in tegenstelling tot DPT's, worden gemaakt met een veel hoger vermogen - tientallen megawatts, ook vanwege de afwezigheid van een collector. Tegelijkertijd is een asynchrone motor relatief eenvoudig en goedkoop.

Een asynchrone motor wordt ook in het dagelijks leven gebruikt: in die apparaten waar het niet nodig is om de rotatiesnelheid te regelen. Meestal zijn dit zogenaamde "condensatormotoren", of, wat hetzelfde is, "eenfasige" asynchrone motoren. Hoewel het vanuit het oogpunt van een elektromotor juister is om "tweefasig" te zeggen, is eenvoudigweg één fase van de motor rechtstreeks op het netwerk aangesloten en de tweede via een condensator. De condensatorfase verschuift de spanning in de tweede wikkeling, waardoor een roterend elliptisch magnetisch veld ontstaat. Meestal worden dergelijke motoren gebruikt in afzuigventilatoren, koelkasten, kleine pompen, enz.

Nadeel van een asynchrone motor vergeleken met DBT omdat het moeilijk te reguleren is. Een asynchrone elektromotor is een wisselstroommotor. Als je simpelweg de spanning van een asynchrone motor verlaagt zonder de frequentie te verlagen, dan zal de snelheid enigszins afnemen, ja. Maar de zogenaamde slip zal toenemen (de vertraging van de rotatiesnelheid ten opzichte van de frequentie van het statorveld) en de verliezen in de rotor zullen toenemen, waardoor deze oververhit kan raken en doorbranden. Je kunt dit zien als het uitsluitend met de koppeling regelen van de snelheid van een personenauto, vol gas geven en de vierde versnelling inschakelen. Om de rotatiesnelheid van een asynchrone motor goed te kunnen regelen, moet u zowel de frequentie als de spanning proportioneel regelen.

Het zou beter zijn om de vectorbestrijding helemaal te organiseren. Maar hiervoor heb je een frequentieomvormer nodig - een heel apparaat met een omvormer, microcontroller, sensoren, enz. Vóór het tijdperk van en microprocessortechnologie (in de vorige eeuw) was frequentieregeling exotisch - er had niets mee te maken. Maar tegenwoordig is een instelbare asynchrone elektrische aandrijving op basis van een frequentieomvormer al de facto standaard.

Synchrone motor

Er zijn verschillende subtypes van synchrone aandrijvingen - met magneten (PMSM) en zonder (met veldwikkeling en sleepringen), met sinusoïdale EMF of trapeziumvormig (borstelloze gelijkstroommotoren, BLDC). Hiertoe behoren ook enkele stappenmotoren. Vóór het tijdperk van de was het lot van synchrone machines bedoeld om te worden gebruikt als generatoren (bijna alle generatoren van alle energiecentrales zijn synchrone machines), maar ook als krachtige aandrijvingen voor elke serieuze belasting in de industrie.

Al deze machines zijn gemaakt met sleepringen (te zien op de foto); er is geen sprake van excitatie door permanente magneten bij dergelijke vermogens. Tegelijkertijd heeft een synchrone motor, in tegenstelling tot een asynchrone motor, grote startproblemen. Als je een krachtige synchrone machine rechtstreeks op een driefasig netwerk aansluit, zal alles slecht zijn. Omdat de machine synchroon is, moet deze strikt op de netwerkfrequentie roteren. Maar in 1/50 seconde heeft de rotor natuurlijk geen tijd om van nul naar de netfrequentie te accelereren, en daarom zal hij eenvoudigweg heen en weer schokken, aangezien het moment afwisselend zal zijn. Dit heet “de synchrone motor is niet synchroon gegaan.” Daarom wordt in echte synchrone machines asynchrone start gebruikt - ze maken een kleine asynchrone startwikkeling in de synchrone machine en kortsluiten de bekrachtigingswikkeling, waarbij ze de "eekhoornkooi" van een asynchrone machine simuleren, om de machine te versnellen naar een frequentie ongeveer gelijk aan de veldrotatiefrequentie, en daarna wordt de gelijkstroomexcitatie ingeschakeld en wordt de machine synchroon getrokken.

En als het met een asynchrone motor op de een of andere manier mogelijk is om de rotorfrequentie te regelen zonder de veldfrequentie te veranderen, dan is het met een synchrone motor absoluut onmogelijk. Het draait óf met een frequent veld, óf raakt uit de synchronisatie en stopt met walgelijke voorbijgaande processen. Bovendien heeft een synchrone motor zonder magneten sleepringen – een sleepcontact – om energie over te dragen naar de veldwikkeling in de rotor. Qua complexiteit is dit uiteraard geen DPT-collector, maar toch zou het beter zijn zonder schuifcontact. Daarom worden in de industrie vooral minder grillige asynchrone aandrijvingen gebruikt voor ongereguleerde belastingen.

Maar alles veranderde met de komst van en microcontrollers. Ze maakten het mogelijk om elke gewenste veldfrequentie te genereren voor een synchrone machine, via een positiesensor gekoppeld aan de motorrotor: om een ​​klepmodus voor motorwerking (autocommutatie) of vectorbesturing te organiseren. Tegelijkertijd bleken de kenmerken van de gehele aandrijving (synchrone machine + omvormer) hetzelfde te zijn als die van een gelijkstroommotor: synchrone motoren begonnen te schitteren met totaal verschillende kleuren. Daarom begon rond 2000 een “boom” van synchrone motoren met permanente magneten. Eerst kropen ze schuchter naar koelere ventilatoren als kleine BLDC-motoren, daarna kwamen ze bij vliegtuigmodellen, daarna klommen ze in wasmachines als directe aandrijving, in elektrische tractie (Segways, Toyota Prius, enz.), waarbij ze steeds meer de klassieke borstelmotor verdrongen voor dergelijke taken. Tegenwoordig worden synchrone motoren met permanente magneten steeds vaker toegepast en gaan ze met grote sprongen vooruit. En dit alles dankzij elektronica. Maar wat is beter dan een synchrone motor boven een asynchrone, als we de omvormer + motorset vergelijken? En wat is erger? Deze kwestie zal aan het einde van het artikel worden besproken, maar laten we nu nog een aantal soorten elektromotoren bekijken.

Zelfbekrachtigde geschakelde reluctantiemotor (VID SV, SRM)

Het heeft veel namen. Meestal wordt het kortweg een geschakelde reluctantiemotor (SMR) of een geschakelde reluctantiemachine (VIM) of een aandrijving (VIP) genoemd. In de Engelse terminologie is dit geschakelde reluctantieaandrijving (SRD) of motor (SRM), wat zich vertaalt als een machine met schakelbare magnetische weerstand. Maar iets lager zullen we een ander subtype van deze motor overwegen, dat verschilt qua werkingsprincipe.

Om ze niet met elkaar te verwarren, noemen we het “gewone” TYPE, dat in deze sectie wordt besproken, bij de afdeling elektrische aandrijvingen van MPEI, evenals bij het bedrijf NPF Vector LLC, een “zelfopgewonden geschakelde reluctantiemotor” of kortweg SV TYPE, wat het principe van excitatie benadrukt en deze onderscheidt van de machine die hierna wordt besproken. Maar andere onderzoekers noemen het ook een type met zelfmagnetisatie, soms een reactief type (wat de essentie van de vorming van koppel weerspiegelt).

Structureel is dit de eenvoudigste motor en het werkingsprincipe is vergelijkbaar met dat van sommige stappenmotoren. De rotor is een tandwielstuk van ijzer. De stator is ook voorzien van een tandwiel, maar met een ander aantal tanden. De eenvoudigste manier om het werkingsprincipe uit te leggen is deze animatie:

Door gelijkstroom aan de fasen toe te voeren in overeenstemming met de huidige positie van de rotor, kan de motor gaan draaien. Er kunnen verschillende fasen zijn. De werkelijke aandrijfstroomgolfvorm voor de drie fasen weergegeven in de afbeelding (stroomlimiet 600A):

De eenvoud van de motor heeft echter een prijs. Omdat de motor wordt gevoed door unipolaire stroom-/spanningspulsen, kan deze niet rechtstreeks op het netwerk worden aangesloten. Er zijn een omvormer en een rotorpositiesensor vereist. Bovendien is de omzetter geen klassieker (zoals een omvormer met zes schakelaars): voor elke fase moet de omzetter voor SRD halve bruggen hebben, zoals op de foto aan het begin van dit gedeelte.

Het probleem is dat om de kosten van componenten te verlagen en de lay-out van converters te verbeteren, stroomschakelaars en diodes vaak niet afzonderlijk worden vervaardigd: er worden meestal kant-en-klare modules gebruikt die tegelijkertijd twee schakelaars en twee diodes bevatten - de zogenaamde racks . En juist deze moeten het vaakst in de converter voor VID SV worden geïnstalleerd, waarbij simpelweg de helft van de stroomschakelaars ongebruikt blijft: dit resulteert in een redundante converter. Hoewel sommige fabrikanten van IGBT-modules de afgelopen jaren producten hebben uitgebracht die speciaal voor SRD's zijn ontworpen.

Het volgende probleem is de koppelrimpel. Vanwege de tandwielstructuur en de gepulseerde stroom is het koppel zelden stabiel - meestal pulseert het. Dit beperkt enigszins de toepasbaarheid van motoren voor transport - wie wil er nu een pulserend koppel op de wielen hebben? Bovendien voelen de motorlagers niet erg goed aan bij dergelijke trekkrachtimpulsen. Het probleem wordt enigszins opgelost door een speciale profilering van de fasestroomvorm, en door het aantal fasen te vergroten.

Maar zelfs met deze tekortkomingen blijven de motoren veelbelovend als aandrijving met variabele snelheid. Dankzij hun eenvoud is de motor zelf goedkoper dan een klassieke asynchrone motor. Bovendien kan de motor eenvoudig meerfasig en uit meerdere secties bestaan ​​door de besturing van één motor te verdelen in verschillende onafhankelijke omvormers die parallel werken. Hiermee kunt u de betrouwbaarheid van de schijf vergroten - het uitschakelen van bijvoorbeeld een van de vier converters zal niet leiden tot het stoppen van de schijf als geheel - drie buren zullen enige tijd werken met een lichte overbelasting. Voor een asynchrone motor kan zo'n truc niet zo gemakkelijk worden uitgevoerd, omdat het onmogelijk is om statorfasen te maken die geen verband houden met elkaar en die volledig onafhankelijk van de anderen door een afzonderlijke omzetter zouden worden bestuurd. Bovendien worden de VID's zeer goed "omhoog" geregeld vanaf de fundamentele frequentie. Het rotorijzer kan zonder problemen tot zeer hoge frequenties worden gesponnen.

Wij van NPF Vector LLC hebben verschillende projecten voltooid op basis van deze motor. We hebben bijvoorbeeld een kleine aandrijving voor warmwaterpompen gemaakt, en onlangs hebben we ook de ontwikkeling en het debuggen van een besturingssysteem voor krachtige (1,6 MW) meerfasige redundante aandrijvingen voor de verwerkingsfabrieken van AK ALROSA voltooid. Hier is een machine van 1,25 MW:

Het volledige besturingssysteem, de controllers en de algoritmen zijn door ons gemaakt bij NPF VECTOR LLC, de stroomomvormers zijn ontworpen en vervaardigd door NPP CIKL+ LLC. De klant van het werk en de ontwerper van de motoren zelf was het bedrijf MIP Mechatronics LLC SRSTU (NPI).

Geschakelde reluctantiemotor met onafhankelijke bekrachtiging (VID NV)

Dit is een heel ander type motor, dat qua werking verschilt van het gebruikelijke TYPE. Historisch gezien zijn geschakelde reluctantiegeneratoren van dit type bekend en op grote schaal gebruikt, gebruikt in vliegtuigen, schepen en spoorwegen, maar om de een of andere reden wordt er weinig aandacht besteed aan motoren van dit type.

De figuur toont schematisch de geometrie van de rotor en de magnetische flux van de veldwikkeling, en toont ook de interactie van de magnetische fluxen van de stator en rotor, terwijl de rotor in de figuur in een consistente positie is ingesteld (het koppel is nul ).

De rotor is samengesteld uit twee pakketten (van twee helften), waartussen een bekrachtigingswikkeling is geïnstalleerd (in de figuur weergegeven als vier windingen koperdraad). Ondanks dat de wikkeling “in het midden” tussen de rotorhelften hangt, zit deze vast aan de stator en draait niet. De rotor en stator zijn gemaakt van gelamineerd ijzer, er zijn geen permanente magneten. De statorwikkeling is driefasig verdeeld, zoals bij een conventionele asynchrone of synchrone motor. Al zijn er varianten van dit type machine met een geconcentreerde wikkeling: tanden op de stator, zoals een SRD- of BLDC-motor. De windingen van de statorwikkeling bestrijken beide rotorpakketten tegelijk.

In vereenvoudigde bewoordingen kan het werkingsprincipe als volgt worden beschreven:: de rotor heeft de neiging te roteren naar een positie waarin de richtingen van de magnetische flux in de stator (van de statorstromen) en de rotor (van de excitatiestroom) samenvallen. In dit geval wordt de helft van het elektromagnetische moment gevormd in het ene pakket en de helft in het andere. Aan de statorzijde impliceert de machine een multipolaire sinusoïdale voeding (EMF is sinusoïdaal), het elektromagnetische koppel is actief (de polariteit hangt af van het teken van de stroom) en wordt gevormd door de interactie van het veld dat door de stroom wordt gecreëerd van de bekrachtigingswikkeling met het veld gecreëerd door de statorwikkelingen. Volgens het werkingsprincipe verschilt deze machine van klassieke stappenmotoren en SRD-motoren, waarbij het koppel reactief is (wanneer een metalen plano wordt aangetrokken door een elektromagneet en het teken van de kracht niet afhankelijk is van het teken van de elektromagneetstroom) .

Vanuit besturingsoogpunt blijkt het NV-type gelijkwaardig te zijn aan een synchrone machine met sleepringen. Dat wil zeggen, als je het ontwerp van deze machine niet kent en hem als een "zwarte doos" gebruikt, dan gedraagt ​​​​hij zich vrijwel niet te onderscheiden van een synchrone machine met een bekrachtigingswikkeling. Je kunt vectorcontrole of autocommutatie uitvoeren, je kunt de excitatiestroom verzwakken om de rotatiesnelheid te verhogen, je kunt deze versterken om meer koppel te creëren - alles is alsof het een klassieke synchrone machine is met gecontroleerde excitatie. Enkel VID NV beschikt niet over een sleepcontact. En er zitten geen magneten in. En een rotor in de vorm van een goedkope ijzeren plano. En het moment pulseert niet, in tegenstelling tot SRD. Hier zijn bijvoorbeeld de sinusoïdale stromen VID NV tijdens vectorbesturing:

Bovendien kan de NV VIDE meerfasen en meersecties worden gemaakt, vergelijkbaar met hoe dit wordt gedaan in de SV VIEW. In dit geval blijken de fasen niet met elkaar verbonden door magnetische fluxen en kunnen ze onafhankelijk werken. Die. het is alsof er meerdere driefasige machines in één zijn, die elk zijn aangesloten op een eigen onafhankelijke omvormer met vectorbesturing, en het resulterende vermogen wordt eenvoudigweg opgeteld. In dit geval is er geen coördinatie tussen de omvormers nodig, alleen een algemene instelling van de rotatiesnelheid.
Deze motor heeft ook nadelen: hij kan niet rechtstreeks vanaf het lichtnet draaien, aangezien VID NV, in tegenstelling tot klassieke synchrone machines, geen asynchrone startwikkeling op de rotor heeft. Bovendien is hij complexer van ontwerp dan de conventionele SRD.

Ook op basis van deze motor hebben wij meerdere succesvolle projecten gemaakt. Eén daarvan is bijvoorbeeld een serie pomp- en ventilatoraandrijvingen voor stadsverwarmingsstations in Moskou met een vermogen van 315-1200 kW.

Dit zijn NV's van het laagspanningstype (380 V) met redundantie, waarbij één machine wordt "opgebroken" in 2, 4 of 6 onafhankelijke driefasige secties. Elke sectie is uitgerust met een eigen soortgelijke converter met vectorsensorloze besturing. Het is dus mogelijk om het vermogen eenvoudig te vergroten op basis van hetzelfde type omvormer en motorontwerp. In dit geval zijn sommige omvormers aangesloten op de ene stroomingang van het stadsverwarmingsstation, en sommige op de andere. Als er dus een “stroomstoring” optreedt op een van de stroomingangen, stopt de aandrijving niet: de helft van de secties werkt kortstondig in overbelasting totdat de stroom is hersteld. Zodra deze hersteld is, worden de rustsecties automatisch rijdend in bedrijf gesteld. Over het algemeen zou dit project waarschijnlijk een apart artikel verdienen, dus voorlopig rond ik het af met een foto van de motor en de omvormers:

Conclusie: welke elektromotor is de beste?

Helaas zijn twee woorden hier niet genoeg. En algemene conclusies over het feit dat elke motor zijn eigen voor- en nadelen heeft. Omdat er geen rekening wordt gehouden met de belangrijkste eigenschappen: gewichts- en maatindicatoren van elk type machine, prijs, evenals hun mechanische kenmerken en overbelastbaarheid. Laten we de ongereguleerde asynchrone aandrijving de pompen rechtstreeks vanuit het netwerk laten draaien; deze heeft hier geen concurrenten. Laten we de verzamelmachines overlaten aan het draaien van boormachines en stofzuigers; hier is het ook moeilijk om met hen te concurreren op het gebied van gemakkelijke regelgeving.

Laten we eens kijken naar een verstelbare elektrische aandrijving waarvan de bedrijfsmodus langdurig is. Verzamelmachines worden hier onmiddellijk uitgesloten van concurrentie vanwege de onbetrouwbaarheid van de verzameleenheid. Maar er zijn er nog vier over: synchrone, asynchrone en twee soorten geschakelde inductoren. Als we het hebben over de aandrijving van een pomp, ventilator en iets dergelijks dat in de industrie wordt gebruikt en waar gewicht en afmetingen niet bijzonder belangrijk zijn, dan vallen synchrone machines buiten de concurrentie. Voor de veldwikkeling zijn sleepringen nodig, wat een lastig element is, en permanente magneten zijn erg duur. De concurrerende opties blijven de asynchrone aandrijf- en geschakelde reluctantiemotoren van beide typen.

De ervaring leert dat alle drie de typen machines met succes worden ingezet. Maar - een asynchrone aandrijving is onmogelijk (of zeer moeilijk) te verdelen, d.w.z. breek een krachtige auto op in verschillende auto's met een laag vermogen. Om een ​​asynchrone omzetter een hoog vermogen te kunnen leveren, is het daarom noodzakelijk om deze op hoogspanning te brengen: vermogen is tenslotte grofweg het product van spanning en stroom. Als we voor een gesegmenteerde aandrijving een laagspanningsomvormer kunnen nemen en er meerdere kunnen instellen, elk op een kleine stroom, dan moet er voor een asynchrone aandrijving één omvormer zijn. Maar waarom zou je niet een omvormer maken voor 500V en een stroomsterkte van 3 kiloampère? Deze draden zijn zo dik als een arm nodig. Om het vermogen te vergroten, wordt daarom de spanning verhoogd en de stroom verlaagd.

A hoogspanningsomvormer– dit is een heel ander type probleem. Je kunt niet zomaar 10 kV-stroomschakelaars nemen en er een klassieke omvormer met zes toetsen van maken, zoals voorheen: zulke sleutels zijn er niet, en als ze er wel zijn, zijn ze erg duur. De omvormer is op meerdere niveaus gemaakt, met behulp van laagspanningsschakelaars die in complexe combinaties in serie zijn geschakeld. Zo'n omvormer trekt soms een gespecialiseerde transformator achter zich, optische sleutelcontrolekanalen, een complex gedistribueerd besturingssysteem dat als één geheel werkt... Over het algemeen is alles ingewikkeld met een krachtige asynchrone aandrijving. Tegelijkertijd kan een geschakelde reluctantie-aandrijving, als gevolg van secties, de overgang naar een hoogspanningsomvormer "vertragen", waardoor u uit een laagspanningsvoeding aandrijvingen tot enkele megawatt kunt maken, gemaakt volgens het klassieke schema. In dit opzicht worden VIP's interessanter dan een asynchrone schijf en bieden ze zelfs redundantie. Aan de andere kant werken asynchrone aandrijvingen al honderden jaren en hebben de motoren hun betrouwbaarheid bewezen. VIP's komen gewoon hun kant op. Hier moet je dus veel factoren afwegen om de meest optimale aandrijving voor een bepaalde taak te kiezen.

Maar alles wordt nog interessanter als het gaat om transport of kleine apparaten. Daar kun je niet meer onzorgvuldig zijn over het gewicht en de afmetingen van de elektrische aandrijving. En nu moet je kijken naar synchrone machines met permanente magneten. Als je alleen kijkt naar de parameter vermogen gedeeld door gewicht (of grootte), dan zijn synchrone machines met permanente magneten ongeëvenaard. Sommige voorbeelden kunnen meerdere malen kleiner en lichter zijn dan welke andere “magnetisch-vrije” frequentieregelaar dan ook. Maar er schuilt hier één gevaarlijke misvatting, die ik nu zal proberen weg te nemen.

Als een synchrone machine drie keer kleiner en lichter is, betekent dit niet dat deze beter geschikt is voor elektrische tractie. Het hele punt is het gebrek aan regeling van de flux van permanente magneten. De flux van magneten bepaalt de emf van de machine. Bij een bepaalde rotatiesnelheid bereikt de EMF van de machine de voedingsspanning van de omvormer en wordt het verder verhogen van de rotatiesnelheid moeilijk.

Hetzelfde geldt voor het verhogen van het koppel. Als u meer koppel wilt realiseren, moet u de statorstroom in een synchrone machine verhogen - het koppel zal proportioneel toenemen. Maar het zou effectiever zijn om de excitatieflux te vergroten - dan zou de magnetische verzadiging van het ijzer harmonischer zijn en zouden de verliezen lager zijn. Maar nogmaals, we kunnen de flux van magneten niet vergroten. Bovendien kan bij sommige ontwerpen van synchrone machines de statorstroom niet boven een bepaalde waarde worden verhoogd - de magneten kunnen worden gedemagnetiseerd. Wat gebeurt er? Een synchrone machine is goed, maar slechts op één enkel punt - op het nominale punt. Met nominaal toerental en nominaal koppel. Boven en onder - alles is slecht. Als je dit tekent, krijg je dit kenmerk van frequentie versus moment (in rood):

In de figuur is het motorkoppel uitgezet langs de horizontale as en de rotatiesnelheid langs de verticale as. Het punt van de nominale modus is gemarkeerd met een asterisk, laat het bijvoorbeeld 60 kW zijn. De gearceerde rechthoek is het bereik waar regeling van een synchrone machine zonder problemen mogelijk is - d.w.z. “omlaag” in koppel en “omlaag” in frequentie ten opzichte van de nominale waarde.

De rode lijn geeft aan wat er uit een synchrone machine kan worden geperst boven de nominale waarde: een lichte toename van de rotatiesnelheid als gevolg van de zogenaamde veldverzwakking (in feite is dit het creëren van overtollige reactieve stroom langs de d-as van de motor in vectorbesturing), en toont ook een mogelijke koppelverhoging, zodat het veilig is voor magneten. Alle. Laten we deze auto nu in een personenauto zonder versnellingsbak plaatsen, waarbij de accu is ontworpen om 60 kW te leveren.

In blauw wordt het gewenste tractievermogen weergegeven. Die. Vanaf de laagste snelheid, bijvoorbeeld 10 km/u, moet de aandrijving zijn vermogen van 60 kW ontwikkelen en dit blijven ontwikkelen tot aan de maximale snelheid, bijvoorbeeld 150 km/u. Een gesynchroniseerde auto kwam niet eens in de buurt: het koppel is niet eens genoeg om de stoeprand bij de ingang op te rijden (of de stoeprand bij de voordeur op, voor politieke correctheid), en de auto kan slechts accelereren tot 50-60 km/u .

Wat betekent dit? Is een synchroonmachine zonder versnellingsbak niet geschikt voor elektrische tractie? Het past natuurlijk wel, je moet het alleen anders kiezen. Zoals dit:

Het is noodzakelijk om een ​​synchrone machine zo te kiezen dat het vereiste bereik van de tractiecontrole volledig binnen de mechanische kenmerken valt. Die. zodat de machine tegelijkertijd een hoog koppel kan ontwikkelen en op hoge snelheid kan werken. Zoals je in de figuur kunt zien... zal het geïnstalleerde vermogen van zo'n machine niet langer 60 kW zijn, maar 540 kW (kan door delingen worden berekend). Die. in een elektrische auto met een batterij van 60 kW moet je een synchrone machine en een omvormer van 540 kW installeren, gewoon om het vereiste koppel en de vereiste rotatiesnelheid te "passeren".

Natuurlijk doet niemand het zoals beschreven. Niemand zet een auto op 540 kW in plaats van 60 kW. Een synchrone machine wordt gemoderniseerd, waarbij wordt geprobeerd de mechanische eigenschappen op een gegeven moment van het optimale te ‘uitsmeren’, omhoog in snelheid en omlaag in koppel. Ze verbergen bijvoorbeeld magneten in het ijzer van de rotor (laten ze inwerken), hierdoor hoef je niet bang te zijn om de magneten te demagnetiseren en het veld krachtiger te verzwakken, en om de stroom nog meer te overbelasten. Maar als gevolg van dergelijke aanpassingen wordt de synchrone machine zwaarder en groter en wordt ze niet meer zo licht en mooi als voorheen. Er doen zich nieuwe problemen voor, zoals “wat te doen als de omvormer wordt uitgeschakeld tijdens de veldverzwakkingsmodus.” De EMF van de machine kan de DC-tussenkring van de omvormer “oppompen” en alles doorbranden. Of wat te doen als de omvormer tijdens het draaien kapot gaat - de synchrone machine sluit en kan zelfmoord plegen, de bestuurder en alle resterende levende elektronica met kortsluitstromen - er zijn beveiligingscircuits, enz. nodig.

Dat is waarom synchrone machine goed wanneer een groot scala aan regelgeving niet vereist is. Bijvoorbeeld in een Segway, waar de snelheid vanuit veiligheidsoogpunt beperkt kan worden tot 30 km/u (of wat dan ook?). Ook voor ventilatoren is een synchrone machine ideaal: de rotatiesnelheid van de ventilator verandert relatief weinig, hooguit twee keer zoveel. Meer doen heeft geen zin, aangezien de luchtstroom zwakker wordt in verhouding tot het kwadraat van de snelheid (ongeveer). Daarom is voor kleine propellers en ventilatoren een synchrone machine nodig. En het is precies daar dat het in feite met succes is geplaatst.

De tractiecurve, in de figuur blauw weergegeven, wordt sinds mensenheugenis geïmplementeerd door gelijkstroommotoren met gecontroleerde bekrachtiging: wanneer de veldwikkelingsstroom wordt gewijzigd afhankelijk van de statorstroom en de rotatiesnelheid. Naarmate de rotatiesnelheid toeneemt, neemt ook de bekrachtigingsstroom af, waardoor de machine steeds hoger kan accelereren. Daarom heeft DPT met onafhankelijke (of gemengde) bekrachtigingsregeling van oudsher bestaan ​​en staat dat nog steeds in de meeste tractietoepassingen (metro, trams, enz.). Welke AC-elektrische machine kan ermee concurreren?

Deze karakteristiek (constant vermogen) kan beter worden benaderd door motoren waarvan de bekrachtiging gecontroleerd is. Dit is een asynchrone motor en beide soorten VIP's. Maar de inductiemotor heeft twee problemen: ten eerste is de natuurlijke mechanische eigenschap ervan geen constante vermogenscurve. Omdat de bekrachtiging van een asynchrone motor via de stator plaatsvindt. En daarom leidt een verdubbeling van de frequentie in de veldverzwakkingszone bij een constante spanning (wanneer deze is geëindigd bij de omvormer) tot een tweevoudige daling van de bekrachtigingsstroom en een tweevoudige daling van de koppelvormende stroom. En aangezien het koppel op de motor het product is van stroom en flux, daalt het koppel respectievelijk vier keer en het vermogen twee keer. Het tweede probleem zijn verliezen in de rotor tijdens overbelasting met een groot koppel. Bij een asynchrone motor wordt de helft van de verliezen gegenereerd in de rotor en de andere helft in de stator.

Om gewichts- en afmetingenparameters bij transport te verminderen, wordt vaak vloeistofkoeling gebruikt. Maar de watermantel koelt alleen de stator effectief af vanwege het fenomeen thermische geleidbaarheid. Het is veel moeilijker om warmte uit een roterende rotor te verwijderen - het warmteafvoerpad door "thermische geleiding" wordt afgesneden, de rotor raakt de stator niet (lagers tellen niet mee). Wat overblijft is luchtkoeling door de lucht in de motorruimte te mengen of warmte uit de rotor te stralen. Daarom blijkt de rotor van een asynchrone motor een soort "thermosfles" te zijn - nadat je hem één keer hebt overbelast (door de auto dynamisch te versnellen), moet je lang wachten totdat de rotor is afgekoeld. Maar de temperatuur kan nog niet worden gemeten... je hoeft het alleen maar te voorspellen met behulp van een model.

Hier moet worden opgemerkt hoe vakkundig beide problemen van een asynchrone motor door Tesla werden omzeild in hun Model S. Ze losten het probleem van de warmteafvoer uit de rotor op... door vloeistof in de roterende rotor te brengen (ze hebben een overeenkomstig patent, waar de rotoras is hol en wordt van binnen gewassen door vloeistof, maar ik weet niet zeker of ze dit gebruiken). Maar ze hebben het tweede probleem niet opgelost met een scherpe afname van het koppel als het veld verzwakt is. Ze leverden een motor met een trekkarakteristiek die bijna leek op degene die ik tekende voor de “overtollige” synchrone motor in de bovenstaande figuur, alleen hebben ze 300 kW in plaats van 540 kW. De veldverzwakkingszone in een Tesla is erg klein, ongeveer twee keer zo groot. Die. ze installeerden een motor die ‘buitensporig’ was voor een personenauto, waardoor in plaats van een budgetsedan in wezen een sportwagen met enorm vermogen ontstond. Het nadeel van de asynchrone motor werd omgezet in een voordeel. Maar als ze zouden proberen een minder “prestatie” sedan te maken, met een vermogen van 100 kW of minder, dan zou de inductiemotor hoogstwaarschijnlijk precies hetzelfde zijn (bij 300 kW). Hij zou gewoon kunstmatig worden gewurgd met elektronica om tegemoet te komen aan de capaciteiten van de batterij. .

En nu de VIP's. Wat kunnen ze doen? Wat zijn hun tractie-eigenschappen? Over de VID SV kan ik niet met zekerheid zeggen: door zijn werkingsprincipe is het een niet-lineaire motor en kunnen de mechanische kenmerken van project tot project sterk variëren. Maar over het algemeen is het waarschijnlijk beter dan een inductiemotor wat betreft het benaderen van de gewenste tractiekarakteristiek met constant vermogen. Maar ik kan meer zeggen over VID NV, omdat we er binnen het bedrijf heel nauw aan werken. Zie je op de foto hierboven, die in blauw getekend, die gewenste trekkrachteigenschap waar we naar willen streven? Dit is eigenlijk niet alleen maar een wenselijk kenmerk. Dit is een echte tractiekarakteristiek, die we punt voor punt hebben gemeten met behulp van een koppelsensor voor een van de NV-TYPES. Omdat het NVID-type onafhankelijke externe excitatie heeft, liggen de kwaliteiten ervan het dichtst bij de NVD DPT, die ook zo'n tractiekarakteristiek kan vormen door de excitatie te reguleren.

Dus wat? VIID NV - de ideale machine voor tractie zonder enig probleem? Niet echt. Hij heeft ook veel problemen. Bijvoorbeeld de veldwikkeling, die tussen de statorpakketten ‘hangt’. Hoewel het niet roteert, is het ook moeilijk om er warmte uit te verwijderen - de situatie lijkt bijna op een asynchrone rotor, alleen iets beter. Indien nodig kunt u de koelbuis van de stator "gooien". Het tweede probleem zijn de overschatte gewichts- en maatindicatoren. Als je naar de tekening van de rotor VIEW NV kijkt, kun je zien dat de ruimte in de motor niet erg efficiënt wordt gebruikt - alleen het begin en einde van de rotor "werken", en het midden wordt ingenomen door de bekrachtigingswikkeling. Bij een asynchrone motor ‘werkt’ bijvoorbeeld de hele lengte van de rotor, al het ijzer. De moeilijkheid bij het monteren is dat je de bekrachtigingswikkeling nog steeds in de rotorpakketten moet kunnen steken (de rotor is demonteerbaar gemaakt, dus er zijn problemen met balanceren). Welnu, het is alleen zo dat de gewichts- en grootte-eigenschappen tot nu toe niet erg uitmuntend zijn vergeleken met dezelfde asynchrone Tesla-motoren, als je de tractie-eigenschappen over elkaar heen legt.

En er is ook een veelvoorkomend probleem met beide soorten VIEW. Hun rotor is een stoomschipwiel. En bij hoge rotatiesnelheden (en hoge frequenties zijn nodig, omdat hogesnelheidsmachines met hetzelfde vermogen minder zijn dan lagesnelheidsmachines), worden de verliezen door het mengen van de lucht binnenin zeer aanzienlijk. Als er tot 5000-7000 tpm nog VID gedaan kan worden, dan zal het bij 20000 tpm een ​​grote mixer blijken te zijn. Maar een asynchrone motor met zulke frequenties en veel hogere kan worden gemaakt met behulp van een gladde stator.

Wat is uiteindelijk de beste optie voor elektrische voortstuwing? Welke motor is het beste?
Ik heb geen idee. Ze zijn allemaal slecht. We moeten blijven uitvinden. Maar de moraal van het artikel is deze: als je verschillende soorten verstelbare elektrische aandrijvingen wilt vergelijken, dan moet je ze vergelijken voor een specifieke taak met een specifiek vereist mechanisch kenmerk in alle parameters, en niet alleen in vermogen. Bovendien behandelt dit artikel niet veel vergelijkingsnuances. Bijvoorbeeld een parameter als de duur van het werk op elk punt van het mechanische kenmerk.

Bij maximaal koppel kan meestal geen enkele machine lange tijd werken - dit is een overbelastingsmodus, en bij maximale snelheid voelen synchrone machines met magneten zich erg slecht - ze hebben enorme verliezen aan staal. Een andere interessante parameter voor elektrische tractie is het verlies bij het uitrollen wanneer de bestuurder het gas loslaat. Als VIP's en asynchrone motoren als losse flodders draaien, zal een synchrone machine met permanente magneten door magneten bijna nominale verliezen aan staal lijden. En zo verder, enzovoort...

Je kunt dus niet zomaar de beste elektrische aandrijving uitkiezen. gepubliceerd

De meest voorkomende driefasige elektromotoren in de industrie, de landbouw en het dagelijks leven zijn asynchrone elektromotoren met een eekhoornkooirotor vanwege hun eenvoud van ontwerp, betrouwbaarheid en lage kosten. Daarom zullen we, aan de hand van het voorbeeld van zo'n elektromotor, hun structuur en werkingsprincipe bekijken.

Een asynchrone elektromotor bestaat uit twee hoofdonderdelen: een stator en een rotor.

De stator is het stationaire deel van de elektromotor. Het bestaat uit de volgende elementen:

• frame (body) dat in de regel geribbeld is voor betere koeling, omdat Tijdens bedrijf worden de statorkern en de wikkelingen warm. Het frame heeft ook poten voor de montage van de elektromotor.
• statorkern - samengesteld uit afzonderlijke platen elektrisch staal om verliezen als gevolg van wervelstromen (Foucault-stromen) te verminderen en heeft een tandwielvorm (groeven) en heeft de volgende vorm:

• statorwikkelingen zijn gemaakt van koperdraden die in de groeven van de kern worden gelegd;

De rotor is het roterende deel van een elektromotor. De rotor bestaat uit de volgende elementen:

• as - gemaakt van staal en gebruikt om mechanische energie over te brengen naar het werkingsmechanisme.
• rotorkern - gemonteerd op de as, net als de statorkern, gemaakt van afzonderlijke platen elektrisch staal
• rotorwikkeling - heeft meestal een kortgesloten ontwerp; de rotorwikkeling wordt vaak een "eekhoornwiel" genoemd vanwege de externe gelijkenis. De kortgesloten rotorwikkeling heeft de volgende vorm:

De rotor wordt door lagerschilden in het midden van de stator gehouden.

1. Werkingsprincipe van een driefasige elektromotor

Het werkingsprincipe van de elektromotor is vrij eenvoudig en is gebaseerd op het principe van een roterend elektromagnetisch veld.

De figuur hierboven toont een koperen schijf bevestigd aan een as op een lager, waar tegenover zich een permanente magneet bevindt. Als je een permanente magneet begint te roteren, zal het magnetische veld dat de koperen schijf doorkruist ook beginnen te roteren, d.w.z. er ontstaat een roterend magnetisch veld dat inductiestromen in de koperen schijf veroorzaakt. Deze stromen, die door de schijf stromen, creëren hun eigen elektromagnetische veld, dat op zijn beurt in wisselwerking staat met het roterende magnetische veld van permanente magneten, wat leidt tot rotatie van de schijf.

Een driefasige elektromotor werkt op dezelfde manier, maar daarin wordt een roterend magnetisch veld gecreëerd met behulp van een speciale opstelling van statorwikkelingen, die in een dergelijke opstelling in de ruimte ten opzichte van elkaar worden verplaatst, wanneer een drie-fase; fasestroom die er doorheen stroomt, leidt tot het verschijnen van een roterend elektromagnetisch veld.

Video van het effect van het roterende elektromagnetische veld van de stator op een metalen circuit (het circuit is in dit geval een gewoon blad):

Het roterende magnetische veld van de stator, dat inwerkt op de rotorwikkeling, leidt tot het verschijnen van inductiestromen daarin, die, die door de rotorwikkeling stromen, hun eigen elektromagnetische veld creëren, de interactie van deze velden zorgt ervoor dat de rotor roteert.

Net als een magneet heeft de stator van een elektromotor polen, maar in tegenstelling tot een permanente magneet kunnen er in een elektromotor meer dan twee polen zijn, en er zijn er altijd een even aantal. Het aantal polen in de stator heeft rechtstreeks invloed op de rotatiesnelheid van het magnetische veld en daarmee op de rotatiesnelheid van de rotor. De rotatiefrequentie van het magnetische veld (synchrone frequentie) wordt bepaald door de formule:

N=60* F/ P

waarbij: f de huidige frequentie in de GOS-landen is, de huidige frequentie is 50 Hz (Hertz); p is het aantal paren polen.

Hoe meer polen een motor heeft, hoe lager de rotatiesnelheid. Laten we bijvoorbeeld de rotatiesnelheid van een elektromotor met vier polen berekenen:

Vier palen zijn respectievelijk 2 paar palen:

n=60*f/p=60*50/2=1500 tpm

Die. de synchrone rotatiesnelheid van het magnetische statorveld is 1500 tpm, terwijl de rotatiesnelheid van de rotor iets lager zal zijn, misschien 1400-1450 tpm.

De relatieve hoeveelheid vertraging in de rotorrotatie ten opzichte van de rotatiefrequentie van het magnetische veld van de stator wordt slip genoemd, wordt uitgedrukt als een percentage en wordt bepaald door de formule:

S=(N1- N2)/ N1*100%

waarbij: n1 — synchrone snelheid, rpm; n2 — rotorsnelheid (asynchrone snelheid), rpm.

Elektromotor is de naam die wordt gegeven aan een elektrische machine (elektromechanische energieomzetter), waarin elektrische energie wordt omgezet in mechanische energie. Hierdoor ontstaat warmte.

Werkingsprincipe

Het bedieningscircuit van de elektromotor is heel eenvoudig. De werking van een elektrische machine is gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie. Een elektrisch mechanisme bestaat uit een stator (vast), die is geïnstalleerd in synchrone of asynchrone wisselstroommachines of een inductor (gelijkstroommotoren) en een rotor (bewegend deel geïnstalleerd in synchrone of asynchrone wisselstroommachines) of een anker (in een gelijkstroommachine) . Magneten worden gebruikt als inductor op een gelijkstroommotor met laag vermogen.

Rotoren zijn:

Kortgesloten

Fase (met een wikkeling). Ze worden gebruikt bij het verminderen van de startstroom en om de rotatiesnelheid van een asynchrone elektromotor te regelen.

Ze worden voornamelijk vertegenwoordigd door de kraanelektromotor uit de MTKN-serie (die meestal wordt gebruikt in kraaninstallaties).

Een anker is het bewegende deel van een gelijkstroommachine (generator of motor) of een universele motor die volgens dit principe werkt (wat vaak wordt aangetroffen in elektrisch gereedschap). Een universele motor wordt een DFC (gelijkstroommotor) genoemd, die serie-excitatie heeft (wanneer de inductor- en ankerwikkelingen

in serie geschakeld). Het enige verschil zit in de berekening van de wikkelingen. Bij gelijkstroom is er geen reactieve (capacitieve of inductieve) weerstand. Dat is de reden waarom elke slijpmachine, als je de elektronische unit verwijdert, in goede staat zal zijn, vooral op gelijkstroom en bij lagere netspanning.

Werkingsprincipe van een asynchrone driefasige elektromotor

Wanneer de stroom wordt ingeschakeld, verschijnt er een roterend cirkelvormig magnetisch veld in de stator. Het dringt door de kortgesloten rotorwikkeling en er ontstaat een inductiestroom. Volgens de wet van Ampere (een emf-kracht werkt op een stroomvoerende geleider die in een magnetisch veld is geplaatst), begint de rotor te draaien.

De frequentie van de rotatie hangt af van de frequentie van de spanning, evenals van het aantal paren magneetpolen. Het verschil tussen de rotorsnelheid en de rotatiesnelheid van het magnetische statorveld wordt gekenmerkt door slip. Een asynchrone elektromotor wordt asynchroon genoemd omdat de rotatiefrequentie van het magnetische statorveld niet samenvalt met de rotorfrequentie.

Een synchrone motor verschilt ervan qua rotorontwerp. De rotor in zo'n motor is gemaakt van een elektromagneet of een permanente magneet. Er kan ook een stuk eekhoornkooi in zitten (voor lancering). De rotor bevat zeker elektromagneten of permanente magneten. De rotatiefrequentie van het magnetische statorveld in een synchrone motor valt samen met de rotorfrequentie. Om te beginnen maakt dit ontwerp gebruik van een rotor met een kooiankerwikkeling of asynchrone elektrische hulpmotoren.

Asynchrone motoren worden veel gebruikt in veel takken van de technologie. Dit geldt vooral voor conventioneel ontworpen en duurzame driefasige asynchrone motoren met eekhoornkooirotoren. Dergelijke motoren zijn goedkoper en betrouwbaarder dan conventionele elektromotoren en vereisen geen speciaal onderhoud. De naam “asynchroon” geeft aan dat bij zo’n motor de rotor niet synchroon draait met het draaiveld van de stator. Bij afwezigheid van een driefasig netwerk wordt een asynchrone motor aangesloten op een enkelfasig stroomnetwerk.

Het statorontwerp van een asynchrone elektromotor is heel eenvoudig. Het bestaat uit een pakket gelakte platen van elektrisch staal met een dikte van 0,5 mm. De wikkeling wordt in de groeven van het pakket gelegd, hetzelfde als bij een synchrone machine. De stator van een driefasige asynchrone motor heeft drie wikkelfasen. De wikkeling wordt 120° verschoven. De fasen zijn met elkaar verbonden door een driehoek of ster.

Diagram van een tweepolige machine

Het schakelschema van een tweepolige machine ziet er heel eenvoudig uit. De machine bevat vier slots per fase. Wanneer stroom wordt geleverd aan de statorwikkelingen vanuit een driefasig netwerk, wordt een speciaal draaiveld verkregen. Dit gebeurt omdat de stromen in de fasen van de wikkeling 120° ten opzichte van elkaar in de ruimte worden verplaatst en 120° uit fase zijn. Bij een synchrone rotatiesnelheid nc is het veld van een elektromotor met p polenparen waar bij een stroomfrequentie van f: nc=f/p. Bij een frequentie van 50 Hz blijken dus voor p = 1, 2, 3 (twee-, vier- of zespolige machines) synchrone rotatiesnelheden van nc = 3000, 1500 en 1000 rpm te worden verkregen.

De rotor van een asynchrone elektromotor bestaat uit platen elektrisch staal. Het kan worden gemaakt in de vorm van een rotor met sleepringen (sleepringrotor) of een eekhoornkooirotor (met een eekhoornkooi). In een eekhoornkooirotor ziet de wikkeling eruit als metalen staven (brons, koper of aluminium). De staven bevinden zich in groeven en zijn aan de uiteinden met elkaar verbonden met speciale kortsluitringen. De staven worden verbonden door middel van solderen of hardsolderen. Bij gebruik van aluminium of aluminiumlegeringen worden de rotorstangen, evenals de daarop aangebrachte kortsluitringen en ventilatorbladen, vervaardigd door middel van spuitgieten.

Direct bij de rotor van een elektromotor met sleepringen bevindt zich in de groeven een driefasige wikkeling. Qua uiterlijk lijkt het op een stervormige statorwikkeling. Het begin van de fasen van deze wikkeling is verbonden met drie sleepringen, die aan de as zijn bevestigd. Terwijl de motor start, kunt u de rotatiesnelheid aanpassen. Om dit te doen, zijn reostaten verbonden met de rotorwikkelingsfasen (dit gebeurt via borstels en sleepringen). Na een succesvolle aanloop worden de contactringen kortgesloten. Dit betekent dat de rotormotorwikkeling dezelfde functies vervult als de kooirotorwikkeling.

Classificatie van elektromotoren

Afhankelijk van de aard van het genereren van koppel, zijn elektromotoren onderverdeeld in magneto-elektrisch en hysteresis. Bij hysteresismotoren wordt het roterende koppel gecreëerd als gevolg van hysteresis wanneer de rotor omkeert. Dergelijke apparaten worden als onconventioneel beschouwd en worden in de industrie niet veel gebruikt.

Magneto-elektrische motoren worden als het meest voorkomende product beschouwd. Op basis van het type verbruikte energie zijn ze verdeeld in twee groepen: DC-motoren en AC-motoren. Er zijn ook zogenaamde universele motoren die door beide soorten stromen worden aangedreven.

Gelijkstroommotor

Een DC-motor is een elektromotor die wordt aangedreven door gelijkstroom. Dit type motor wordt meestal ook in twee groepen verdeeld op basis van de aanwezigheid van een borstel-commutatorsamenstel:

Borstelloos

Verzamelaar

De borstelcollectoreenheid is verantwoordelijk voor een hoogwaardige elektrische verbinding van de circuits van de stationaire en roterende delen van de machine. Het is het moeilijkst te onderhouden en onbetrouwbare structurele element.

Afhankelijk van het type excitatie zijn commutatormotoren onderverdeeld in:

Zelf opgewekte motor

Motor met onafhankelijke bekrachtiging (permanente magneten en elektrische magneten).

Een zelfopgewekte motor is onderverdeeld in:

Een motor met parallelle bekrachtiging (de ankerwikkeling is in dit geval strikt parallel aan de veldwikkeling aangesloten)

Een motor met sequentiële bekrachtiging (de ankerwikkeling, in dit geval is het anker strikt in serie verbonden met de bekrachtigingswikkeling)

Een motor met gemengde bekrachtiging (de veldwikkeling is in dit geval gedeeltelijk in serie geschakeld en gedeeltelijk parallel aan de ankerwikkeling).

Geschakelde motoren (borstelloos) zijn elektromotoren die zijn gemaakt in de vorm van een gesloten systeem met behulp van een sensor die de positie van de rotor bepaalt, een coördinatenomzetter (besturingssysteem) en een omvormer (vermogenshalfgeleideromzetter). Het werkingsprincipe van dergelijke motoren is vergelijkbaar met het werkingsprincipe van een synchroon motorsysteem.

AC-motorhuidig

Driefasige asynchrone motor

AC-motoren zijn elektromotoren die worden aangedreven door wisselstroom. Op basis van het werkingsprincipe zijn dergelijke motoren onderverdeeld in asynchrone en synchrone motoren. Het fundamentele verschil is dat bij een synchrone motor de eerste harmonische van de magnetomotorische kracht van de stator beweegt met de rotatiesnelheid van de rotor. De rotor zelf beweegt met de snelheid van het magnetische veld in de stator. Bij een asynchrone motor is er altijd een verschil tussen de rotorsnelheid en de snelheid van de magnetische velden in de stator (de rotor draait langzamer dan het veld).

Een synchrone elektromotor is een wisselstroom elektromotor. De rotor draait synchroon met het magnetische veld van de voedingsspanning. Dergelijke apparaten worden gebruikt om een ​​hoog vermogen te leveren (meer dan honderd kilowatt). Synchrone motoren worden geleverd met een discrete hoekbeweging van de rotor (zogenaamde stappenmotoren). Bij dergelijke apparaten wordt de positie van de rotor stevig vastgelegd door stroom aan de wikkelingen te leveren. De overgang naar een andere positie wordt uitgevoerd door de voedingsspanning van de eerste wikkelingen te verwijderen en over te dragen naar de tweede (enzovoort). Daarnaast is er nog een ander type synchrone motor: een elektrische reluctantiemotor. De stroomtoevoer naar de wikkelingen van deze motor wordt gegenereerd door halfgeleiderelementen.

Een asynchrone elektromotor is een wisselstroom-elektromotor. Het rotortoerental bij deze motor wijkt aanzienlijk af van de rotatie van de magneetvelden, die door de voedingsspanning ontstaan. Dergelijke apparaten zijn de meest voorkomende.

Afhankelijk van het aantal fasen wordt een AC-motor meestal verdeeld in:

Eenfasige elektromotoren. Dergelijke apparaten worden handmatig gestart. Ze kunnen een startwikkeling of een faseverschuivend circuit hebben.

Tweefasig (inclusief condensatoren)

Driefasige elektromotor

Meerfasig

Een universele commutatormotor is een elektrische commutatormotor die zowel op wisselstroom als op gelijkstroom kan werken. Het wordt geproduceerd met een serie-excitatiewikkeling met een elektromotorvermogen van ongeveer 200 W. De motorstator is gemaakt van gelamineerd speciaal elektrisch staal. De veldwikkeling wordt volledig ingeschakeld met gelijkstroom en gedeeltelijk ingeschakeld met wisselstroom. De nominale spanning voor wisselstroom bedraagt ​​127,220, voor gelijkstroom bedraagt ​​de nominale spanning 110,220. Motoren van dit type worden gebruikt in elektrisch gereedschap en huishoudelijke apparaten.

Een AC-motor die wordt aangedreven door een industrieel netwerk van 50 Hz kan geen rotatiesnelheid van meer dan 3000 tpm leveren. Daarom moet een commutatormotor worden gebruikt om de hoogste frequenties te verkrijgen. Een dergelijke motor is kleiner en lichter in vergelijking met een AC-motor met hetzelfde vermogen. Er worden ook speciale transmissiemechanismen gebruikt waarmee u de kinematische parameters van de mechanismen kunt wijzigen in de parameters die u nodig heeft (de zogenaamde multipliers). Bij gebruik van frequentieomvormers of een hoogfrequent netwerk (100, 200 of 400 Hz) blijkt de AC-motor kleiner en lichter te zijn in vergelijking met een commutatormotor (aangezien de commutatoreenheid soms de helft van het volume in beslag neemt). De levensduur van een asynchrone AC-motor is hoger dan die van een commutatormotor. Het wordt bepaald door de staat van de isolatie van de wikkelingen en lagers.

Een synchrone motor, met een rotorpositiesensor en een omvormer, wordt beschouwd als een elektronische analoog van conventionele geborstelde gelijkstroom. Een universele commutatormotor wordt beschouwd als een DC-commutatormotor met in serie geschakelde statorwikkelingen (bekrachtigingswikkelingen). Het aansluiten van een dergelijke elektromotor is niet moeilijk. Het is ook geoptimaliseerd voor gebruik op huishoudelijke wisselstroom. Dit type motor draait, ongeacht de polariteit van de aangelegde spanning, strikt in één richting. Dit gebeurt omdat de rotor- en statorwikkelingen in serie zijn geschakeld en de verandering van de polen van de magnetische velden van de apparaten gelijktijdig plaatsvindt, wat betekent dat het resulterende koppel in één richting wordt gericht. Als werking op wisselstroom vereist is, wordt een stator van zacht magnetisch materiaal met lage hysteresis (lage weerstand tegen omkering van de magnetisatie) gebruikt.

Als het nodig is om verliezen als gevolg van wervelstromen te verminderen, neem dan een gestapelde stator gemaakt van geïsoleerde platen. Het voordeel van het gebruik van een dergelijke motor is dat bij het opstarten en bij overbelasting de inductieve weerstand van de wikkelingen de stroom en het maximale koppel van de motor beperkt tot 5 - 3 ten opzichte van het nominale koppel.

Het principe van de werking ervan is eenvoudig. Het bewegende deel is gemaakt in de vorm van magneten die aan de staaf zijn bevestigd. De wisselstroom van de elektromotor loopt door de stationaire wikkelingen. Onder invloed van dit proces verplaatsen permanente magneten de staaf.

Los Anastasia
Speciaal voor Engine.info

Houd rekening met hun ontwerp, werkingsprincipe en toepassingsgebied. Het is vermeldenswaard dat in de hedendaagse industrie meer dan 95 procent van alle gebruikte motoren asynchrone machines zijn. Ze zijn wijdverspreid geworden vanwege het feit dat ze een hoge betrouwbaarheid hebben en vanwege hun onderhoudbaarheid zeer lang kunnen dienen.

Werkingsprincipe van asynchrone motoren

Om te begrijpen hoe een elektromotor werkt, kun je een klein experiment uitvoeren. Uiteraard vereist dit een speciaal gereedschap. Plaats een hoefijzervormige magneet zo dat deze wordt aangedreven door een handvat. Zoals je weet heeft een magneet twee polen. Daartussen is het noodzakelijk om een ​​cilinder van koper te plaatsen. Zodanig dat hij vrij om zijn as kan draaien. Nu het experiment zelf. Je begint de magneet te laten draaien, waardoor een veld ontstaat dat beweegt. In de koperen cilinder beginnen formaties te verschijnen die het magnetische veld tegenwerken.

Als gevolg hiervan begint de koperen cilinder te draaien in de richting waarin hij beweegt en blijkt de snelheid iets lager te zijn. De reden hiervoor is dat bij dezelfde snelheid de krachtlijnen niet langer het magnetische veld snijden. Het magnetische veld roteert synchroon. Maar de bewegingssnelheid van de magneet zelf is asynchroon. En als we de definitie een beetje inkorten, dan is deze asynchroon. Vandaar de naam van de elektrische machine: asynchrone elektromotor. Grofweg is het circuit van de AC-elektromotor ongeveer hetzelfde als in het bovenstaande experiment. Alleen het magnetische veld wordt gecreëerd door de statorwikkeling.

DC-motoren

Ze verschillen enigszins van asynchrone AC-motoren. Ten eerste heeft het een of twee statorwikkelingen. Ten tweede is de methode voor het veranderen van de rotorsnelheid enigszins anders. Maar de draairichting van de rotor wordt veranderd door omkering van de polariteit (bij asynchrone machines worden de fasen van het voedingsnetwerk verwisseld). U kunt de rotorsnelheid van een gelijkstroommotor wijzigen door de spanning op de statorwikkeling te verhogen of te verlagen.

Het kan niet werken zonder de veldwikkeling, die zich op de rotor bevindt. De spanning wordt overgebracht met behulp van een borstelsamenstel. Dit is het meest onbetrouwbare element van het ontwerp. Borstels gemaakt van grafiet verslijten na verloop van tijd, wat leidt tot motorstoringen en reparatie vereist. Merk op dat DC- en AC-motoren dezelfde elementen hebben, maar dat hun ontwerpen aanzienlijk verschillen.

Ontwerp van een elektrische motor

Net als elke andere niet-statische elektrische machine bestaat een inductiemotor uit twee hoofdonderdelen: een stator en een rotor. Het eerste element is stationair; er worden drie wikkelingen op geplaatst, die volgens een bepaald patroon zijn verbonden. De rotor is beweegbaar, het ontwerp wordt een "eekhoornkooi" genoemd. De reden voor deze naam is dat de interne structuur sterk lijkt op een eekhoornwiel.

Dat laatste is uiteraard niet aanwezig in de elektromotor. De rotor wordt gecentreerd met behulp van twee afdekkingen die op de stator zijn geïnstalleerd. Ze hebben lagers die rotatie vergemakkelijken. Aan de achterkant van de elektromotor is een waaier geïnstalleerd. Het wordt gebruikt om de elektrische machine te koelen. De stator heeft vinnen die de warmteafvoer verbeteren. AC-motoren werken dus onder normale thermische omstandigheden.

Asynchrone motorstator

Het is vermeldenswaard dat de stator van moderne asynchrone elektromotoren onuitgesproken polen heeft. Simpel gezegd: het hele oppervlak binnenin is perfect glad. Om wervelstroomverliezen te verminderen, is de kern gemaakt van zeer dunne staalplaten. Deze platen sluiten zeer strak op elkaar aan en worden vervolgens in een stalen behuizing gefixeerd. De stator heeft sleuven voor het inbrengen van wikkelingen.

De wikkelingen zijn gemaakt van koperdraad. Ze zijn verbonden in een “ster” of “driehoek”. Aan de bovenkant van de behuizing bevindt zich een klein schild, volledig geïsoleerd. Het bevat contacten voor het aansluiten en verbinden van de wikkelingen. Bovendien kunnen de wikkelingen worden aangesloten met behulp van jumpers die in dit paneel zijn geïnstalleerd. Dankzij het ontwerp van de AC-motor kunt u de wikkelingen snel op het gewenste circuit aansluiten.

Rotor van een asynchrone elektromotor

Er is al weinig over hem gezegd. Het lijkt op een eekhoornkooi. De rotorstructuur is, net als de stator, samengesteld uit dunne staalplaten. De rotorsleuven bevatten een wikkeling, maar deze kan van verschillende typen zijn. Het hangt allemaal af van het feit of de rotor een fase- of een eekhoornkooi is. De meest voorkomende recente ontwerpen. Dikke koperen staven worden zonder isolatiemateriaal in groeven geplaatst. Deze staven zijn aan beide uiteinden verbonden door koperen ringen. Soms worden gegoten rotors gebruikt in plaats van een eekhoornkooi.

Maar er zijn ook wisselstroommotoren met een gewikkelde rotor. Ze worden veel minder vaak gebruikt, vooral voor elektromotoren met een zeer hoog vermogen. Het tweede geval waarin het nodig is om faserotoren in elektromotoren te gebruiken, is het creëren van een grote kracht op het moment van starten. Toegegeven, hiervoor moet je een speciale reostaat gebruiken.

Methoden voor het starten van een asynchrone elektromotor

Het is niet moeilijk om een ​​asynchrone wisselstroommotor te starten; u hoeft alleen maar de statorwikkelingen op een driefasig netwerk aan te sluiten. De verbinding wordt gemaakt met behulp van magnetische starters. Dankzij hen kun je de lancering praktisch automatiseren. Zelfs het omgekeerde kan zonder veel moeite worden gedaan. Maar in sommige gevallen is het noodzakelijk om de spanning die aan de statorwikkelingen wordt geleverd te verminderen.

Dit gebeurt door middel van een delta-aansluitschema. In dit geval wordt gestart wanneer de wikkelingen in een sterconfiguratie zijn aangesloten. Wanneer de snelheid toeneemt en de maximale waarde van de wikkeling wordt bereikt, is het noodzakelijk om over te schakelen naar het "driehoekscircuit". In dit geval neemt het stroomverbruik ongeveer drie keer af. Maar er moet rekening mee worden gehouden dat niet elke stator normaal kan functioneren als hij in een deltaconfiguratie is aangesloten.

Snelheidscontrole

Frequentieomvormers worden steeds populairder in de industrie en het dagelijks leven. Met hun hulp kunt u de rotatiesnelheid van de rotor veranderen met een lichte beweging van uw hand. Het is vermeldenswaard dat AC-motoren in de meeste mechanismen worden gebruikt in combinatie met frequentieomvormers. Het maakt fijnafstelling van de aandrijving mogelijk zonder dat er magnetische starters nodig zijn. Alle besturingen zijn aangesloten op contacten op de frequentieomvormer. Met de instellingen kunt u de acceleratietijd van de elektromotorrotor, de stop, de tijd van minimale en maximale snelheid en vele andere beveiligingsfuncties wijzigen.

Conclusie

Nu weet je hoe een AC-motor werkt. Ze bestudeerden zelfs het ontwerp van de populairste asynchrone motor. Het is de goedkoopste van alle producten op de markt. Bovendien is het voor de normale werking niet nodig om verschillende hulpapparaten te gebruiken. In het bijzonder reostaten. En alleen zo'n toevoeging als een frequentieomvormer kan de werking van een asynchrone elektromotor vergemakkelijken en de mogelijkheden ervan aanzienlijk uitbreiden.

De elektromotor is een speciale omvormer. Dit is een machine waarbij elektrische energie wordt omgezet en omgezet in mechanische energie. Het werkingsprincipe van de motor is gebaseerd op elektromagnetische inductie. Er zijn ook elektrostatische motoren. Zonder speciale toevoegingen is het mogelijk om motoren te gebruiken die zijn gebaseerd op andere principes van het omzetten van elektriciteit in beweging. Maar weinig mensen weten hoe een elektromotor werkt en hoe deze werkt.

Hoe het apparaat werkt

Een AC-motor bevat vaste en bewegende delen. De eerste omvatten:

• stator;
• inductor.

Stator vindt toepassing in machines synchroon en asynchroon type. De inductor wordt gebruikt in DC-machines. Het bewegende deel bestaat uit een rotor en een anker. De eerste wordt gebruikt voor synchrone en asynchrone apparaten, terwijl het anker wordt gebruikt voor apparatuur met constante prestaties. De functie van de inductor ligt bij motoren met een laag vermogen. Hierbij wordt vaak gebruik gemaakt van permanente magneten.

Als we het hebben over hoe een elektromotor werkt, is het noodzakelijk om te bepalen tot welke klasse apparatuur een bepaald model behoort. Bij het ontwerp van een asynchrone motor is de rotor:

• kortgesloten;
• fase, dat wil zeggen met een wikkeling.

Dit laatste type wordt gebruikt als het nodig is om de startstroom te verminderen en draaisnelheid aanpassen asynchrone elektromotor. Meestal hebben we het over kraanelektromotoren, die veel worden toegepast in kraaninstallaties.

De kraan is mobiel en wordt gebruikt in DC-machines. Dit kan een generator of motor zijn, maar ook een universele motor die volgens hetzelfde principe werkt. Het wordt gebruikt in elektrisch gereedschap. In feite is een universele motor dezelfde motor met constante prestaties, waarbij sequentiële bekrachtiging plaatsvindt. Het enige verschil betreft wikkelberekeningen. Er is hier geen sprake van reactantie. Het gebeurt:

• capacitief;
• inductief.

Dat is de reden waarom elk elektrisch gereedschap, als de elektronische eenheid ervan wordt verwijderd, op gelijkstroom kan werken. Maar tegelijkertijd zal de spanning in het netwerk lager zijn. Het werkingsprincipe van een elektromotor wordt bepaald aan de hand van de componenten waaruit hij bestaat en voor welke doeleinden hij bedoeld is.

Werking van een driefasige asynchrone motor

Bij aansluiting op het netwerk wordt een roterend magnetisch veld gevormd. Het wordt opgemerkt in de stator en dringt door de kortgesloten rotorwikkeling. Het gaat in inductie. Hierna begint de rotor, in overeenstemming met de wet van Ampere, te draaien. De bewegingsfrequentie van dit element hangt af van de frequentie van de voedingsspanning en het aantal magnetische polen dat in paren wordt weergegeven.

Het verschil tussen de rotorsnelheid en het magnetische veld van de stator wordt uitgedrukt als slip. Motor asynchroon genoemd, omdat de rotatiefrequentie van het magnetische veld consistent is met de rotatiefrequentie van de rotor. Een synchrone motor heeft verschillen in ontwerp. De rotor wordt aangevuld met een permanente magneet of een elektromagneet. Het bevat elementen zoals een eekhoornkooi om te lanceren en permanente magneten. Elektromagneten kunnen ook hun rol spelen.

Bij een asynchrone motor valt de rotatiesnelheid van het magnetische veld van de stator samen met die van de rotor. Voor het inschakelen worden asynchrone elektromotoren van het hulptype of een rotor met een eekhoornkooiwikkeling gebruikt. Asynchrone motoren hebben een brede toepassing gevonden op alle technische gebieden.

Dit geldt met name voor driefasige motoren, gekenmerkt door eenvoud van ontwerp. Ze zijn niet alleen betaalbaar, maar ook betrouwbaarder dan elektrische. Ze hebben vrijwel geen verzorging nodig. De naam asynchroon die eraan wordt gegeven, is te danken aan de niet-synchrone rotatie van de rotor in een dergelijke motor. Als er geen driefasig netwerk is, kan een dergelijke motor worden aangesloten op een enkelfasig stroomnetwerk.

De stator van een asynchrone elektromotor bevat een pakket. Het bevat gelakte elektrische staalplaten met een dikte van 0,5 mm. Ze hebben groeven waar de wikkeling wordt gelegd. De drie fasen van de wikkeling zijn met elkaar verbonden door een driehoek of ster, die ruimtelijk 120 graden verschoven zijn.

Als we het hebben over de rotor van een elektromotor, waarin zich sleepringen in de groeven bevinden, wordt hier een situatie waargenomen die vergelijkbaar is met de statorwikkeling. Dit is het geval als deze is verbonden door een ster of als de begineinden van de fasen zijn verbonden door drie sleepringen die op de as zijn bevestigd. Wanneer de motor draait, kunt u een regelweerstand op de wikkelfasen aansluiten om de rotatiesnelheid te regelen. Na een succesvolle aanloop worden de sleepringen kortgesloten en daarom vervult de rotorwikkeling dezelfde functies als bij een kortgesloten product.

Moderne classificatie

Gebaseerd op het principe van koppelopwekking, zijn elektromotoren onderverdeeld in magneto-elektrisch en hysteresis. De laatste groep verschilt doordat het koppel hier wordt gevormd als gevolg van hysteresis wanneer de rotor overmatig wordt gemagnetiseerd. Dergelijke motoren worden niet als klassiek beschouwd en zijn niet zo gebruikelijk in de industrie. De meest voorkomende zijn magneto-elektrische modificaties, die in twee grote groepen zijn verdeeld, afhankelijk van de verbruikte energie. Dit zijn AC- en DC-motoren. Er zijn ook universele modellen beschikbaar die door beide soorten elektrische stroom kunnen worden aangedreven.

Belangrijkste kenmerken

Het zou correct zijn om deze apparaten niet-fase-elektrisch te noemen. Dit komt doordat de fases hier wisselen direct in de motor. Hierdoor wordt de motor aangedreven door zowel directe als wisselstroom, met evenveel succes. Deze groep is verdeeld volgens de wijze van faseschakeling en de aanwezigheid van terugkoppeling. Ze zijn verkrijgbaar in klep- en spruitstuktypes.

Wat het type excitatie betreft, zijn commutatormotoren onderverdeeld in modellen met zelfexcitatie, motoren met onafhankelijke excitatie van permanente magneten en elektromagneten. Het eerste type wordt op zijn beurt geclassificeerd in motoren met seriële, parallelle en gemengde bekrachtiging.

Borstelloze of klepbediende producten werken op elektriciteit. Daarin vindt faseschakeling plaats via een speciale elektrische eenheid, een omvormer genaamd. Dit proces kan worden uitgerust met feedback wanneer de rotorpositiesensor is geactiveerd of zonder feedback. Een dergelijk apparaat kan feitelijk worden gepositioneerd als een analoog van een asynchroon apparaat.

Pulserende stroomeenheden

Zo'n motor is elektrisch en wordt aangedreven door een pulserende elektrische stroom. De ontwerpkenmerken zijn vergelijkbaar met die van DC-apparaten. De ontwerpverschillen met een motor met constante prestaties bestaan ​​uit de aanwezigheid van gelamineerde inzetstukken voor het gelijkrichten van wisselstroom. Het wordt gebruikt op elektrische locomotieven met speciale installaties. Kenmerkend is de aanwezigheid van een compensatiewikkeling en een aanzienlijk aantal poolparen.

AC-modificaties

Een motor is een apparaat dat wordt aangedreven door wisselstroom. Deze eenheden zijn asynchroon en synchroon. Het verschil is dat bij asynchrone machines de magnetomotorische kracht van de stator beweegt met de rotatiesnelheid van de rotor. Bij asynchrone apparatuur is er altijd een verschil tussen de rotatiesnelheid van het magnetische veld en de rotor.

Een synchrone elektromotor werkt op wisselstroom. De rotor roteert hier in overeenstemming met de beweging van het magnetische veld van de voedingsspanning. Synchrone elektromotoren zijn onderverdeeld in modificaties met veldwikkelingen, met permanente magneten, evenals reactieve modificaties, hysterese, stappenmotoren, hybride reactieve typen apparaten.

Er is ook een zogenaamd reactief-hysterese-type. Er worden ook modellen met stappeneenheden geproduceerd. Hier wordt een bepaalde positie van de rotor vastgelegd door stroom te leveren aan bepaalde zones van de wikkeling. De overgang naar een andere positie wordt bereikt door de spanning van sommige wikkelingen te verwijderen en naar andere gebieden te verplaatsen. Er worden elektrische klepreluctantiemodellen gevormd voeding van wikkelingen via halfgeleiderelementen. Een asynchroon apparaat heeft een rotorsnelheid die verschilt van de frequentie van het roterende magnetische veld. Het wordt gecreëerd door de voedingsspanning. Dergelijke modellen zijn tegenwoordig het meest wijdverspreid.

Universele verzamelapparatuur

Zo'n unit kan op wissel- en gelijkstroom werken. Het is gemaakt met een serie-bekrachtigingswikkeling met een vermogen tot 200 W. De stator is gemaakt van speciaal elektrisch staal. De bekrachtigingswikkeling wordt volledig op een constante spanning en gedeeltelijk op een variabele spanning uitgevoerd. De nominale spanning voor wisselstroom is 127 en 220 V, dezelfde indicatoren voor de constante parameter zijn 110 en 220 V. Ze worden gebruikt in elektrisch gereedschap en huishoudelijke apparaten.

Hoe een elektromotor werkt, hangt af van het feit of deze tot een bepaald type apparaat behoort. AC-modificaties die worden gevoed vanuit een industrieel netwerk van 50 Hz zorgen ervoor dat de rotatiesnelheid niet hoger wordt dan 3000 rpm. Dat is de reden waarom, om significante frequenties te verkrijgen, een commutatormotor van het elektrische type wordt gebruikt. Het is ook lichter en kleiner dan apparaten met variabele snelheid en vergelijkbaar vermogen.

In hun relatie worden speciale transmissiemechanismen gebruikt die de kinematische parameters van het mechanisme transformeren naar acceptabele parameters. Bij gebruik van frequentieomvormers en in de aanwezigheid van een hoogfrequent netwerk zijn AC-motoren lichter en hebben ze kleinere commutatorcomponenten.

De levensduur van asynchrone modellen met variabele indicatoren is aanzienlijk hoger dan die van collectormodellen. Het wordt bepaald door de staat van de lagers en de kenmerken van de wikkelingsisolatie.

Een synchrone motor, die een rotorpositiesensor en een omvormer heeft, wordt beschouwd als het elektronische equivalent van een geborstelde gelijkstroommotor. In feite is het een elektromotor met commutator waarvan de statorwikkelingen in serie zijn geschakeld. Ze zijn ideaal geoptimaliseerd voor gebruik met huishoudelijke elektriciteit. Een dergelijk model kan, ongeacht de polariteit van de spanning, in één richting worden gedraaid, omdat de serieschakeling van de wikkelingen en de rotor een verandering van de polen ten opzichte van de magnetische velden garandeert. Dienovereenkomstig blijft het resultaat in één richting gericht.

Een stator van magnetisch zacht materiaal is geschikt voor gebruik op wisselstroom. Dit is mogelijk als de weerstand tegen het omkeren van de magnetisatie onbeduidend is. Om wervelstroomverliezen te verminderen, is de stator gemaakt van geïsoleerde lamellen. Het blijkt zetwerk. Het bijzondere is dat het stroomverbruik beperkt is vanwege de inductieve reactantie van de wikkelingen. Dienovereenkomstig wordt geschat dat het motorkoppel maximaal wordt en varieert van 3 tot 5. Om motoren voor algemeen gebruik dichter bij de mechanische eigenschappen te brengen, worden sectiewikkelingen gebruikt. Ze hebben afzonderlijke conclusies.

Het is opmerkelijk dat sommige soorten bacteriën voor hun beweging een elektromotor gebruiken die uit verschillende eiwitmoleculen bestaat. Het is in staat de energie van elektrische stroom te transformeren in de vorm van de beweging van protonen in de rotatie van het flagellum.

Het synchrone heen en weer gaande bewegingsmodel werkt zo dat het bewegende deel van het apparaat is uitgerust met permanente magneten. Ze zijn op het gordijn bevestigd. Door middel van stationaire elementen worden permanente magneten blootgesteld aan een magnetisch veld en bewegen ze de staaf heen en weer.