Что такое двигатель постояного тока

Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И на справочной табличке мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Устройство и принцип работы электродвигателя

Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины. Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора. Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее.

Существует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу действия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим основные типы этих электрических машин.

По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвигатели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – магнитоэлектрические.

По типу напряжения питания различают:

• Электродвигатели постоянного тока.
• Двигатели переменного тока.
• Универсальные электрические машины.

По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и вертикально расположенным валом. Кроме того, электрические машины классифицируют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попадания влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.

Классы электродвигателей:

• Постоянного тока
  • Бесщеточные ЕС (электронно-коммутируемые)
  • Со щетками
    • С последовательным возбуждением
    • С параллельным возбуждением
    • Со смешанным возбуждением
    • С постоянными магнитами

• Переменного тока
  • Универсальные
  • Синхронные
  • Индукционные
    • Однофазные
    • Трехфазные

Таблица классификации электронных двигателей:

Электродвигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока широко применяются в качестве привода электротранспорта, промышленного оборудования, а также микропривода исполнительных механизмов. Такие электрические машины обладают следующими преимуществами:

• Возможность регулировки частоты вращения путем изменения напряжения в обмотке возбуждения. При этом крутящий момент на валу ДПТ (двигатели постоянного тока) остается неизменным.
• Высокий к.п.д. (коэффициент полезного действия) у машин постоянного тока несколько выше, чем у самых распространенных асинхронных двигателей переменного тока. При неполной нагрузке на валу к.п.д. ДПТ выше на 10-15%.
• Возможность изготовления ДПТ небольших габаритов. Практически все используемые микроприводы рассчитаны на постоянный ток.
• Простота схем управления. Для пуска, реверса и регулирования скорости и момента не требуется сложного электронного оборудования и большого количества аппаратов для коммутации.
• Возможность работы в режиме генератора. Электродвигатели такого типа можно использовать в качестве источников постоянного тока.
• Высокий пусковой момент. ДПТ используют в составе электроприводов кранов, тяговых и грузоподъемных механизмов, где требуется запуск под значительной нагрузкой.

ДПТ различают по способу возбуждения, они бывают:

• С постоянными магнитами. Такие двигатели отличаются малыми габаритами. Основная область их применения – микроприводы.
• С электромагнитным возбуждением.

Электрические машины с электромагнитами такого типа получили самое широкое распространение. Их классифицируют по способу подключения обмотки статора:

• Двигатели с параллельным возбуждением. Обмотки якоря и статора в электрической машине такого типа соединены параллельно. Такие электрические машины не требуют дополнительного источника питания для обмотки возбуждения, скорость вращения ротора практически не зависит от нагрузки. Их используют для привода металлорежущих станков и другого оборудования.
• Электродвигатели с последовательно включенной обмоткой статора. ДПТ этого типа имеют значительный пусковой момент. Их применяют в качестве привода электротранспорта и промышленных установок с необходимостью пуска под нагрузкой.
• Двигатели с независимым возбуждением. Для питания обмотки статора таких электромашин используется независимый источник постоянного тока. ДПТ такого типа отличаются широким диапазоном регулирования скоростей.
• Электрические машины со смешанным возбуждением. Электромагнит возбуждения в таких двигателях поделен на 2 части. Одна из них включена параллельно, вторая последовательно обмотке якоря. Электрические машины такого типа используются в механизмах и оборудовании, где необходим высокий пусковой момент, а также переменная и постоянная скорость при переменном моменте.

Электродвигатели переменного тока

Электрические машины такого типа широко используют для приводов всех типов технологического оборудования, электроинструментов, автоматических регуляторов. По наличию разности между скоростью вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора различают синхронные и асинхронные двигатели.

Асинхронные электродвигатели

Благодаря дешевизне и простоте конструкции электрические машины такого типа получили самое широкое распространение. Их принципиальное отличие – наличие так называемого скольжения. Это разность между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электрической машины и скоростью вращение ротора. Напряжение на вращающейся части индуцируется за счет переменного магнитного поля обмоток статора двигателя. Вращение вызывает взаимодействие поля электромагнитов неподвижной части и магнитного поля ротора, возникающего под влиянием наведенных в нем вихревых токов. По особенностям обмоток статора выделяют:

• Однофазные двигатели переменного тока. Двигатели такого типа требуют для пуска наличия внешнего фазосдвигающего элемента. Это может быть пусковой конденсатор или индуктивное устройство. Область применения однофазных двигателей – маломощные приводы.
• Двухфазные электрические машины. Такие двигатели имеют 2 обмотки со смещенными относительно друг друга фазами. Их также используют для бытовых устройств и оборудования, имеющего небольшую мощность.
• Трех- и многофазные электродвигатели. Наиболее распространенный тип асинхронных машин. Электрические двигатели такого типа имеют от 3-х и более обмоток статора, сдвинутых по фазе на определенный угол.

По конструкции ротора асинхронные электрические машины делят на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.

Обмотка ротора электрических машин первого типа представляет собой несколько неизолированных стержней, выполненных из сплавов меди или алюминия, замкнутых с двух сторон кольцами (конструкция “беличья клетка”). Асинхронные двигатели такого типа обладают следующими преимуществами:

• Достаточно простая схема пуска. Такие электрические машины можно подключать непосредственно к электрической сети через аппараты коммутации.
• Допустимость кратковременных перегрузок.
• Возможность изготавливать электрические машины высокой мощности. Двигатель такого типа не содержит скользящих контактов, препятствующих наращиванию мощности.
• Относительно простое ТО и ремонт. Асинхронные электромашины имеют несложную конструкцию.
• Невысокая цена. Двигатели асинхронного типа стоят дешевле синхронных машин и ДПТ.

Электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют свои недостатки:

• Предельная скорость вращения составляет не более 3000 об/мин при входе в синхронный режим.
• Технически сложная реализация регулирования частоты вращения.
• Высокие пусковые токи при прямом запуске.

Электродвигатели с фазным ротором частично лишены недостатков, присущих машинам с ротором конструкции “беличья клетка”. Вращающаяся часть электрической машины такого типа имеет обмотки, соединенные в схему “звезда”. Напряжение подводится к обмотке через 3 контактных кольца, закрепленных на роторе и изолированных от него.

Такие электродвигатели обладают следующими достоинствами:

• Возможность ограничивать пусковые токи при помощи резистора, включенного в цепь электромагнитов ротора.
• Больший, чем у электромашин с короткозамкнутым ротором, пусковой момент.
• Возможность регулировки скорости.

Недостатками таких двигателей являются относительно большие габариты и масса, высокая цена, более сложный ремонт и сервисное обслуживание.

Синхронные двигатели переменного тока

Как и в асинхронных электродвигателях, вращение ротора в синхронных машинах достигается взаимодействием полей ротора и статора. Скорость вращения ротора таких электрических машин равна частоте магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Обмотка неподвижной части двигателя рассчитана на питание от трехфазного напряжения. К электромагнитам ротора подключается постоянное напряжение. Различают явнополюсные и неявнополюсные обмотки. В синхронных двигателях малой мощности используют постоянные магниты.

Запуск и разгон синхронной машины осуществляется в асинхронном режиме. Для этого на роторе двигателя имеется обмотка конструкции “беличья клетка”. Постоянное напряжение подается на электромагниты только после разгона до номинальной частоты асинхронного режима. Синхронные двигатели имеют следующие особенности:

• Постоянная скорость вращения при переменной нагрузке.
• Высокий к.п.д. и коэффициент мощности.
• Небольшая реактивная составляющая.
• Допустимость перегрузки.

К недостаткам синхронных электродвигателей относятся:

• Высокая цена, относительно сложная конструкция.
• Сложный пуск.
• Необходимость в источнике постоянного напряжения.
• Сложность регулировки скорости вращения и момента на валу.

Все недостатки электрических машин переменного тока можно исправить установкой устройства плавного пуска или частотного преобразователя. Обоснование выбора того или иного устройства обусловлено экономической целесообразностью и требуемыми характеристиками электропривода.

Универсальные двигатели

В отдельную группу выделяют универсальные электродвигатели, которые могут работать от сети переменного тока и от источников постоянного напряжения. Они используются в электроинструментах, бытовой технике, а также других маломощных устройствах. Конструкция такой электрической машины принципиально не отличатся от двигателя постоянного тока. Главное отличие – конструкция магнитной системы и обмоток ротора. Магнитная система состоит из изолированных друг от друга секций для снижения магнитных потерь. Обмотка ротора такой машины поделена на 2 части. При питании от переменного тока напряжение подается только на ее половину. Это делается в целях снижения радиопомех, улучшения условий коммутации.

К преимуществам таких машин относятся:

• Высокая скорость вращения. Универсальные электродвигатели развивают скорость до 10 000 об/мин и более.
• Питание от переменного и постоянного напряжения. Двигатели такого типа широко применяют для электроинструментов, имеющих дополнительные аккумуляторные батареи.
• Возможность регулирования скорости без использования дополнительных устройств.

Однако, такие электромашины имеют свои недостатки:

• Ограниченная мощность.
• Необходимость обслуживания коллекторного узла.
• Тяжелые условия коммутации при питании от переменного напряжения из-за наличия трансформаторной связи между обмотками.
• Электромагнитные помехи при подключении к сети переменного тока.

Каждый тип двигателя имеет свои достоинства и недостатки. Выбор электрической машины для привода любого оборудования делается исходя из условий эксплуатации, требуемой частоты вращения, экономической целесообразности, типа нагрузки и других параметров.

Электродвигатели постоянного тока

Категория: постоянный ток

Заводы производители электродвигателей постоянного тока: Псковский электромашиностроительный завод, Татэлектромаш, Кросна-Мотор, Карпинский электромашиностроительный завод, Динамо Энерго, Электросила (Силовые машины), Сибэлектропривод, Белгородский электротехнический завод, Островский завод электрических машин

Серии двигателей:

• для большегрузных самосвалов – ДПТВ, ЭК, ДК, ЭДП
• для железнодорожного транспорта – П, ЭК, ДК, ДТК, ЭДУ, 4ПНЖ, ЭДТ, ЭДК, ДПТ
• для экскаваторов – ДЭ, Д, ЭК, ДЭВ, ДЭ (В), ДПЭ, ДМПЭ, ДПВ, КРЭ
• для городского электротранспорта – ДПУР, КР
• для кранов – Д, МПЭ
• для судов – ДПМ, ТДП
• для буровых – Д808Б, КР, ДК, МПБ, 4П, ДПБ
• для шахт – ДПТ, ДАТВ и ДАКВ
• общепромышленное/общее применение – 4П, КР, Д808К

Применение

Двигатели постоянного тока (ДПТ) приводят во вращение механизмы, требующие больших пусковых вращающих, моментов и широкого регулирования частоты вращения. Данные электродвигатели широко применяются в городском и железнодорожном транспорте, в судостроении, при работе кранов и в других областях. При выборе электродвигателя неоходима консультация с заводом производителем.

Цена на двигатели постоянного тока зависит от типа двигателя и его комплектации:

• Бренда производителя
• Параметров мощности
• Линейных размеров двигателя
• Наличия защиты от пыли и влаги
• Способа монтажа

Преимущества двигателей постоянного тока:

• Простота конструкции и ремонтопригодность
• Надежность и безопасность оборудования может быть повышена за счет установки дополнительных датчиков, уплотнителей и др.
• Возможность и простота регулировки скорости вращения
• Компактные габариты, применение в ограниченном пространстве
• Широкое распространение и применение в различных отраслях

Устройство двигателя постоянного тока

Конструктивно ДПТ устроен по принципу взаимодействия магнитных полей. Коллектроный э лектродвигатель постоянного тока состоит из частей:

• Статора — неподвижная часть двигателя. Включают постоянные магниты повернутых разными полюсами к обмоткам.
• Ротора – вращающееся часть. Расположен на валу и включает обмотки с сердечниками.
• Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу двигателя.
• Щёток — передают электроток через коллектор до обмоток возбуждения.

Рисунок 1 — Устройство коллекторного двигателя постоянного тока . 1- якорь, 2 — сердечник полюса, 3 — обмотка полюса, 4 — вентилятор, 5 — статор, 6 — щётки, 7 — коллектор

Технические характеристики двигателей ДПЭ, ДПВ постоянного тока для экскаваторов

Габариты для двигателей ДПВ постоянного тока для экскаваторов

Двигатели постоянного тока

Двигателями постоянного тока называются электрические машины постоянного тока, преобразующие электрическую энергию в механическую.

В двигателе магнитные поля создаются полюсами обмотки возбуждения и обмоткой якоря, по которым пропускается ток. При пропускании через них постоянного тока, якорь машины придет во вращение. Направление вращения якоря определяется правилом левой руки. При этом, если изменить направление тока в якоре или в обмотке возбуждения, то направление вращения двигателя также изменится.

При работе электродвигателя его якорь с обмоткой, вращаясь в магнитном поле, создаваемом магнитами полюсов, пересекает силовые магнитные линии магнитного потока полюсов и, следовательно, согласно закону электромагнитной индукции, в обмотке якоря индуктируется э. д. с. Направление этой э. д. с. обратно направлению тока, текущего в обмотке якоря (определяется по правилу правой руки), ввиду чего она называется обратной э. д. с. или противоэлектродвижущей силой (п. э. д. с.).

Необходимо заметить, что во время пуска двигателя противоэлектродвижущая сила будет равна нулю и ток якоря может достигнуть недопустимо большого значения, так как сопротивление обмотки якоря незначительно. Поэтому в момент пуска в цепь якоря последовательно вводят дополнительное сопротивление—пусковой реостат, выполняющий роль дополнительного сопротивления при пуске во избежание разрушения обмотки якоря. С началом вращения якоря нарастает п. э. д. с., снижающая величину тока в якоре, поэтому по мере раскручивания двигателя (с увеличением числа оборотов двигателя), сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают и совсем выключают, как только двигатель разовьет номинальное число оборотов, так как в этом случае обмотка якоря перегрузки испытывать не будет.

Электродвигатели постоянного тока, так же как и генераторы, в зависимости от способа включения обмоток возбуждения и якоря подразделяются на двигатели:

• с независимым возбуждением;
• с последовательным возбуждением или сериесные;
• с параллельным возбуждением или шунтовые;
• смешанного возбуждения или компаундные;

На судах морского флота электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения с легкой параллельной обмоткой применяются для привода в действие палубных механизмов (брашпилей, шпилей, лебедок, кранов), где требуется большой вращающий момент при пуске. Электродвигатели постоянного тока параллельного возбуждения применяются для привода механизмов, у которых необходимо иметь постоянное число оборотов независимо от их нагрузки и у которых не требуется наличие большого пускового момента (вспомогательные механизмы и насосы, обслуживающие главные двигатели и судовые системы, станки и т. д.).

Электродвигатели постоянного тока смешанного возбуждения применяются для привода в движение механизмов, требующих большого пускового момента и сохранения постоянного числа оборотов, а также имеющих значительный маховой момент (палубные механизмы, рулевые приводы, валоповоротные устройства и др.).

Наиболее широкое распространение эти двигатели получили за свои положительные качества, к которым можно отнести:

• большой пусковой момент;
• способность выносить значительную перегрузку;
• допустимость регулировки числа оборотов в широких пределах;
• сохранение постоянного числа оборотов при изменяющейся нагрузке.

По конструктивному выполнению электродвигатели делятся на электродвигатели с горизонтальным валом и электродвигатели с вертикальным валом.

По типу защиты от воздействия внешней среды электродвигатели бывают такие же, как и генераторы:

• открытые;
• защищенные;
• брызгозащищенные;
• водозащищенные;
• герметические;
• взрывобезопасные;

Процессы управления электродвигателями постоянного тока сводятся в основном к выполнению следующих операций:

• пуску в ход электродвигателя;
• остановке;
• торможению;
• реверсированию и регулированию скорости вращения электродвигателя

Эти операции могут быть выполнены вручную, автоматически или полуавтоматически при помощи соответствующей аппаратуры управления (пусковые и регулировочные реостаты, электрические и механические тормозные устройства и др.).

Пусковые реостаты устанавливают для ограничения силы пускового тока. Число оборотов электродвигателя регулируют изменением напряжения на зажимах якоря или изменением магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения (т. е. изменением силы тока возбуждения электродвигателя при помощи регулировочного реостата). Для быстрой остановки электродвигателей необходимо применять торможение. Торможение электродвигателей постоянного тока может быть механическим и электрическим.

Механическое торможение осуществляется при помощи колодочных, ленточных и дисковых тормозов.

Электрическое торможение может быть произведено или в виде полезного торможения, при котором двигатель обращается в генератор и возвращает электрическую энергию в сеть, или же в виде реостатного торможения, при котором электрическая энергия превращается в тепловую, выделяющуюся в реостате.

Изменить направление вращения электродвигателя постоянного тока можно двумя способами: изменением направления тока в полюсных обмотках возбуждения, оставив направление тока в обмотке якоря без изменения; изменением направления тока в обмотке якоря, оставив без изменения направление тока в полюсных обмотках возбуждения. Если одновременно изменить направление тока и в обмотке якоря, и в обмотке возбуждения, то направление вращения двигателя не изменится.