Что такое напряжение питания двигателя

Моторы постоянного тока

В данной статье рассматриваются моторы постоянного тока (DC-моторы): их устройство и характеристики.

Понятие мотора

Электромотор — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. То есть, устройство на которое надо подать электрический ток, а в замен получить вращение вала мотора.

Типичный мотор постоянного тока изображён ниже.

Устройство DC-мотора

Разберёмся как устроен мотор постоянного тока на примере простейшей модели.

У нас есть магнитное поле, генерируемое полюсами магнита и металлическая рамка. На клеммы «+» и «-» подаётся питающее напряжение (U_p) мотора и по рамке начинает проходить постоянный электрический ток (I_p). На любой проводник, по которому проходит электрический ток, действует, так называемая, сила Ампера (F_a), направление которой зависит от направления тока вдоль проводника. Так как ток проходит от плюса к минусу, получается, что на одной стороне рамки ток направлен слева-направо, а на другой справа-налево. Поэтому сила Ампера на противоположных сторонах рамки направлена в разные стороны. Рамка начинает вращаться. Если подать питающее напряжение наоборот — направление тока изменится и рамка начнет вращение в противоположную сторону.

Для большей наглядности, можно посмотреть видео.

Характеристики моторов постоянного тока

Рассмотрим основные характеристики мотора.

Электрические параметры

Рабочее напряжение — диапазон допустимых питающих напряжений. Чем питающее напряжение будет больше, тем больше будет мощность мотора и скорость вращения. Однако, бесконечно повышать напряжение нельзя, так как с каждым новым вольтом, повышается риск того, что мотор перегорит.

Для наглядности, проведем эксперимент: будем постепенно повышать питающее напряжение мотора, при этом будем контролировать потребляемый ток мультиметром.

Первое, что бросается в глаза — при повышении напряжения от 3 до 9 В, ток изменяется от 40 до 60 мА. Получается, что при увеличении напряжения в 3 раза, ток потребления увеличился всего 2 раза.

Теперь вспомним закон Ома:

Отсюда видно, что, при постоянном сопротивлении провода, ток в цепи должен увеличиваться во столько же раз, во сколько увеличивается напряжение. То есть, обмотка мотора (проволочная рамка) должна иметь переменное сопротивление.

Разберемся с этим парадоксом. Нашу проволочную рамку постоянно пронизывает магнитное поле. Если рамка начинает вращаться, то под действием магнитных сил, в ней возникает напряжение, направленное на противодействие внешних сил, то есть, против внешнего напряжения, которое мы подаем на мотор. Потому, в данном случае, закон Ома надо рассматривать вот так:

,

где E — обратная электродвижущая сила (наведённое магнитным полем напряжение).

Чем быстрее вращается мотор, тем больше значение обратной электродвижущей силы, тем меньше будет потребляемый мотором ток. Поэтому, на холостом ходу мотор всегда потребляет меньший ток, чем под нагрузкой.

Номинальное напряжение — наиболее подходящее напряжение, для питания мотора, при котором мотор способен быстро вращаться, при этом не перегреваясь.

Ток без нагрузки — ток, потребляемый мотором на холостом ходу. Поскольку, на холостом ходу мотор вращается с максимальной скоростью, то потребляемый ток в таком режиме работы будет минимальным для конкретной модели мотора.

Ток при блокировке — ток, потребляемый мотором, при блокировке вала мотора. Данная величина тока потребления будет максимальной. Так как, блокировка вала означает — отсутствие вращения, поэтому будет полностью отсутствовать обратная электродвижущая сила. На практике данную величину можно измерить косвенно, не блокируя вал мотора. Для этого достаточно воспользоваться законом Ома:

U — напряжение питания. Его значение нам известно. R — сопротивление обмотки мотора. Данное значение можно измерить мультиметром, подключив его к клеммам мотора, как к обычному резистору.

Например, для нашего мотора измерим сопротивление обмотки R = 9.9 Ом. При напряжении питания 6 В, получаем:

Механические параметры

Диаметр выходного вала — диаметр подвижной оси мотора, которая совершает вращение.

Передача — полная аналогия с автомобилем. Внутри мотора установлена группа шестеренок, благодаря которым, можно, в известном соотношении, снизить скорость вращения вала мотора, но, при этом, увеличить его выходную мощность.

Скорость без нагрузки — скорость вращения вала мотора (количество оборотов в минуту) на холостом ходу.

Крутящий момент или момент силы — векторная физическая величина, характеризующая вращательное действие силы на твёрдое тело.

В нашем случае данная величина является произведением двух параметров: расстояние от оси мотора до точки прикрепления груза (см) и усилие (кг). Если вы собираете, например, дрель, то данная величина не должна вас сильно беспокоить. Однако, если вы хотите прикрепить к мотору втулку на вал, то надо помнить, что при увеличении диаметра втулки уменьшается максимальное усилие, которое может обеспечить мотор.

Неисправности электрооборудования и способы их устранения — Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях

Содержание материала

• Неисправности электрооборудования и способы их устранения
• Устройство силового трансформатора
• Принцип действия трансформатора, хх и кз
• Пускорегулирующая аппаратура
• Устройство электрических машин постоянного тока
• Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
• Двигатели постоянного тока с различными системами возбуждения
• Устройство синхронных машин
• Низкое сопротивление изоляции обмоток электрических машин
• Пропитка и сушка обмоток электрических машин
• Сушка обмоток силовых трансформаторов
• Способы сушки обмоток силовых трансформаторов
• Определение качества трансформаторного масла
• Механические неисправности электрических машин
• Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях
• Внутренний обрыв одной фазы статора асинхронного двигателя
• Другие неисправности асинхронного двигателя
• Неисправности обмоток статора и ротора асинхронного двигателя
• Соединение обмотки асинхронного двигателя с корпусом
• Междуфазное замыкание двигателя
• Маркировка выводных концов электрических машин переменного тока
• Определение паспортных данных асинхронного электродвигателя
• Установки повышенной частоты из двух асинхронных машин и их неисправности
• Неисправности машин постоянного тока и способы их устранения
• Маркировка выводных концов машин постоянного тока, паспортные данные
• Неисравности синхронных машин и способы их устраненияе
• Неисправности силовых трансформаторов и способы их устранения
• Разборка и сборка, маркировка выводных концов трансформатора
• Неисправности пускорегулирующей аппаратуры и способы их устранения
• Вопросы по технике безопасности при испытаниях и ремонте электрооборудования

НЕИСПРАВНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях
Отклонение напряжения питающей сети от номинального значения. Напряжение сельских электрических сетей колеблется в значительных пределах. Допускается отклонение напряжения у потребителей ±7,5%.
При пониженном напряжении сети уменьшается намагничивающий ток двигателя (ток холостого хода), снижается частота вращения ротора, увеличивается скольжение, растет роторный ток.
При пуске двигателя под нагрузкой резко уменьшаются пусковой и максимальный моменты и двигатель может не развернуться. Величина статорного тока при значительных нагрузках двигателя обыкновенно увеличивается, что ведет к перегреву обмоток статора и ротора. При значительном понижении напряжения двигатель может остановиться, при этом он потребляет очень большой ток.
При повышенном напряжении сети увеличивается намагничивающий ток двигателя (ток холостого хода), что ведет к перегреву активной стали статора; несколько увеличивается частота вращения; уменьшается скольжение; уменьшается роторный ток. Пусковой и максимальный моменты двигателя возрастают.
При значительных повышениях напряжения двигатель на холостом ходу потребляет ток, близкий к номинальному, а под нагрузкой величина статорного тока может быть выше номинального значения. Коэффициент мощности двигателя уменьшается, обмотка статора перегревается за счет теплопередачи от чрезмерно нагретой активной стали и от протекающего по ней тока.
Из сказанного следует, что отклонение напряжения сети от номинального значения чаще всего приводит к перегреву обмотки двигателя, перегрев обмотки в сильной степени сокращает срок службы изоляции. В конечном счете происходит пробой изоляции между обмоткой и корпусом, между фазами статора или между витками.
При отклонениях напряжения необходимо уменьшить нагрузку, чтобы ток статора был номинальным. В некоторых случаях можно увеличить или уменьшить напряжение путем перестановки анцапфного переключателя трансформатора. Иногда приходится увеличивать сечение проводов питающей сети.
Асимметрия напряжения питающей сети. При неравномерной нагрузке фаз сети напряжение становится асимметричным — неодинаковым между отдельными фазами. Асимметрия напряжения приводит к тому, что токи в фазах обмотки статора электродвигателя резко отличаются один от другого. Фаза с большим током может перегреваться выше допустимых пределов даже при небольшой асимметрии напряжения. Кроме того, перегревается активная сталь ротора двигателя. Асимметрия напряжения мало влияет на момент двигателя и на частоту вращения. Асимметрию напряжения можно обнаружить с помощью вольтметра, а также измерением величины тока в отдельных фазах двигателя, например токоизмерительными клещами. При асимметрии напряжения необходимо уменьшить нагрузку на электродвигатели и устранить неравномерную нагрузку фазы.
Обрыв фазы питающей сети. При обрыве фазы сети работающие трехфазные двигатели переходят в однофазный режим.
Если нагрузка двигателя до обрыва фазы была не более 60% номинальной, то двигатель продолжает работать с несколько худшими энергетическими показателями, частота вращения ротора уменьшается незначительно, температура обмоток находится в допустимых пределах. При больших нагрузках обмотка двигателя чрезмерно перегревается, а в отдельных случаях ротор двигателя останавливается и по двум фазам обмотки статора течет большой ток. Двигатель после остановки не может быть запущен даже на холостом ходу, так как в двигателе при однофазном токе получается пульсирующее магнитное поле. Обрыв одной из фаз питающей сети чаще всего бывает вследствие перегорания плавкой вставки, защищающей двигатель. При подозрении на обрыв одной из фаз сети следует двигатель остановить и пустить его вновь на холостом ходу. Если фаза оборвана, то двигатель гудит и не разворачивается.
Отсутствующую фазу можно найти с помощью вольтметра. Для этого питающие провода отключают от двигателя и ставят gод напряжение, вольтметр следует включать между линейными проводами: первым и вторым, вторым и третьим, третьим и первым. Вольтметр покажет напряжение из трех включений только один раз на целых проводах.
При обрыве фазы питающей сети все двигатели останавливают и принимают меры к восстановлению нормального напряжения.

Что такое напряжение питания двигателя

Сегодня, как в промышленности, так и в гражданской сфере, есть немало установок, электроприводов, технологий, где для питания требуется не переменное, а постоянное напряжение. К таким установкам относятся различные промышленные станки, строительное оборудование, двигатели электротранспорта (метро, троллейбус, погрузчик, электрокар), и другие установки постоянного тока разного рода.

Напряжение питания для некоторых из этих устройств должно быть изменяемым, чтобы например изменяющийся ток питания электродвигателя приводил бы к соответствующему изменению скорости вращения его ротора.

Один из первых способов регулировки постоянного напряжения — регулирование при помощи реостата. Затем можно вспомнить схему двигатель — генератор — двигатель, где опять же регулированием тока в обмотке возбуждения генератора достигалось изменение рабочих параметров конечного двигателя.

Но эти системы не экономичны, они считаются устаревшими, и гораздо более современными являются схемы регулирования на базе тиристоров. Тиристорное регулирование более экономично, более гибко, и не приводит к увеличению массо-габаритных параметров установки целиком. Однако, обо всем по порядку.

Реостатное регулирование (регулирование при помощи добавочных резисторов)

Регулирование при помощи цепи последовательно соединенных резисторов позволяет изменять ток и напряжение питания электродвигателя путем ограничения тока в его якорной цепи. Схематически это выглядит как цепочка добавочных резисторов, присоединенных последовательно к обмотке двигателя, и включенных между ней и плюсовой клеммой источника питания.

Часть резисторов может быть по мере надобности шунтирована контакторами, чтобы соответствующим образом изменился ток через обмотку двигателя. Раньше в тяговых электроприводах такой метод регулирования был распространен весьма широко, и за неимением альтернатив приходилось мириться с очень низким КПД в силу значительных тепловых потерь на резисторах. Очевидно, это наименее эффективный метод — лишняя мощность просто рассеивается в виде ненужного тепла.

Регулирование по системе двигатель — генератор — двигатель

Здесь напряжение для питания мотора постоянного тока получается на месте, при помощи генератора постоянного тока. Приводной мотор вращает генератор постоянного тока, который и питает в свою очередь мотор исполнительного механизма.

Регулирование рабочих параметров двигателя исполнительного механизма достигается путем изменения тока обмотки возбуждения генератора. Больше ток обмотки возбуждения генератора — большее напряжение подается на конечный двигатель, меньше ток обмотки возбуждения генератора — меньшее напряжение, соответственно, подается на конечный двигатель.

Данная система, на первый взгляд, более эффективна, чем просто рассеивание энергии в виде тепла на резисторах, однако и она отличается своими недостатками. Во-первых, система содержит две дополнительные, довольно габаритные, электрические машины, которые необходимо время от времени обслуживать. Во-вторых, система инерционна — соединенные три машины не в состоянии резко изменить свой ход. В результате снова КПД получается низким. Однако, на протяжении некоторого времени такие системы использовались на заводах в 20 веке.

Метод тиристорного регулирования

С появлением во второй половине 20 века полупроводниковых приборов, появилась возможность создания малогабаритных тиристорных регуляторов для двигателей постоянного тока. Двигатель постоянного тока теперь просто подключался к сети переменного тока через тиристор, и, варьируя фазу открывания тиристора, стало возможным получить плавное регулирование скорости вращения ротора двигателя. Этот метод позволил совершить рывок в подъеме КПД и быстродействия преобразователей для питания моторов постоянного тока.

Метод тиристорного регулирования и сейчас используется, в частности, для управления скоростью вращения барабана в автоматических стиральных машинах, где в качестве привода служит коллекторный высокооборотный мотор. Справедливости ради отметим, что аналогичный метод регулирования работает и в тиристорных диммерах, способных управлять яркостью свечения ламп накаливания.

Регулировка на базе ШИМ со звеном переменного напряжения

Постоянный ток при помощи инвертора преобразуется в переменный ток, который затем при помощи трансформатора повышается или понижается, после чего выпрямляется. Выпрямленное напряжение подается на обмотки электродвигателя постоянного тока. Возможно дополнительное импульсное регулирование посредством ШИМ-модуляции, тогда достигаемый эффект на выходе несколько похож на тиристорное регулирование.

Наличие трансформатора и инвертора в принципе приводит к удорожанию системы в целом, однако современная полупроводниковая база позволяет строить конверторы в виде готовых малогабаритных устройств с питанием от сети переменного тока, где трансформатор стоит высокочастотный импульсный, и в итоге габариты получаются небольшими, а КПД уже достигает 90%.

Импульсное управление

Система импульсного управления моторами постоянного тока похожа по своему устройству на импульсный DC-DC преобразователь. Этот метод является одним из наиболее современных, и именно его используют сегодня в электрокарах и внедряют в метро. Звено понижающего преобразователя (диод и дроссель) объединено в последовательную цепь с обмоткой мотора, и регулируя ширину подаваемых на звено импульсов, добиваются требуемого среднего тока через обмотку мотора.

Такие импульсные системы управления, по сути — импульсные преобразователи, отличаются более высоким КПД — более 90%, и обладают отличным быстродействием. Здесь открываются широкие возможности для рекуперации электроэнергии, что весьма актуально для станков с большой инерционностью и для электрокаров.

Ранее ЭлектроВести писали, что с уществующие электронные устройства, представленные на рынке, состоят из неорганических, неодушевленных материалов. Однако в лабораториях готовятся «микробы-киборги», которые скоро начнут производить электричество.

Напряжение, Ампер и и Ом двигателя постоянного тока

lumbric

Это может быть довольно простой вопрос. У меня маленький мотор постоянного тока (кажется, вот этот ). Эта веб-страница предполагает, что ему нужно 6V. У меня есть блок питания, который выдает 6 В и пишет «0,6 А». Но когда я подключаюсь к двигателю постоянного тока, он не поворачивается. Ни с 12 В (с тем же источником питания, установленным на 12 В). Я попробовал блок питания с 24 В и «600 мА». Двигатель постоянного тока работает от источника питания 24 В, но вращается очень быстро (возможно, слишком быстро).

Возможно ли, что 7,2 ВА от источника питания 12 В слишком мало? Таким образом, напряжение в порядке, но ему нужно больше энергии? Можно ли измерить сопротивление двигателя постоянного тока и использовать закон Ома для расчета величины Ампер в двигателе постоянного тока?

Обновление: Мотор пишет RS-54ORH DC491509 , поэтому я полагаю, что это тот, который я связал выше. И для этого на самом деле нужны несколько ампер! Но 6В вроде бы нормально.

Оли Глейзер

Для двигателя потребуется пусковой ток, который немного выше, чем рабочий ток, поэтому вполне возможно, что 600 мА недостаточно (я не могу определить размер по фотографии — некоторые измерения были бы полезны, так что грубое сравнение с двигателями аналогичного размера) может быть сделано)
На двигателе есть табличка напряжения / тока? На нем напечатан номер модели?

Что заставляет вас думать, что это именно тот двигатель? Многие выглядят одинаково.

В любом случае, если вы действительно не можете узнать больше об этом, вам придется сделать несколько тестов:

Если у вас есть прицел (или мультиметр, но он будет немного сложнее), измерьте напряжение на источнике питания, затем подключите двигатель. Если напряжение значительно падает (например, больше, чем на вольт или два), вполне вероятно, что двигатель пытается потреблять больше тока, чем может обеспечить источник питания.

Также проверьте сопротивление обмотки. Разделите рабочее напряжение на это, и вы получите представление о пусковом токе. Вполне возможно, что большой конденсатор или два через источник питания (например, дайте зарядиться крышке, затем используйте последовательный переключатель для включения двигателя), может помочь ему начать работу, если он не слишком далеко от отметки по мощности.

Вот таблица данных для двигателя 6 В постоянного тока, выбранного случайным образом:

Вы можете видеть, что пусковой ток составляет 3,51 А, что примерно в 4 раза превышает максимальный длительный ток 0,84 А. Если мы посмотрим на сопротивление обмотки 1,71 Ом, мы увидим, что 6 В / 1,71 = 3,51 А, так что это если ваш пиковый ток запуска (до того, как возникнет обратная ЭДС)

Измерения для этого двигателя: диаметр 22 мм и длина 32 мм. Если ваш двигатель имеет аналогичный размер или больше, то вполне возможно, что он имеет аналогичную или более высокую номинальную мощность и слишком много для блока питания (хотя это, очевидно, далеко не определенно, учитывая широко варьирующийся тип / качество двигателей)