Состав и классификация электрических двигателей
Электрический двигатель – это электромеханический преобразователь, в котором электроэнергия превращается в механическую.
В основу работы большинства современных электрических двигателей заложен принцип электромагнитной индукции. Двигатель состоит из подвижного ротора (или якоря для двигателей постоянного тока) и неподвижного статора. В маломощных машинах роль индуктора выполняют постоянные магниты, а в более мощных данная роль может быть отведена статору или ротору. В асинхронных электродвигателях ротор может быть короткозамкнутым или фазным. Фазный ротор, как правило, используется в машинах, в которых необходимо уменьшить пусковой электрических ток и регулировать частоту вращения. Все электродвигатели делятся на:
Статья: Расчет электрического двигателя
- Двигатели постоянного тока, в котором переключение фаз в самом двигателе. Данный вида двигателей классифицируется по наличию обратной связи и способу переключения (коллекторные и вентильные).
- Двигатели пульсирующего тока, питание которого осуществляется пульсирующим электрическим током.
- Двигатели переменного тока, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы данный вид двигателей делится на синхронные (ротор вращается синхронно с магнитным полем) и асинхронные (частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля).
- Универсальные коллекторные электродвигатели, которые могут работать на переменном и постоянном токе.
- Синхронные электрические двигатели возвратно-поступательного движения, принцип работы которых заключается в том, что через неподвижные обмотки пропускается переменный ток, а постоянные магниты, под действием магнитного поля (создаваемого обмотками) перемещают шток возвратно-поступательным образом.
Выбор электрических двигателей
Выбор электрического двигателя осуществляется по следующим основным показателям и характеристикам:
- Конструктивное исполнение.
- Номинальное напряжение.
- Род электрического тока.
- Особенности регулирования скорости.
- Номинальная мощность.
- Способ пуска.
- Номинальная скорость.
- Способ торможения.
Самым простым с точки зрения управления и устройства, а также степени надежности эксплуатации и имеющий наименьшую массу и габариты (при установленной мощности) является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. По защите от действия окружающей среды выбор электрического двигателя производится в соответствии с условиями его эксплуатации.
Пример расчета электрического двигателя постоянного тока независимого возбуждения
При расчете электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения с реостатным регулированием исходными данными будут являться номинальная механическая мощность на валу, номинальное напряжения питающей сети, частота вращения якоря, номинальный коэффициент полезного действия, сопротивление обмотки якоря при температуре 15 градусов, а также сопротивления обмотки возбуждения и дополнительных полюсов.
Сначала рассчитывается ток, который потребляется обмоткой якоря двигателя:
$Iаном = Pном /(nном*Uном)$
где: Pном - номинальная механическая мощность на валу; nном - номинальный коэффициент полезного действия; Uном - номинальное напряжение питающей сети.
Теперь рассчитаем электромагнитный вращающий момент двигателя:
$Мном = (Рном*30)/п*nном$
где, п = 3,14
Так как электромагнитный момент рассматриваемого двигателя пропорционален току обмотки якоря, то электромагнитный реостатный пусковой момент при Iaп =2* Iаном можно рассчитать следующим образом
$Mп = 2*Мном$
Таким образом, сопротивление пускового реостата можно определить из равенства:
$Iап = Uаном / (Ra+Rдп+Rп) = 2*Iаном$
Откуда
$Rп = (Uаном/(2*Iаном)) - Ra-Rдп$
где: Ra - сопротивление обмотки якоря при 15 градусах; Rдп - сопротивление добавочных полюсов.
Уравнение для естественной механической характеристики выглядит следующим образом:
Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Произведение СоФ можно получить из уравнения равновесия цепи якоря:
Затем рассчитывается искусственная механическая характеристика для регулирования при добавочном сопротивлении следующим образом:
$Ua = Ea+Ia*(Ra+Rдп)$
где Еа - электродвижущая сила
Так как Еа = СоФ*О, то получаем
$СоФ = (Uaном-(Ra+Rдп)*Iаном) / Оном$
$Оном = (п*nном) / 30$
После этого строится естественная механическая характеристика для данного электрического двигателя. Такая характеристика предоставляет данные об электромеханических свойствах рассчитываемого двигателя. По ней определяются рабочая номинальная скорость, изменение скорости при изменении нагрузки в статических режимах работы.
Затем рассчитывается искусственная механическая характеристика для регулирования при добавочном сопротивлении следующим образом:
Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где Rд - добавочное сопротивление.
Добавочное сопротивление рассчитывается по формуле:
$Rд = 9*(Ra+Rдп)$
После этого определяются скорости переключений пускового реостата, добавочные сопротивления по всем реостатным характеристиками и выбирается реостат подходящий по полученным результатам.
