Что такое компаундный двигатель

Что такое компаундный двигатель

Рейтинг 2.6/5 (64 голосов)

Эл. двигатели , несомненно, одно из самых используемых устройств в современном индустриальном мире. Практически, везде можно обнаружить необходимость использования эл. двигателя. В любой отрасли, сфере деятельности эти труженики постоянно что-то вращают, перемещают, толкают или двигают. Одним словом что-то делают. Возьмём, к примеру, бытовую технику. Это и привод компрессора в холодильнике, и «вращатель» барабана в стиральной машине, и обычный вентилятор. А как себе представить кухонный комбайн без маленького моторчика или фен для укладки волос?

Эл. двигатели есть везде где есть источник эл. энергии. Даже в автомобилях, где всему голова двигатель внутреннего сгорания, найдётся также пять – шесть электрических машин. Кто то возможно даже не подозревает об их присутствии в авто, но тем не менее они там есть. Ну скажем, на вскидку, в любом автомобиле есть, как минимум, присутствуют стартёр, генератор, насос, пару (а то и больше) вентиляторов. В более дорогих моделях — стеклоподьёмники. А ведь ещё существуют авто-магнитолы, авто-пылесосы, авто-компрессоры. Даже в компьютерах присутствуют эл. двигатели и избавиться от них (в том смысле, что бы заменить на что то другое) не всегда хорошее решение или, по крайней мере, не самое дешёвое.

У каждого эл. двигателя своё назначение. В узком смысле, эл. двигатель преобразователь электрической энергии в механическую. Однако не всё так однозначно. Существуют специальные конструкции где необходимо преобразовать, например, частоту переменного тока или компенсировать реактивную составляющую питающей сети. Есть более экзотические виды. Такие, как электромашинные усилители.

Конечно эл. двигатели бывают разные. Делятся они на два больших раздела по роду питающего напряжения. Это, как известно, эл. двигатели переменного и постоянного тока. Естественно, по этой причине существенно отличаются их конструкции и особенности эксплуатации. Как говорится, не все двигатели одинаковы. В свою очередь, два больших раздела делятся на подразделы и, надо отметить, подразделы имеют довольно большой объём особенностей и различий где непосвящённому очень легко запутаться.

Классификация электрических двигателей займёт по объёму пожалуй целый сайт, но чтобы не утруждать читателя в самом начале давайте затронем лишь основные моменты. Двигатели переменного тока бывают синхронные и асинхронные. Самым простым считается асинхронный эл. двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором. Таких двигателей, пожалуй, большинство в силу их более низкой стоимости, по сравнению со всеми другими типами. Они, к тому же, самые простые в обслуживании, и что очень важно, более надёжны в эксплуатации.

есколько сложнее, как конструктивно, так и в плане обслуживания и эксплуатации, выглядят асинхронные эл. двигатели переменного тока с фазным ротором. Сразу возникает вопрос. Если эти двигатели более сложны, а значит и дороги, то с какой такой радости их разработали и применяют? А всё дело в том, что у любого устройства есть определённые характеристики. Огромное разнообразие эл. двигателей, как раз и появилось в результате стремления конструкторов и инженеров получить эл. двигатель, который будет выполнять свою работу, да не просто выполнять, а выполнять так, как нужно. Эл. двигатель с фазным ротором имеет ряд характеристик, которые совершенно необходимы в исполнительных механизмах, но эл. двигатели с к.з. ротором не имеют таких характеристик.

В чём же эта важная особенность эл. двигателей переменного тока, разделившая их на «коротыши» и «фазники»? «Коротыши» хорошо работают при номинальных скоростях. При увеличении нагрузки резко падает их частота вращения и следом выходной момент на валу. Не сказать, что «фазники» обладаю существенно отличающейся нагрузочной способностью, но тем не менее, в некотором более широком диапазоне. Дело в том, что конструктивно, в двигателях с фазным ротором , появилась возможность включить в цепь обмотки ротора добавочное сопротивление. Это позволяет в «фазниках» получить более высокий пусковой момент и ограничить пусковой ток.

Очень часто асинхронные эл. двигатели переменного тока с фазным ротором используют в грузоподъёмных механизмах, а там, как известно, требуется достаточно высокий пусковой момент. Вообще, «фазники» так зачастую и называют – «крановые двигатели», хотя диапазон их применения несколько шире.

А почему же в названии присутствуют слова , синхронный и асинхронный? А объясняется такое название очень просто. В асинхронных эл. двигателях частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения поля обмотки статора ( на величину скольжения, обычно в пределах 100 об/мин). В синхронных машинах эти частоты равны, т.е. ротор вращается синхронно с полем статора. Достигается это путём подачи в цепь ротора постоянного тока. Разумеется, что существуют агрегаты где очень жёсткие требования к постоянной, не изменяющейся частоте вращения. Вот тут, как раз, стихия синхронных эд. двигателей переменного тока.

Да, я чуть не забыл. Двигатели переменного тока, могут быть трёхфазные и однофазные. Не думаю, что тут надо объяснять что то особо. Просто конструкции рассчитываются под определённый тип источника напряжения. В однофазных эл. двигателях в подавляющем большинстве исполнение с короткозамкнутым ротором, а вот статора имеют множество различных вариантов. Ну например, эл. двигатели с экранированными полюсами, или ещё конденсаторные эл. двигатели.

Думаете это всё? Увы, это было бы слишком просто. Существует ещё целый ряд редких и даже экзотических эл. двигателей: исполнителные, вращающиеся трансформаторы, линейные, двойного питания и т.д. и т.п. Следует также сказать, что существует ещё целый раздел — так называемые коллекторные эл. двигатели переменного тока. Но тут уж наверняка представление имеют все без исключения. Уж электродрель в руках держать приходилось многим.

Что касается эл. двигателей постоянного тока, то классификация здесь достаточно простая. Хотя, с другой стороны, разнообразия в этом разделе тоже предостаточно. Основные различия в обмотке возбуждения. Если точнее, то в способе её подключения. Дело в том, что от подключения обмотки возбуждения очень сильно зависит характеристика эл. двигателя. Если говорить об отличиях двигателей постоянного тока от двигателей переменного тока, то они отличаются во всём. Визуально очень легко отличить эти типы друг от друга, и прежде всего, наличием коллектора. «А как же коллекторные эл. двигатели переменного тока», — спросите Вы? А они, оказывается, работают и на постоянном токе тоже. Вот такие они особенные. Но так как используют их, и предназначены они, в первую очередь, для работы на переменном токе, то и относят их к разделу эл. двигателей переменного тока.

Так вернёмся к классификации эл. двигателей постоянного тока. Разделяют всего четыре группы: независимого возбуждения, параллельного (шунтового) возбуждения, последовательного (сериесного) возбуждения и смешанного (компаундного) возбуждения. Двигатели постоянного тока отличаются резко по своим характеристикам от двигателей переменного тока.

Во-первых, они очень удобны в регулировке частоты вращения. Практически, очень плавный пуск — от нуля. Во-вторых, эл. двигатели постоянного тока могут работать с резким изменением направления вращения (тяжёлые реверсные нагрузки). В-третьих, они обращаемы, т.е. могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. В славной линейке эл. двигателей переменного тока обращаемым может быть только синхронный эл. двигатель. На постоянном токе обращаемы все типы.

Достоинства эл. двигателей во всём, но есть минус, который сводит это всё на нет. Этот минус ни что иное как коллектор, а в общем и целом весь якорь. Изготовить этот узел достаточно сложно и дорого. Щёточный аппарат, порой, просто убивает обслуживающий персонал. Глаз и глаз нужен. Чистота требуется идеальная. Эл. двигатели постоянного тока всегда хочется заменить на эл. двигатель переменного тока (в разы дешевле обходится!). Эх, если бы это было возможно. В некоторых условиях приходится уступать капризам. Попытки изготовить такой эл. двигатель на переменном токе, что бы смог заменить эл. двигатель постоянного тока были и продвижение уже есть в этом направлении, но пока , эти достижения не достигли нужного уровня. Очевидно, необходимо ещё какое то время.

Что ж господа, более детально Вы сможете ознакомиться с эл. двигателями в моих специальных статьях, здесь на сайте. Я намеренно не углубляюсь в глубину этого вопроса, и мои статьи носят всё больше обзорный характер. Наш сайт тематически не специализируется на эл. двигателях (хотя этой теме можно посвятить целый портал). Хотелось бы рассказать и про другие устройства.

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.

Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это электродвигатель, запитанный от постоянного тока (+ и -). Данные двигатели применяются в электроприводах, требующих большой диапазон регулирования скорости, большой точности поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.

1. Устройство электродвигателей постоянного тока
2. Коммутация в электродвигателях постоянного тока
3. Пуск двигателей постоянного тока
4. Торможение электродвигателей постоянного тока

Устройство электродвигателей постоянного тока

В конструкцию двигателей постоянного тока входит индуктор и якорь, которые разделены воздушным зазором.

Индуктор предназначен для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов.

Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины.

На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов железа, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока. Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы, к которым припаиваются концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором.

Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.

Коммутация в электродвигателях постоянного тока

В процессе работы электродвигателя постоянного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, последовательно переходят с одной коллекторной пластины на другую. При этом происходит переключение параллельных секций обмотки якоря и изменение тока в них. Изменение тока происходит в то время, когда виток обмотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переключения и явления, связанные с ним, называются коммутацией. В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под влиянием собственного магнитного поля наводится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который создает неравномерное распределение плотности тока на контактной поверхности щеток. Это обстоятельство считается основной причиной искрения коллектора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения.

По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делятся на четыре группы:

1. С независимым возбуждением -независимая обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока. 2. С параллельным возбуждением (шунтовые) — обмотка возбуждения включается параллельно источнику питания обмотки 3. С последовательным возбуждением (сервисные) — обмотка возбуждения включена последовательно с якорной обмоткой. 4. Двигатели со смешанным возбуждением (компаундные) — имеется последовательная сериесная обмотка возбуждения и параллельная шунтовая обмотка возбуждения.

Пуск двигателей постоянного тока

В начальный момент пуска двигателя якорь неподвижен и противо-э. д. с. и напряжение в якоре равна нулю, поэтому Iп = U / Rя. Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает в 10 — 20 раз и более номинальный. Это может вызвать значительные электродинамические усилия в обмотке якоря и чрезмерный ее перегрев, поэтому пуск двигателя производят с помощью пусковых реостатов — активных сопротивлений, включаемых в цепь якоря. Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск. Величина сопротивления пускового реостата выбирается по допустимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродвигателя. В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-э.д.с, которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение.

Торможение электродвигателей постоянного тока

В электроприводах с электродвигателями постоянного тока применяют три способа торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется путем замыкания обмотки якоря двигателя накоротко или через резистор. При этом электродвигатель постоянного тока начинает работать как генератор, преобразуя запасенную им механическую энергию в электрическую. Эта энергия выделяется в виде тепла в сопротивлении, на которое замкнута обмотка якоря. Динамическое торможение обеспечивает точный останов электродвигателя.

Рекуперативное торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется в том случае, когда включенный в сеть электродвигатель вращается исполнительным механизмом со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке двигателя, превысит значение напряжения сети, ток в обмотке двигателя изменяет направление на противоположное. Электродвигатель переходит на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Одновременно на его валу возникает тормозной момент. Такой режим может быть получен в приводах подъемных механизмов при опускании груза, а также при регулировании скорости двигателя и во время тормозных процессов в электроприводах постоянного тока. Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока является наиболее экономичным способом, так как в этом случае происходит возврат в сеть электроэнергии.

Торможение противовключением электродвигателя постоянного тока осуществляется путем изменения полярности напряжения и тока в обмотке якоря. При взаимодействии тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения создается тормозной момент, который уменьшается по мере уменьшения частоты вращения электродвигателя. При уменьшении частоты вращения электродвигателя до нуля электродвигатель должен быть отключен от сети, иначе он начнет разворачиваться в обратную сторону.

Способ соединения двух двигателей постоянного тока снабженных контактными кольцами и компаудными обмотками для получения синхронного их вращения

Если взять машины постоянного тока AI к А2, снабженные кольцами В и J3-2, связанными электрически с тремя точками обмотки якоря, и соединить их параллельно, как со стороны коллектора , так и со стороны колец и питать их постоянным током, заставив работать , как двигатели, то эти машины будут враш,аться строго синхронно, так как при неравенстве моментов сопротивления , приложимых к двигателям, между кольцами будет циркулировать уравнительный ток, который подгонит несколько отстающий двигатель и затормазит опережающий. Для того, чтобы этот уравнительный ток был меньше ,- предлагается применить компаундные обмотки возбуждения при условии включения их накрест, т. е. обмотку одного двигателя в питающую линию другого и наоборот.

На фиг. 1 обозначены / и // электродвигатели постоянного тока; С и D — шины постоянного тока; R — пусковое сопротивление, общее для двух двигателей; К и К2 — коллекторы электродвигателей / и //; А и А — обмотки якорей; fi и F. — обмотки шунтового возбуждения; В и В-, — контактные кольца, соединенные между собою при помощи щеток и проводов L и Si и S2 — компаундные обмотки.

Компаундная обмотка Sj двигателя / питается током двигателя //, а компаундная обмотка 5 питается током двигателя I. Благодаря наличию компаундных обмоток, соединенных согласно приложенной схеме, величина выравнивающих переменных токов, протекающих по проводам L, по указанию заявителя, должна быть меньше по сравнению с таковой для электродвигателей без компаундных обмоток, что объясняется тем, что, если момент сопротивления на валу двигателя / будет больше, чем на валу двигателя //, то при наличии правильно подобранных по величине компаундных обмоток — ток двигателя J, в соответствии с увеличением момента сопротивления, возрастает , и число оборотов в минуту двигателя I будет падать; в таком же.

приблизительно, отношении должно уменьшаться и число оборотов двигателя //, благодаря возрастанию величины магнитного потока, вызванного компаундной обмоткой S,,; если бы контактные кольца В и Б , отсутствовали , то числа оборотов машин I и II совпадали бы лишь приблизительно, при наличности же колец, соединенных между собою проводами L, скорости машин / и ZZ в точности должны быть равны друг другу.

Соединение по прилагаемой схеме может быть применено к большему числу двигателей, чем два.

Способ соединения двух двигателей постоянного тока, снабженных контактными кольцами и компаундными обмотками , для получения синхронного их врашения, характеризующийся, в совокупности тем, что, во-первых, эти двигатели соединяют параллельно, как со стороны коллекторов, так и со стороны контактных колец (фиг. 3) с целью обеспечения синхронного их врашения, и, во-вторых, их компаундные обмотки соединяют накрест, с целью уменьшения уравнительных токов при неодинаковых моментах сопротивления.