Використання: електроприводи різного призначення. Сутність винаходу: ротор виконаний у вигляді попередньо змонтованого та збалансованого вузла, містить постійні магніти, центральні частини торців яких з'єднані за допомогою пластин з втулкою. Технічний результат: спрощення конструкції та зменшення маси. 2 іл.
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема приводів з електродвигуном. Широко відомі та найбільш поширені безколекторні асинхронні трифазні електродвигуни з короткозамкненим ротором. А синхронний електродвигунзбуджується змінним струмом, який, як правило, підводиться до електродвигуна від мережі змінного струму, що має промислову частоту 50 Гц. Відомий електродвигун змінного струму, що містить статор з обмоткою, ротор з короткозамкнутою обмоткою, виконаної у вигляді біличної клітини, і валу з підшипниковими опорами (див. авт. св. СРСР N 1053229, кл. H 02 K 17/30). Для керування частотою обертання асинхронного електродвигуна з фазним ротором можуть бути використані пристрої, що містять в ланцюзі ротора перетворювач частоти безпосередньої зв'язком . Ці пристрої мають значні габарити та вагу. Найбільш близьким аналогом винаходу є електродвигун, що містить обертовий навколо осі ротор і статор, встановлений співвісно з ротором. По колу ротора та статора розміщено кілька біполярних полюсів. Полюси ротора розташовані всередині, а статора - зовні кола, концентричної осі ротора і лежачої в площині перпендикулярної цієї осі. Блок, з'єднаний з однією з груп полюсів, керує подачею до неї живлення для вибіркового намагнічування полюсів та створення обертового магнітного поля. Кожен з полюсів ротора має магнітний сердечник E-подібного поперечного перерізу, причому площина поперечного перерізу перпендикулярна площині кола, на якому розміщені полюси. Відкрита частина сердечників звернена до цього кола і має один центральний і два зовнішні виступи. На кожному полюсі ротора навколо центрального виступу намотана щонайменше одна котушка, з'єднана з блоком управління для створення магнітного поля, що обертається . Даний електродвигунне дозволяє отримати високі обороти і складний у виготовленні, тому що важко здійснити його балансування та виконати електронний пристрійблоку управління для створення обертового магнітного поля. Метою винаходу є створення високооборотистого двигуназ оборотами до 50000 за хвилину, що має просту конструкціюі невелика вага. Зазначений технічний результат досягається тим, що ротор виконаний у вигляді попередньо змонтованого і відбалансованого вузла, що включає втулку і рівномірно розташовані по поперечному перерізу щонайменше два постійних магніти, центральні частини торців яких з'єднані за допомогою пластин з втулкою, остання напресована на вал відбору потужності, цьому суміжні магніти протилежно намагнічені і їх поздовжній розмір більший за внутрішній радіус статора, а електронний пристрій виконано у вигляді послідовно з'єднаних між собою діодного мосту, фільтра та тиристорного перетворювача. На фіг.1 схематично зображено поздовжній розріз високооборотистого електродвигуна; на фіг.2 - поперечне перетин А-Ана фіг.1. Високообертовий електродвигун містить: статор 1, що має обмотки 2, ротор 3, встановлений в підшипникових опорах 4, вал 5 відбору потужності з напресованою на ньому втулкою 6, з'єднаної за допомогою пластин 7 с центральними частинамиторців постійних магнітів 8, розташованими із зазором щодо статора 1, причому суміжні магніти протилежно намагнічені і їх поздовжній розмір більше внутрішнього радіусу статора, а електронний пристрій для створення магнітного поля, що обертається (не показано) виконано у вигляді послідовно з'єднаних між собою діодного мосту (типу Д -245 або Д-246), фільтра (типу РЦ) та тиристорного перетворювача. Розмір зазору між статором 1 і ротором 3 виконується близько 2 мм, збільшення зазору веде до втрати потужності. Бажано використання магнітів 8 на керамічній основі, що дозволяє уникнути появи пилу та підвищить ресурс роботи. Магніти 8 можуть бути виконані у вигляді смуг, вигнутих по циліндричних утворюючих (як представлено на фіг. 2), причому поперечний переріз може бути круглим або прямокутним. Для забезпечення працездатності електродвигуна при оборотах 50000 за хвилину ротор 3 попередньо монтують і здійснюють його балансування за допомогою свердлювання його елементів або установки балансувальних вантажів (не показано), що дозволяє уникнути вібрацій при роботі та руйнувань підшипникових опор 4, а також забезпечить сталість зазору між статором та ротором 3. Запропонований високоспритний електродвигунпрацює наступним чином. Струм в обмотках 2 статора 1 подається від мережі змінного струму через послідовно з'єднані між собою діодний міст, фільтр і тиристорний перетворювач, що дозволяє створити магнітне поле, що обертається, і регулювати кутову швидкість(оберти) ротора 3 електродвигуна за рахунок взаємодії магнітних полів статора 1 і магнітів 8 ротора 3, при цьому суміжні магніти 8 протилежно намагнічені в роторі 3.
формула винаходу
Високооборотний електродвигун, що містить обертовий навколо осі ротор і статор, встановлений співвісно з ротором, електронний пристрій для створення магнітного поля, що обертається, підключене до джерела струму, і вал відбору потужності, встановлений в підшипникових опорах корпусу статора, який відрізняється тим, що ротор виконаний у вигляді змонтованого і збалансованого вузла, що включає втулку і рівномірно розташовані по поперечному перерізу щонайменше два постійних магніти, центральні частини торців яких з'єднані за допомогою пластин з втулкою, остання напресована на вал відбору потужності, при цьому суміжні магніти протилежно намагнічені і їх поздовжній розмір більш статора, а електронний пристрій виконано у вигляді послідовно з'єднаних між собою діодного моста, фільтра та перетворювача тиристора.
Коли мова заходить про електродвигуни, не існує лінійної залежності між потужністю, числом оборотів і напруги, що споживається. Розглянемо, у яких галузях застосовують і чим відрізняються високовольтні електродвигуни, двигуни з високими оборотами, і навіть двигуни з великою потужністю.
Різні види високовольтних електродвигунів
Високовольтні електродвигуни – це синхронні та асинхронні двигуниз напругою 3000, 6000, 6300, 6600 та 10000 В. В основному дані електродвигуни застосовуються в промисловості: металургійна, гірничодобувна, верстатобудівна, хімічна галузі. Такі електродвигуни застосовуються в установках, димососах, млинах, станах, гуркотах, вентиляторах тощо.
Трифазні двигуни призначені для роботи від змінного струму із частотою 50 (60) Гц. Для забезпечення надійної роботивикористовують обмотку статора типу "Моноліт" або "Моноліт-2" з класом нагрівальностійкості не нижче "В". Корпус електродвигунів посилений, що, своєю чергою, знижує рівні звуку та вібрації. Питома матеріаломісткість та енергетичні показники перебувають у оптимальному співвідношенні. Високовольтні електродвигуни також характеризуються підвищеною зносостійкістю.
Призначаються такі електродвигуни для приводу:
- механізмів, які потребують регулювання частоти обертання – серії А4, А4 12 і 13, ДАЗО4, ДАЗО4-12, ДАЗО4-13, АОД, АОВМ, АОМ, ДАВ;
- механізмів з важкими умовами пуску – серія 2АОД;
- вертикальних гідравлічних насосів- Серія ДВАН.
Високооборотні електродвигуни та їх особливості
На відміну від високовольтних електродвигунів, Високооборотні - це двигуни, кількість оборотів яких дорівнює 50 об / с або 3000 об / хв. Вони мають меншу масу, габарити і навіть вартість, ніж тихохідніші побратими однакової потужності.
Для застосування двигунів із частою до 9000 об/хв необхідно використовувати механізм з великим передатним числомзокрема, хвильовий передавальний механізм. Він відрізняється простотою, високою надійністю, Точністю та компактністю.
Область застосування високооборотних двигунів дуже широка. Сюди входять і електродвигуни для ручного гравера, і для свердла бормашини, і двигуни автомобільної та авіаційної промисловості.
Потужні електродвигуни
У звичайних трифазних електродвигунівномінальна потужність коливається у діапазоні 120 Вт-315 кВт. Однак, як показує практика, чим потужніший електродвигунтим більше висота осі валу. Тому потужними вважають електродвигуни більше 11 кВт. Області застосування також досить широкі. Зокрема краново-металургійна. Електродвигуни великої потужностітакож застосовуються у насосних агрегатах.
У побуті, комунальному господарстві, на будь-якому виробництві двигуни електричні є невід'ємною складовою: насоси, кондиціонери, вентилятори та ін. Тому важливо знати типи електродвигунів, що найчастіше зустрічаються.
Електродвигун є машиною, яка перетворює на механічну енергію електричну. При цьому виділяється тепло, яке є побічним ефектом.
Відео: Класифікація електродвигунів
Всі електродвигуни можна розділити на дві великі групи:
- Електродвигуни постійного струму
- Електродвигуни змінного струму
Електродвигуни, живлення яких здійснюється змінним струмом, називаються двигунами змінного струму, які мають два різновиди:
- Синхронні– це ті, у яких ротор та магнітне поле напруги обертаються синхронно.
- Асинхронні. У них відрізняється частота обертання ротора від частоти, створюваного напругою живлення магнітного поля. Бувають вони багатофазними, а також одно-, дво- та трифазними.
- Електродвигуни крокові відрізняються тим, що мають кінцеву кількість положень ротора. Фіксування заданого положення ротора відбувається за рахунок подачі живлення на певну обмотку. Шляхом зняття напруги з однієї обмотки та передачі його на іншу здійснюється перехід до іншого положення.
До електродвигунів постійного струму відносять ті, що живляться постійним струмом. Вони, залежно від того, маю чи ні щітково-колекторний вузол, поділяються на:
Колекторні також, залежно від типу збудження, бувають кількох видів:
- Зі збудженням постійними магнітами.
- З паралельним з'єднаннямобмоток з'єднання та якоря.
- З послідовним з'єднанням якоря та обмоток.
- Зі змішаним їх з'єднанням.
Електродвигун постійного струму у розрізі. Колектор зі щітками – праворуч
Які електродвигуни входять до групи «електродвигуни постійного струму»
Як мовилося раніше, електродвигуни постійного струму становлять групу, куди входять колекторні електродвигуни і безколекторні, які виконані як замкнутої системи, що включає датчик положення ротора, систему управління і силовий напівпровідниковий перетворювач. Принцип роботи безколекторних електродвигуніваналогічний принципу роботи асинхронних двигунів. Встановлюють їх у побутових приладах, наприклад, вентиляторах.
Що являє собою колекторний електродвигун
Довжина електродвигуна постійного струму залежить від класу. Наприклад, якщо йдеться про двигун 400 класу, його довжина складе 40 мм. Відмінністю колекторних електродвигунів від безколлектрних побратимів є простота у виготовленні та експлуатації, отже, і вартість його буде нижчою. Їх особливість - наявність щітково-колекторного вузла, за допомогою якого здійснюється з'єднання ланцюга ротора з розташованими в нерухомій частині двигуна ланцюгами. Складається він із розташованих на роторі контактів - колектора і притиснутих до нього щіток, розташованих поза ротором.
Ротор
Використовують ці електродвигуни в іграшках радіокерованих: подавши на контакти такого двигуна напругу від джерела постійного струму (той же батарейки), вал приводиться в рух. Для того, щоб змінити його напрям обертання, достатньо змінити полярність, що подається напруги живлення. Невелика вага та розміри, низька цінаі можливість відновлення щітково-колекторного механізму роблять ці електродвигуни найбільш використовуваними в бюджетних моделях, незважаючи на те, що він значно поступається за безколекторною надійністю, оскільки не виключено іскріння, тобто. надмірне нагріваннярухомих контактів та їх швидке зноспри попаданні пилу, бруду чи вологи.
на колекторний електродвигуннанесено, як правило, маркування, що вказує на кількість оборотів: чим воно менше, тим швидкість обертання валу більша. Вона дуже плавно регулюється. Але, існують і двигуни цього високооборотні, не поступаються безколекторним.
Переваги та недоліки безколекторних електродвигунів
На відміну від описаних, у цих електродвигунів рухомою частиною є статор з постійним магнітом(корпус), а ротор із трифазною обмоткою – нерухомий.
До недоліків цих двигунів постійного струму віднести можна менш плавне регулювання швидкості обертання валу, зате вони здатні за частки секунди набрати максимальні обороти.
Безколекторний електродвигун поміщений у закритий корпус, тому він надійніший при несприятливі умовиексплуатації, тобто. йому не страшні пил та волога. До того ж, його надійність зростає завдяки відсутності щіток, як і швидкість, з якою обертається вал. При цьому, по конструкції двигун більш складний, отже, не може бути дешевим. Вартість його в порівнянні з колекторним, вища вдвічі.
Таким чином, колекторний електродвигун, що працює на змінному і постійному струмі, є універсальним, надійним, але дорожчим. Він і легший, і менший за розмірами двигуна змінного струму тієї ж потужності.
Оскільки електродвигуни змінного струму, що живляться від 50 Гц (живлення промислової мережі) не дозволяють отримувати високі частоти(Вище 3000 об/хв), при такій необхідності, використовують колекторний двигун.
Тим часом його ресурс нижчий, ніж у асинхронних електродвигунів змінного струму, який залежить від стану підшипників та ізоляції обмоток.
Як працює синхронний електродвигун
Синхронні машини застосовують часто як генератори. Він синхронно працюють із частотою мережі, тому він із датчиком положення інвертора та ротора, є електронним аналогом колекторного електродвигуна постійного струму.
Будова синхронного електродвигуна
Властивості
Ці двигуни не є самозапускними механізмами, а вимагають зовнішнього впливу для того, щоб набрати швидкість. Застосування вони знайшли в компресорах, насосах, прокатних верстатах та подібному обладнанні, робоча швидкістьякого не перевищує позначки п'ятсот оборотів за хвилину, але потрібно збільшення потужності. Вони досить великі за габаритами, мають «пристойну» вагу та високу ціну.
Запустити синхронний електродвигун можна кількома способами:
- Використовуючи зовнішнє джерелоструму.
- Пуск асинхронний.
У першому випадку, за допомогою допоміжного мотора, в якості якого виступати може електродвигун постійного струму або індукційний трифазний мотор. Спочатку постійний струм на мотор не подається. Він починає обертатися, досягаючи близької до синхронної швидкості. У цей момент подається постійний струм. Після замикання магнітного поля розривається зв'язок з допоміжним двигуном.
У другому варіанті необхідна установка в полюсні наконечники ротора додаткової короткозамкнутої обмотки, перетинаючи яку магнітне поле, що обертається, індукує струми в ній. Вони, взаємодіючи із полем статора, обертають ротор. Поки що він не досягне синхронної швидкості. З цього моменту момент, що крутить, і ЕРС зменшуються, магнітне поле замикається, зводячи до нуля момент, що крутить.
Ці електродвигуни менш чутливі, ніж асинхронні, до коливань напруги, відрізняються високою здатністю до перевантаження, зберігають незмінною швидкість при будь-яких навантаженнях на валу.
Однофазний електродвигун: пристрій та принцип роботи
Використовуючи після пуску тільки одну обмотку статора (фазу) і електродвигун, що не потребує приватного перетворювача, працює від електромережі однофазного змінного струму, є асинхронним або однофазовим.
Однофазовий електродвигун має частину, що обертається - ротор і нерухому - статор, який і створює магнітне поле, необхідне для обертання ротора.
З двох, розташованих у осерді статора один до одного під кутом 90 градусів обмоток, робоча займає 2/3 пазів. Інша обмотка, частку якої припадає 1/3 пазів, називається пусковий (допоміжної).
Ротор – це також короткозамкнена обмотка. Його стрижні з алюмінію або міді замкнуті з кільцем торців, а простір між ними залито алюмінієвим сплавом. Може бути виконаний ротор у вигляді порожнистого феромагнітного або немагнітного циліндра.
Однофазний електродвигун, потужність якого може бути від десятків ват до десятка кіловат, застосовуються в побутових приладах, встановлюються в деревообробних верстатах, на транспортерах, компресорах і насосах. Перевага їх – можливість використання у приміщеннях, де немає трифазної мережі. По конструкції вони не сильно відрізняються від асинхронних електродвигунів трифазного струму.
Автомобілі з самими високооборотними моторамив світі. Ці 25 моделей машин нічим не поступаються мотоциклам за одним дуже своєрідним параметром - швидкості обертання колінчастого валудвигуна на максимальних оборотах. Що це за автомобілі, які гарантують високі обороти та чудове звучання? Та ось вони:
Mazda MX-5
Двигун MX-5 крутиться до запаморочливо високих оборотів. Щоправда варто враховувати, що серед конкурентів він найменш спритний.
131 л. с. при 7.000 об/хв. Двигун Mazda MX-5 - (4-циліндровий ряд, 1496 куб. см, 131 л. с.).
Lotus Evora
V6, 3456 куб. див, 436 л. с.- 7.000 об/хв. Lotus відомий високошвидкісними двигунами, не в останню чергучерез історію компанії, яка брала участь у гонках Формули-1.
RenaultClio
Renault Clio 16V Gordini R. S. (чотирициліндровий рядний, об'ємом 1998 куб. см і потужністю 201 к. с.). Маленький француз робить 7.100 об/хв.
Porsche 911
Carrera S (991.1, шестициліндровий "боксер", 3.800 куб. см, 400 к. с.). Шляхетний спортсмен може крутити колінчастий валмаксимум 7.400 разів на хвилину.
Навіть 3,4-літровий мотор у Cayman R (шестициліндровий оппозитник, 3.436 куб. см, 330 л. с.) дійшов до планки 7400 об/хв.
McLaren
Бітурбований V8 під капотом 570 S Spider (V8-Biturbo, 3.700 куб. см, 570 л. с.) обертається до 7500 об/хв.
Ferrari 488
8.000 об/хв на спорткарі Ferrari 488 GTB (V8, 3.902 куб. см, 670 л. с.).
BMWM5
(кузов E60, V10, 4.999 куб. см, 507 к. с.). При 8.250 оборотах за хвилину він створює неймовірно приємний звук, привабливий і насичений.
Audi RS5
RS5 S-Tronic (V8, 4.163 куб. см, 450 к. с.). Високошвидкісні двигуни серії "RS5" забезпечують колосальні 8.250 оборотів.
ФордMustang
У технічному паспорті Shelby GT 350 (V8, 5.163 куб. см, 533 л. с.) коштують запаморочливі 8.250 об/хв!
Lamborghini
Серцебиття у бика часте! (V10, 5.204 куб. см, 610 к. с.) крутиться до 8.250 обертів за хвилину.
BMW M3
Drivelogic (V8, 3.999 куб. см, 420 л. с.). Двигун побудований понад п'ять років тому створює значні 8300 оборотів.
HondaCivic
Type R (FK 2, рядний чотирициліндровий, 1.996 куб. см, 310 к. с.). Обертається до 8600 оборотів. Один з найбільш високих показниківу своєму класі
AudiR8
Audi R8 V10 першого покоління (V10, 5.204 куб. см, 550 к. с.). 5,2-літровий двигун обертався до 8700 об/хв. Наступник зміг подужати лише 8.500 оборотів.
Porsche 911
Porsche 911 GT3 RS (991-а модель, 6-циліндровий опозитний мотор, 3.996 куб. см, 500 к. с.): 8.800 об/хв роблять його справжнім королем швидкості.
Ferrari
Ferrari F12TDF (V12, 6.262 куб. см, 780 к. с.). Його 6,3-літровий V12 обертається на неймовірних 8900 оборотах. Техніка вийшла з перегонів і перейшла у серійне виробництво.
HondaS2000
(4-циліндровий рядний, 1.997 куб. см, 241 к. с.). Перше покоління крутилося немов Ferrari - 8.900 об/хв. З 2004 року Hondaзнизила швидкості до 8200 оборотів.
Ferrari 458
(V8, 4.497 куб. см, 605 л. с.). Італієць потужністю 605 кінських силта його 4,5-літрова «вісімка» здатна розігнатися до 9.000 обертів за хвилину!
Lexus
Lexus LFA (V10, 4.805 куб. см, 560 л. с.). Знову ж таки, техніка прийшли з гонок, а значить японець зможе здивувати 9 тис. об/хв.
MazdaRX-8
Ще один у лізі «дев'ять тисяч». Mazda RX-8 ( роторно-поршневий мотор, 2 x 654 куб. див, 231 л. с.) - справжня екзотика у світі перегонів. Еластичний та досить потужний. А який звук!
Porsche 911
Porsche 911 GT3 (991.1, шестициліндровий "боксер", 3.799 куб. см, 475 к. с.): 3,8-літровий "боксер" виробляє 9.050 обертів за хвилину рівно. Тож він відкриває Топ-5.
Porsche 918Spyder
Ще раз Porsche, цього разу 918 Spyder (V8 + електродвигун, 4.593 куб. см, 887 к. с. - загальна потужність). Бензиновий двигунрозганяється до 9.150 оборотів. Електромотор крутитися ще швидше.
FerrariLaFerrari
Та ж концепція, що у Porsche 918 Spyder, але Ferrari ставить в LaFerrari (V12 + "E" - мотор. 6.262 куб. см, загальна потужність 963 к. с.). Його 6,3-літровий V12 обертається до 9.250 разів на хвилину.
Класика від Honda
Якщо мотоцикліст будує родстер, то двигуни з верхньою планкою до 9500 об/хв від мотоцикла він поставить під капот такого автомобіля. Модель S 800 (рядний чотирициліндровий, 791 куб. см, 67,2 л. с.) стала квитком до Європи для Honda/
Ariel Atom
Atom 500 (V8, 3.000 куб. см, 476 л. с.). Тут також встановлений двигун, який насправді має мотоциклетне коріння. Агрегат робить до 10.500 обертів за хвилину!
