Двигатели с постоянными магнитами
Шаговые двигатели с постоянными магнитами состоят из статора, который имеет обмотки, и ротора, содержащего постоянные магниты (рис. 1). Чередующиеся полюса ротора имеют прямолинейную форму и расположены параллельно оси двигателя. Благодаря намагниченности ротора в таких двигателях обеспечивается больший магнитный поток и, как следствие, больший момент, чем у двигателей с переменным магнитным сопротивлением.
Показанный на рисунке двигатель имеет 3 пары полюсов ротора и 2 пары полюсов статора. Двигатель имеет 2 независимые обмотки, каждая из которых намотана на двух противоположных полюсах статора. Такой двигатель, как и рассмотренный ранее двигатель с переменным магнитным сопротивлением, имеет величину шага 30 град. При включени тока в одной из катушек, ротор стремится занять такое положение, когда разноименные полюса ротора и статора находятся друг напротив друга. Для осуществления непрерывного вращения нужно включать фазы попеременно. На практике двигатели с постоянными магнитами обычно имеют 48 – 24 шага на оборот (угол шага 7.5 – 15 град).
Для удешевления конструкции двигателя магнитопровод статора выполнен в виде штампованного стакана. Внутри находятся полюсные наконечники в виде ламелей . Обмотки фаз размещены на двух разных магнитопроводах, которые установлены друг на друге. Ротор представляет собой цилиндрический многополюсный постоянный магнит. Двигатели с постоянными магнитами подвержены влиянию обратной ЭДС со стороны ротора, котрая ограничивает максимальную скорость. Для работы на высоких скоростях используются двигатели с переменным магнитным сопротивлением.
Электродвигатели постоянного тока
Конструктивно двигатели постоянного тока состоят из проводниковых катушек, размещенных на вращающемся роторе, и катушек с полюсами (электромагнитными сердечниками). По катушкам полюсов протекает постоянный ток, который создает постоянное магнитное поле с северным и южным полюсами. Проводниковые катушки ротора также находятся в этом постоянном магнитном поле, которые создают свое магнитное поле.
Магнитное поле полюсов и магнитное поле проводниковых катушек сталкиваются между собой. В этот момент проводниковая катушка, которая установлена с возможностью вращения, начинает вращение и поворачивается до достижения горизонтальной позиции.
После этого в проводниковой катушке изменяется направление тока и ее магнитное поле также меняет свою полярность. В результате этого катушка делает поворот еще на 180 градусов. Затем следует еще одно переключение полюсов, и еще один поворот на 180 градусов. Подобное непрерывное переключение полюсов производится коллектором, или реверсирующим переключателем, вращающимся одновременно с ротором. В рабочих электродвигателях постоянного тока на роторе размещают несколько проводниковых катушек с угловым сдвигом.
Ток к роторным катушкам подается через угольные щетки, которые скользят на коллекторе. Коллектор является цилиндром, который вращается вместе с ротором. Он состоит из медных пластин, изолированных друг от друга. Пластины подают ток только к одной проводниковой катушке. Поэтому ток поступает только на ту катушку, которая расположена в направлении магнитного поля полюса.
Катушка, на которую подается ток поворачивает ротор под действием магнитного поля, ток подается на следующую катушку, что приводит к очередному повороту. Угольные щетки, которые скользят по коллектору, изнашиваются с течением времени и требуют периодической замены.
Статоры двигателей постоянного тока состоят из расположенных вокруг ротора пар полюсов, которые образуют венец магнитного поля. Совместно с несколькими катушками ротора они создают плавное вращение двигателя без биений.
Двигатели с переменным магнитным сопротивлением
Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением имеют несколько полюсов на статоре и ротор зубчатой формы из магнитомягкого материала. Намагниченность ротора отсутствует. Для простоты на рисунке ротор имеет 4 зубца, а статор имеет 6 полюсов. Двигатель имеет 3 независимые обмотки, каждая из которых намотана на двух противоположных полюсах статора. Такой двигатель имет шаг 30 град.
При включени тока в одной из катушек, ротор стремится занять положение, когда магнитный поток замкнут, т.е. зубцы ротора будут находиться напротив тех полюсов, на которых находится запитанная обмотка. Если затем выключить эту обмотку и включить следующую, то ротор поменяет положение, снова замкнув своими зубцами магнитный поток. Таким образом, чтобы осуществить непрерывное вращение, нужно включать фазы попеременно. Двигатель не чувствителен к направлению тока в обмотках. Реальный двигатель может иметь большее количество полюсов статора и большее количество зубцов ротора, что соответствует большему количеству шагов на оборот. Иногда поверхность каждого полюса статора выполняют зубчатой, что вместе с соответствующими зубцами ротора обеспечивает очень маленькое значения угла шага, порядка нескольких градусов. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением довольно редко используют в индустриальных применениях.
Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия.
Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации.
Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.
Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей
На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин.
На рис. 1, б) показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников.
Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.
Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам
Рис. 3. Короткозамкнутый ротор
а — ротор с короткозамкнутой обмоткой, б — «беличье колесо»,
в — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;
1 — сердечник ротора, 2 — замыкающие кольца, 3 — медные стержни,
4 — вентиляционные лопатки
Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.
Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором
1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольца
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек.
Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.
Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.
Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.
Еженедельные отправки по всей России:
Балашиха, Подольск, Химки, Королёв, Мытищи, Люберцы, Красногорск, Электросталь, Коломна, Одинцово, Домодедово, Серпухов, Щёлково, Орехово-Зуево, Раменское, Долгопрудный, Жуковский, Пушкино, Сергиев Посад, Реутов, Ногинск, Ростов-на-Дону, Таганрог, Шахты, Волгодонск, Новочеркасск, Батайск, Новошахтинск, Уфа, Стерлитамак, Салават, Нефтекамск, Октябрьский, Ставрополь, Пятигорск, Кисловодск, Невинномысск, Ессентуки, Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, Миасс, Копейск, Махачкала, Хасавюрт, Дербент, Каспийск, Казань, Набережные Челны, Нижнекамск, Альметьевск, Краснодар, Сочи, Новороссийск, Армавир, Владивосток, Уссурийск, Находка, Артём, Самара, Тольятти, Сызрань, Новокуйбышевск, Екатеринбург, Нижний Тагил, Каменск-Уральский, Первоуральск, Симферополь, Керчь, Евпатория, Сургут, Нижневартовск, Нефтеюганск, Красноярск, Норильск, Ачинск, Барнаул, Бийск, Рубцовск, Ковров, Муром, Волгоград, Волжский, Камышин, Иркутск, Братск, Ангарск, Новокузнецк, Кемерово, Прокопьевск, Нижний Новгород, Дзержинск, Арзамас, Саратов, Энгельс, Балаково, Чебоксары, Новочебоксарск, Новый Уренгой, Ноябрьск, Пермь, Березники, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре, Архангельск, Северодвинск, Белгород, Старый Оскол, Череповец, Вологда, Калуга, Обнинск, Курск, Железногорск, Липецк, Елец, Новосибирск, Бердск, Оренбург, Орск, Томск, Северск, Тула, Новомосковск, Ульяновск, Димитровград, Ярославль, Рыбинск, Майкоп, Улан-Удэ, Назрань, Нальчик, Элиста, Черкесск, Петрозаводск, Сыктывкар, Йошкар-Ола, Саранск, Владикавказ, Кызыл,Ижевск,Абакан, Грозный, Якутск, Чита, Петропавловск-Камчатский, Благовещенск, Астрахань, Брянск, Воронеж, Иваново, Калининград, Киров, Кострома, Курган, Санкт-Петербург, Мурманск, Великий Новгород, Омск, Орёл, Пенза, Москва, Севастополь, Севастополь, Псков, Рязань, Южно-Сахалинск, Смоленск, Тамбов, Тверь, Тюмень