Принцип работы автомата электрического: Устройство и принцип работы автоматического выключателя | Полезные статьи

Содержание

Устройство и принцип работы УЗО

Автоматы защиты в электрических цепях представляют собой устройства, автоматически выключающие электропитание путём размыкания контактов. Контакты размыкаются при коротком замыкании, превышении токовой нагрузки сверх расчётной и при появлении ненормированных токов утечки в сети. Автоматы защиты служат также в качестве выключателя для ручного размыкания сети.
В свою очередь, автоматы защиты делятся на следующие группы:

В последнее время появились также комбинированные приборы, совмещающие автомат защиты и УЗО, так называемые диффавтоматы.

В данной статье мы рассмотрим автоматы защиты, особенности их устройства, выбора и монтажа.

разнополюсные автоматические выключатели

  • 2.Для размыкания контактов достаточно отодвинуть защёлку, и пружина размыкания, прикреплённая к размыкающему контакту (контактам), разомкнёт цепь. Возникающая при размыкании контактов электрическая дуга гасится специальным устройством гашения. Защёлка отодвигается для размыкания, во-первых, соленоидом, включённым в цепь последовательно при определённом

камера автоматического выключателя

значении протекающего через него тока, и, во-вторых, биметаллической пластиной, тоже включённой последовательно, изгибающейся при нагреве и сдвигающей защёлку для размыкания. Можно так же разомкнуть контакты вручную, нажав на кнопку, которая механически связана с защёлкой.Сверху и снизу расположены контакты (клеммы) для соединения с проводами. Крепится устройство защёлкиванием на так называемой DIN — рейка (DIN – Дойче Индустри Нормен – немецкие стандарты промышленности) DIN – рейка оснащаются входные щитки электросетей, в эти щитки также устанавливаются электросчётчики. Ставится автомат на DIN-рейку простым защёлкиванием, а для снятия необходимо отвёрткой сдвинуть специальную рамку фиксации.

дин-рейка для крепления автоматов защиты

Автомат защиты, защищает электросеть и приборы, подключённые после него.
При коротком замыкании сила тока, протекающего через соленоид, многократно увеличивается, соленоид втягивает сердечник, соединённый с защёлкой и цепь размыкается. Если же токовая нагрузка увеличивается (до срабатывания соленоида) и это вызывает сверхнормативный нагрев проводов, срабатывает биметаллическая пластина. При этом если время срабатывания соленоида составляет около 0,2 сек., то время срабатывания биметаллической пластины – около 4 сек.

автомат защиты

Номинальный ток и ток мгновенного расцепления автомата. Выбор автомата защиты

Основной характеристикой при выборе автомата является номинальный ток, который указывается на маркировке автоматов. Чтобы понять его смысл, нужно знать, что любая электросеть состоит из так называемых групп, каждая группа образует независимую «петлю», все петли подключены к входным проводам параллельно, то есть независимо. Это делается, во-первых, для повышения надёжности работы электросети и уменьшения возможности перегрузок, во-вторых, с помощью групп все токовые нагрузки выравниваются и приводятся к некоторым стандартным значениям, что позволяет экономить на проводах – для каждой группы выбирается своё сечение проводов.
Как правило, одну группу составляют приборы освещения, другую – розетки, третью энергопотребляющие электроплиты, стиральные машины и т.д. По каждой группе при проектировании сети электроснабжения определяется номинальный ток, исходя из которого, рассчитывается поперечное сечение проводов. Нужно заметить, что номинальный ток группы потребителей рассчитывается не простым суммированием мощностей потребителей, а с учётом вероятности одновременного включения нескольких потребителей в сеть. Для этого вводится так называемый коэффициент вероятности, рассчитываемый по специальной методике.

схема подклюючения автоматов защиты

Исходя из расчётных номинальных токов каждой группы потребителей, рассчитывается необходимое сечение проводов, и выбираются автоматы защиты (на каждую группу ставится свой автомат). Выбираются автоматы таким образом, что по известному номинальному току группы выбирается автомат с ближайшим в большую сторону значением номинального тока. Например, при номинальном токе группы 15А, выбираем автомат со значением номинального тока 16А.

номинал автоматических выключателей

Нужно понимать, что автомат защиты срабатывает не при небольшом превышении номинального тока, а при токе в сети, в несколько раз превышающем номинальный. Этот ток называется – ток мгновенного расцепления (в отличие от тока срабатывания биметаллической пластины) автомата защиты. Это второй параметр, который нужно учитывать при выборе автомата. По величине тока мгновенного расцепления, вернее по его отношению к номинальному току, автоматы делятся на три группы, обозначаемые латинскими буквами В; С; и D. (В Европейском Союзе выпускаются автоматы и класса А.) Что означают эти буквы?

Автоматы класса В рассчитаны на мгновенное расцепление при токе выше 3-х и до 5-ти номинальных токов.
Класс С соответственно выше 5-ти и до 10-ти номинальных токов.
Класс D – выше 10-ти и до 20-ти номинальных токов.

классификация автоматических выключателей

Для чего введены эти классы?

Дело в том, что существует такое понятие как пусковой ток нагрузки, который может для некоторых потребителей превышать номинальный рабочий ток в несколько раз. Например, любые электродвигатели в момент пуска (пока ротор двигателя неподвижен) работают практически в режиме короткого замыкания, то есть нагружают сеть только активным сопротивлением медных обмоток, которое невелико. И лишь когда ротор двигателя набирает обороты, появляется реактивное сопротивление, уменьшающее ток. Пусковые токи электродвигателей в 4-5 раз превышают номинальные (рабочие токи). (Правда длительность протекания пусковых токов невелика, биметаллическая пластина автомата защиты сработать не успеет).

Если мы для защиты двигателей применим автоматы класса В, то получим при каждом пуске двигателя ложное срабатывание автомата на пусковой ток. И возможно вообще не сможем запустить двигатель. Именно поэтому для защиты двигателей нужно применять автоматы класса D.

защита автомата от пусковых токов — электродвигатель

Класс В – для защиты осветительных сетей, нагревательных приборов, где пусковые токи минимальны или вообще отсутствуют. Соответственно класс С – для приборов со средними пусковыми токами.

средние пусковые токи — лампы освещения

Естественно для выбора автомата защиты нужно учитывать напряжение, тип тока, рабочую среду и т.д., но всё это в особых комментариях не нуждается.

Установка и монтаж автоматов защиты

Сразу отметим, что работы по установке и монтажу автоматов защиты должны проводиться квалифицированным персоналом, прошедшим соответствующее обучение и имеющим допуск на право проведения подобных работ. Это – требование безопасности, изложенное в ПУЭ.

монтаж электрического щита

Установка и монтаж автоматов производятся на основе принципиальной схемы, которая должна быть прикреплена на видном месте внутри входного щитка электропитания. Принципиальная схема конкретной установки разрабатывается на основе типовых схем. Как правило, во входном щитке располагается следующее оборудование:

электрический щит с автоматами защиты

  1. На входе устанавливается выключатель – рубильник, пакетный выключатель или общий автомат защиты (в современных щитках ставятся автоматы защиты). Это делается для того, чтобы можно было проводить электромонтажные работы внутри щитка, просто отключив весь щиток от электропитания.
  2. Далее подключается электросчётчик, который пломбируется для защиты от всякого рода «умельцев» «экономить» электроэнергию.
  3. После счётчика питающие провода разветвляются на группы, и на входе каждой группы ставится свой автомат защиты, а после него – УЗО (устройство защитного отключения). УЗО выбираются таким образом, чтобы их номинальный ток превышал номинальный ток автомата защиты. Далее провода выходят из щитка к группам потребителей, к каждой группе своим отдельным кабелем.

Автоматы защиты и УЗО крепятся на DIN-рейке. Сам монтаж сложностей не представляет, нужно только заметить, что для облегчения монтажа существуют готовые планки перемычек или перемычки – это для подачи, к примеру, на все автоматы фазного напряжения, входной провод подключается к первому автомату, а к остальным – с помощью перемычек. Также в щитке устанавливаются общие зажимные планки для нулевых проводов и для проводов заземления. Всё это значительно облегчает монтаж.

автоматы защиты для дома и офиса

Принцип действия автоматического выключателя

В наше время в быту уже не встретишь плавких предохранителей – это вчерашний день. Сегодня на смену «пробкам» пришли автоматические выключатели модульного исполнения, которые обеспечивают надежную защиту электропроводки квартиры. Наверняка многие задавались вопросом о том, как работает автоматический выключатель. С другой стороны знание принципа работы автоматического выключателя помогут правильно определить причину его отключения и соответствующую проблему, которая привела к его отключению. Ниже кратко охарактеризуем данный электрический аппарат и рассмотрим его принцип действия.

Для начала определимся с понятием автоматический выключатель. Это коммутационный аппарат, который предназначен для включения и отключения в цепях тока нагрузки в обычном, нормальном режиме, а также для автоматического отключения (разрыва цепи) при протекании через него тока перегрузки или тока короткого замыкания.

Функции отключения аппарата выполняют так называемые расцепители. Модульный автоматический выключатель, как правило, имеет независимый, тепловой и электромагнитный расцепители.

Независимый расцепитель или механизм свободного расцепления предназначен для отключения аппарата вручную. Кроме того, данный механизм отключает автомат при воздействии на него теплового или электромагнитного расцепителей.

Устройство автоматического выключателя

Устройство автоматического выключателя.

Тепловой расцепитель предназначен для автоматического отключения выключателя при протекании по нему тока, значение которого больше номинального. Основной конструктивный элемент данного типа расцепителя – биметаллическая пластина, которая деформируется в результате нагрева при протекании определенного значения тока. При достижении заданного положения пластина воздействует на механизм свободного расцепления, чем обеспечивается автоматическое отключение аппарата. Время, в течение которого происходит отключение автоматического выключателя, обратно пропорционально величине протекаемого через него тока. То есть чем больше ток, протекающий через данный автоматический выключатель, тем быстрее произойдет его автоматическое отключение.

Например, автоматический выключатель, рассчитанный на номинальный ток в 16 А при протекании через него тока величиной в 19 А отключится в течении 40-45 мин. А при значении тока 32 А отключиться за 5-10 мин. Следует отметить, что на скорость срабатывания теплового расцепителя оказывает влияние температура окружающей среды. Таким образом, летом, при температуре 450 номинальный ток 16-ти амперного аппарата составляет 15 А. В то время как зимой, при температуре -200 величина предельно допустимого тока для данного аппарата увеличивается до 21 А.

Благодаря тепловому расцепителю, автоматический выключатель осуществляет защиту конструктивных элементов электропроводки квартиры от перегрузки, которая возникает при включении в бытовую сеть электроприборов, мощность которых больше максимально допустимой для электропроводки.

Следующий тип расцепителя – электромагнитный. Он предназначен для отключения автоматического выключателя при протекании через него большого значения тока – тока короткого замыкания. Такой режим работы имеет место при повреждении электропроводки или включенного в сеть бытового электроприбора. Рассмотрим принцип работы электромагнитного расцепителя.

Электромагнитный расцепитель конструктивно представляет собой электромагнит с якорем, включенный в цепь последовательно. При протекании через автоматический выключатель номинального тока сердечник электромагнита находится в неподвижном состоянии. Если через электромагнит будет протекать большое значение тока (выше тока уставки), то он втянет сердечник с якорем и воздействует на механизм расцепления автоматического выключателя. То есть при протекании тока короткого замыкания автомат отключится автоматически действием электромагнитного расцепителя. При этом время отключения автоматического выключателя составляет доли секунды.

Ток, при котором происходит срабатывание электромагнитного расцепителя можно определить по классу автоматического выключателя. Например, электромагнитный расцепитель аппарата класса В отключается при протекании через него 3-5 номинальных значений тока. Автомат класса С отключится при протекании через него 6-10 номиналов. Данная особенность учитывается при выборе автоматических выключателей для защиты электропроводки. Это связано с тем, что некоторые потребители электрической энергии, в частности электродвигатели, характеризуются большим значением пускового тока. То есть если пусковой ток больше тока срабатывания электромагнитного расцепителя, то данный электродвигатель не запустится по причине отключения автоматического выключателя. Решением проблемы в данном случае является установка автоматического выключателя следующего класса (например, замена аппарата с классом В на аналогичный по номинальному току теплового расцепителя аппарата с классом С).

Устройство и принцип работы селективного щитка на основе оборудования Easy 9

В современном мире ежегодно растет количество применяемых электрических приборов, что приводит к усложнению электрических сетей, которые становятся все более разветвленными со всё увеличивающимся количеством защитных устройств, установленных в электрических щитах. Возникает новая задача — как обеспечить надежную и бесперебойную работу этой сложной системы?

На языке специалистов это называется обеспечить «селективную работу», т. е. сделать так, чтобы любое повреждение электрической сети отключалось бы ближайшим к нему защитным устройством, а остальные ее части оставались в работе, не отключая электроснабжение потребителя. Сложность данной задачи состоит в том, что при этом необходимо защищать сеть от повреждений, т. е. нужен баланс между возможностью своевременно отключить повреждение и необходимостью сделать это с наименьшими потерями для электроснабжения потребителя. Каким образом?

Основная опасность связана с протеканием по сети тока, превышающего номинальное значение, на которое эта сеть рассчитана. Для защиты от высоких токов короткого замыкания и перегрузки используются автоматические выключатели (иногда для краткости их называют «автоматы»). Важно помнить, что эксплуатация сети без устройств, защищающих от короткого замыкания и перегрузки, недопустима ни при каких обстоятельствах!

Рассмотрим вариант решения на основе наиболее популярной в настоящий момент линейки модульного оборудования Easy 9 производства Schneider Electric. Это оборудование среднего ценового сегмента, которое обладает оптимальным соотношением цена/качество и имеет самый широкий ассортимент защитных устройств среди других аналогичных предложений.

В составе линейки представлены:

  • автоматические выключатели с отключающей способностью 4,5 и 6 кА и различными время-токовыми характеристиками «B», «C» и «D»,
  • все виды современных устройств дифференциального тока,
  • устройства защиты от перенапряжений,
  • выключатели-разъединители,
  • реле напряжения.

Отдельно стоит сказать об экономичной серии пластиковых щитков для модульного оборудования Easy 9 Box, производимых в России.

Обеспечение селективной работы в щитах конечного распределения

Широкий выбор автоматических выключателей Easy 9 разных типов позволяет решить задачу обеспечения селективной работы автоматов в щитах конечного распределения. Самый простой вариант — установка в щите автомата с характеристикой «D» в качестве вводного (на отходящих линиях обычно применяют автоматы с характеристикой «С» или «В»), повышает порог токовой селективности. Это возможно за счет того, что автоматы с разными характеристиками отключаются при различных величинах токов.

Например, автомат с характеристикой «В» отключается мгновенно, если через него протекает ток от 3 до 5 номинальных значений, т. е. если номинал составляет 10 А, то диапазон мгновенного отключения составит от 30 до 50 А. Аналогично для автоматов с характеристикой «С» — этот диапазон от 5 до 10 номиналов, для «D» от 10 до 20 номиналов.

Рассмотрим взаимодействие двух автоматов с характеристикой «С», где 40 А установлен на вводе, а 10 А — на отходящей линии. Исходя из сказанного выше, при коротком замыкании автомат 10 А отключится в диапазоне токов 50-100 А, а 40 А в диапазоне 200-400 А. Т. е. если ток при повреждении будет превышать 200 А, то с большой долей вероятности отключится вводной автомат или оба, что не обеспечивает селективной работы. В случае, если на вводе будет установлен автомат также на 40 А, но с характеристикой «D», диапазон его срабатывания будет от 400 до 800 А и порог селективной работы составит уже 400 А. Таким образом применение автоматов с характеристикой «D» на вводе позволяет уменьшить риск ложного отключения вводного автомата при повреждении на отходящей линии.

Кроме того, установка на вводе щита автомата с более высокой отключающей способностью (6 кА против 4.5) позволяет «подстраховать» нижестоящий автомат на случай отключения коротких замыканий с большими токами, что повышает надежность и безопасность всей системы распределения в щите.

Обеспечение селективной работы УДТ

Вторым важным вопросом является обеспечение селективной работы устройств дифференциального тока — УДТ, к которым относятся выключатели дифференциального тока (раньше их называли УЗО) и дифференциальные автоматы (обычно их для краткости называют дифавтоматы). Оба вида этих устройств могут выполнять функцию защиты объекта от пожара и предохранять человека от поражения током.

Все устройства дифференциального тока имеют техническую характеристику «номинальный отключающий дифференциальный ток» — это величина тока (тока утечки), при котором УДТ отключается.

Для защиты от поражения электрическим током применяются УДТ, у которых этот параметр составляет не более 30 мА. По ГОСТ Р 50572.4.42-2012 для защиты от пожара должны устанавливаться УДТ с номинальным отключающим диф. током менее 300 мА. Кроме того, для отдельных видов нагрузок, где из-за отказа высока вероятность пожара, должны быть установлены УДТ с номинальным отключающим диф. током менее 30 мА. К таким нагрузкам можно отнести, к примеру, теплые полы с пленочным нагревательным элементом.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 устанавливает основные правила взаимодействия УДТ в электрической цепи для двух случаев: для применения в жилищном строительстве и для прочих применений.

Так, для жилищного строительства необходимо, чтобы УДТ на вводе имело номинальный отключающий дифференциальный ток в три раза больше, чем устройство на отходящей линии. Это условие подразумевает, что при установке на отходящих линиях УДТ с током отключения 30 мА на вводе мы можем применять устройства, имеющие ток срабатывания как 300 мА, так и 100 мА, т.  к. это соответствует условию, указанному выше. Выбор тока срабатывания вводного УДТ определяется несколькими факторами, в частности длиной присоединенных кабелей и мощностью нагрузок.

На практике же для квартир и небольших дачных домов на вводе используют устройства 100 мА, для коттеджей применяют УДТ с током отключения 300 мА, т. к. электрические цепи в последнем случае являются более разветвленными.

Однако как показывает практика, выполнение этого условия не всегда позволяет обеспечить селективную работу УДТ. Дело в том, что повреждения изоляции не всегда развиваются постепенно. Иногда из-за повреждений изоляционных оболочек ток утечки быстро достигает больших значений, что приводит к отключению не только УДТ на поврежденном участке, но и вводного устройства дифференциального тока, что обесточивает всю электроустановку.

Такая ситуация очень неприятна для любого жилища, а для дома и вовсе является критической, т. к. отключаются жизненно важные потребители. Помимо дискомфорта и отключения, по сути, всех инженерных систем в доме, полное отключения электроснабжения требует еще много времени на поиск поврежденного участка и восстановление работы всех систем. В зимнее время это может привести к замерзанию и повреждению, например, систем водоснабжения и отопления дома, а следовательно — к значительному финансовому ущербу.

Решением в данном случае будет установить на вводе УЗО с выдержкой времени на срабатывание, так называемое селективное. Этот тип устройств имеет индекс «S» (от англ. Selectivity — селективность) и в случае повреждения отключается с задержкой до 130 миллисекунд (полное время отключения может быть до 0,5 сек в зависимости от величины диф. тока. См таблицу 1). Такие УЗО с недавнего времени представлены в линейке Easy 9, производимой Schneider Electric.

Таблица 1. Время отключения УЗО

Как это работает?

Например, в квартире установлены селективное УДТ с отключающим током 300 мА на вводе электрического щита и несколько УДТ с отключающим током 30 мА на группах, питающих электрические розетки, как показано на рис 1.

Возникло повреждение кабеля в электрической розетке и из-за этого возникает дифференциальный ток 200 мА, который обнаруживают групповое и вводное УДТ, при этом групповое УДТ отключается мгновенно, а селективное вводное ждет 60 мсек (что видно из таблицы 1). Отключение группового устройства устраняет ток повреждения и вводное УДТ не отключается, т. е. остальная неповрежденная часть электроустановки остается в работе.

Таким вот образом отключается только аварийный участок и при этом не нарушается электроснабжение объекта в целом. При этом селективное УЗО как бы «подстраховывает» УЗО на отходящих линиях. Если одно из них по какой то причине не сработает, в этом случае селективное УЗО отключится, защитив всю электрическую цепь от дальнейшего развития аварии.

Рис. 1. Принцип работы селективного УЗО

Сейчас применение селективных УЗО в жилых и общественных зданиях является обязательным. Так, действующий СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» п.10.13 требует для повышения уровня защиты от возгорания установки УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током до 300 мА. При этом для соблюдения селективности срабатывания УДТ при двух- и многоступенчатой схеме установки уставка и время срабатывания УДТ, установленного ближе к источнику питания, должны быть как минимум в 3 раза больше, чем у УДТ, установленного ближе к потребителю. Другими словами, УДТ на вводе должно иметь уставку диф. тока до 300 мА и выдержку времени срабатывания, т. е. быть селективным.

Таким образом используя автоматические выключатели линейки Easy 9 с различными номиналами и время-токовыми характеристиками, а также селективные УЗО Easy 9, мы можем обеспечить надежную защиту и бесперебойную работу электрической сети дома или квартиры. Доступная цена и высокое качество этого оборудования, а также постоянно расширяющийся ассортимент позволяют решать с помощью линейки Easy 9 любые задачи современного электромонтажа.

Устройство и принцип работы автоматического выключателя

Произошло отключение автомата: что делать

Неопытный пользователь при срабатывании автоматического выключателя и отключении света спешит восстановить работу бытовых приборов, поэтому просто открывает защитную крышку и включает устройство. Однако это не совсем правильное решение, лучше предварительно выяснить причину отключения.

Первое, что необходимо сделать, – совершить проверку подключенных бытовых агрегатов и устройств, обращая внимание на внешний вид розеток и вилок, наличие или отсутствие запаха жженой пластмассы. Слишком горячие вилки также должны насторожить

Одна из частых причин – увеличение энергетической нагрузки. Если у вас работает стиральная машина и микроволновка, а при включении пылесоса сработала защита, значит, произошла эксплуатационная перегрузка. Решение одно – равномерно распределить нагрузку, то есть включать мощные приборы по очереди.

Если из нескольких устройств постоянно реагирует только одно, проверьте исправность всех приборов, имеющих отношение к данной цепи (перегорела лампочка, произошло замыкание). Причина может крыться в проводке – в этом случае обязательно пригласите электрика

Если количество приборов не увеличилось, нагрузка не изменилась, а выключение произошло – возможно, виновата высокая температура. При повышении температурной нормы в щитке автомат также может сработать.

И последняя причина – выход из стоя самого автоматического выключателя. После нескольких реагирований на серии возросших токов, ТКЗ, гашений дуги он приходит в негодность, что можно определить по внешним признакам. Если клеммы обуглились или пластик оплавился, необходимо произвести замену устройства.

Почему необходимы знания об электрике

Информации об электрических устройствах, известной со школьных уроков физики, для практического применения недостаточно.

Рядовой потребитель чаще сталкивается с автоматическими выключателями, так как именно они срабатывают в связи с сетевыми перегрузками. Недостаточно просто вернуть рычажок в привычное положение, нужно обязательно разобраться в причинах отключения, иначе в ближайшее время ситуация может повториться.

Чтобы ориентироваться в начинке электрощитка (который, кстати, является обязательным элементом энергосистемы частных домов), необходимо знать состав и назначение всех устройств – импульсных реле, выключателей нагрузки, УЗО и т.д.

Нужно ли уметь самостоятельно менять автоматику? Рекомендуем для начала изучить теорию, а при первом же отключении – и практику.

Дело в том, что не всегда существует возможность быстрой помощи профессионалов: в выходной день электрики отдыхают наравне с остальными. А если дом находится на даче или в деревне, лучше познакомиться с электросетью и сопутствующими устройствами досконально.

Принцип работы автоматического выключателя

Механизм автомата и находится внутри пластикового корпуса. Кроме того здесь находятся ещё и предохранительные устройства или расцепители, которых может быть два – электромагнитный и тепловой. Они предназначены для отсечки электрической цепи.

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластинка, которая, в случае прохождения токов высокого значения, выпрямляется, размыкая электрическую цепь. Это достаточно медленный прерыватель.

Электромагнитный расцепитель представляет собой специальную катушку, которая рассчитана на токи определенного порогового значения. В том случае, если данное значение превысило норму – катушка разрывает электрическую цепь. Благодаря этому свойству – автомат с электромагнитным расцепителем имеет значительно короткое время отсечки.

Уровень чувствительности автоматов

В современных автоматах имеется возможность отключения напряжения в двух вариантах. Первый из них – быстрый. Благодаря электромагнитному расцепителю автомат срабатывает при превышении напряжения более чем на 140% (это пороговое значение для стандартных автоматов). Если превышение напряжения не достигает заданного уровня, то со временем, от перегрева, сработает тепловой расцепитель.

В зависимости от тепловых характеристик самого расцепителя, напряжения, а также температуры окружающей среды – процесс отсечки может длиться и несколько часов.

Полярность автоматических выключателей

Все современные автоматы также делятся и в зависимости от полюсов. Это значит, что автомат может иметь несколько электрических линий, которые будут независимы одна от другой, но объединенные одним отключающим механизмом. В настоящее время автоматы могут иметь 1,2,3,4 полюса.

Пороговая сила тока автоматического выключателя

Автоматические выключатели также делятся и по определенной пороговой чувствительности. Это позволяет отсечь от сети напряжение соответствующей силы тока. Автоматы с номинальным значением изготавливаются и настраиваются на заводе-изготовителе. Значение этого показателя прописывается на самом автомате.

В частном строительстве и быту используют автоматические выключатели с такими значениями силы тока: 3А, 6А, 10А, 16А, 25А, 32А, 40А, 63А, 100А, 160А. Кроме того существуют и автоматические выключатели с повышенными показателями – это 1000А, 2600А, которые не используют в частном строительстве. Это значение показывает нам общую мощность потребителей электрической цепи, которые будут находиться под контролем заданного автомата. Помимо общей мощности приборов также необходимо учитывать и электропроводку электроцепи, розетки, выключатели и т.д.

Типы современных автоматических выключателей

В настоящее время все автоматы делятся производителями на несколько типов, обозначаемых определенными буквами:

• А – предназначен для работы в цепях, имеющих полупроводниковые приборы, а также довольно большой протяженности;
• В – ставятся в цепи системы освещения общего назначения;
• С – устанавливаются в цепях систем освещения, а также и в электроустановках, имеющих умеренные пусковые токи. К таким установкам относят двигатели, трансформаторы.
• D – устанавливаются в цепи активно-индуктивной нагрузки. Кроме того эти автоматы можно ставить и на электродвигатели, имеющие большие пусковые токи.
• К – автоматы, предназначенные для установки в сетях с индуктивными нагрузками.
• Z – обеспечивают защиту электронных приборов.

Характеристики срабатывания защитных автоматических выключателей

Класс АВ, определяющийся этим параметром, обозначается латинским литером и проставляется на корпусной части автомата перед цифрой, соответствующей номинальному току.

В соответствии с классификацией, установленной ПУЭ, защитные автоматы подразделяются на несколько категорий.

Автоматы типа МА

Отличительная черта таких устройств – отсутствие в них теплового расцепителя. Аппараты этого класса устанавливают в цепях подключения электрических моторов и других мощных агрегатов.

Приборы класса А

Автоматы типа А, как было сказано, обладают самой высокой чувствительностью. Тепловой расцепитель в устройствах с времятоковой характеристикой А чаще всего срабатывает при превышении силой тока номинала АВ на 30%.

Катушка электромагнитного расцепления обесточивает сеть в течение примерно 0,05 сек, если электроток в цепи превышает номинальный на 100%. Если по какой-либо причине после увеличения силы потока электронов в два раза электромагнитный соленоид не сработал, биметаллический расцепитель отключает питание в течение 20 – 30 сек.

Автоматы, имеющие времятоковую характеристику А, включаются в линии, при работе которых недопустимы даже кратковременные перегрузки. К таковым относятся цепи с включенными в них полупроводниковыми элементами.

Защитные устройства класса B

Аппараты категории B обладают меньшей чувствительностью, чем относящиеся к типу A. Электромагнитный расцепитель в них срабатывает при превышении номинального тока на 200%, а время на срабатывание составляет 0,015 сек. Срабатывание биметаллической пластины в размыкателе с характеристикой B при аналогичном превышении номинала АВ занимает 4-5 сек.

Оборудование этого типа предназначено для установки в линиях, в которые включены розетки, приборы освещения и в других цепях, где пусковое повышение электротока отсутствует либо имеет минимальное значение.

Автоматы категории C

Устройства типа C наиболее распространены в бытовых сетях. Их перегрузочная способность еще выше, чем у ранее описанных. Для того, чтобы произошло срабатывание соленоида электромагнитного расцепления, установленного в таком приборе, нужно, чтобы проходящий через него поток электронов превысил номинальную величину в 5 раз. Срабатывание теплового расцепителя при пятикратном превышении номинала аппарата защиты происходит через 1,5 сек.

Установка автоматических выключателей с времятоковой характеристикой C, как мы и говорили, обычно производится в бытовых сетях. Они отлично справляются с ролью вводных устройств для защиты общей сети, в то время как для отдельных веток, к которым подключены группы розеток и осветительные приборы, хорошо подходят аппараты категории B.

Автоматические выключатели категории Д

Эти устройства имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Для срабатывания электромагнитной катушки, установленной в аппарате такого типа, нужно, чтобы номинал по электротоку защитного автомата был превышен как минимум в 10 раз.

Срабатывание теплового расцепителя в этом случае происходит через 0,4 сек.

Устройства с характеристикой D наиболее часто используются в общих сетях зданий и сооружений, где они играют подстраховочную роль. Их срабатывание происходит в том случае, если не произошло своевременного отключения электроэнергии автоматами защиты цепи в отдельных помещениях. Также их устанавливают в цепях с большой величиной пусковых токов, к которым подключены, например, электромоторы.

Защитные устройства категории K и Z

Автоматы этих типов распространены гораздо меньше, чем те, о которых было рассказано выше. Приборы типа K имеют большой разброс в величинах тока, необходимых для электромагнитного расцепления. Так, для цепи переменного тока этот показатель должен превышать номинальный в 12 раз, а для постоянного – в 18. Срабатывание электромагнитного соленоида происходит не более чем через 0,02 сек. Срабатывание теплового расцепителя в таком оборудовании может произойти при превышении величины номинального тока всего на 5%.

Этими особенностями обусловлено применение устройств типа K в цепях с исключительно индуктивной нагрузкой.

Приборы типа Z тоже имеют разные токи срабатывания соленоида электромагнитного расцепления, но разброс при этом не столь велик, как в АВ категории K. В цепях переменного тока для их отключения превышение токового номинала должно быть трехкратным, а в сетях постоянного – величина электротока должна быть в 4,5 раза больше номинальной.

Аппараты с характеристикой Z используются только в линиях, к которым подключены электронные устройства.

Наглядно про категории автоматов на видео:

Выводы и полезное видео по теме

В видеороликах представлена информация, которая поможет вам разобраться в устройстве и подключении автоматического выключателя.

Часть 1. Как выбрать автоматический выключатель – изучаем теорию:

Пошаговый процесс сборки электрического щитка:

Полезный совет от профессионала:

Как видите, для подключения автоматического выключателя, необходимо правильно выбрать устройство, следовать определенному порядку монтажа и соблюдать меры безопасности.

Если вы сомневаетесь в собственных силах или не можете найти причину постоянных отключений защиты, обязательно обратитесь к квалифицированному электрику.

Пытаетесь самостоятельно установить автоматический выключатель? А может, не согласны с изложенным материалом, или остались вопросы по теме? Ждем ваших комментариев – блок для связи расположен ниже.

Принцип работы автоматического выключателя — схема подсоединения к сети и советы по выбору автомата (видео + 130 фото)

Автомат – один из видов электрических аппаратов защиты. Его главная задача – отключать и включать электрическую цепь. Благодаря этому, он предохраняет кабели, провода и электрические приборы от повреждений, которые могут возникнуть вследствие нештатного тока.

Если сказать кратко, автоматический выключатель выполняет две функции – коммутация и защита цепи. Давайте подробнее рассмотрим эти особенности.

 

Краткое содержимое статьи:

Разновидности автоматов

Конструктивно, данные устройства можно разделить на несколько видов, а точнее три. Различают воздушный автоматический выключатель, изделие в литом корпусе и модульный. Различные типы автоматических выключателей используются при разных условиях.

Первый вид распространен на промышленных объектах, где сила тока может достигать тысячу и более ампера. Литой корпус используется в различных диапазонах токов, а модульный знаком практически всем и применим в обычной квартире. Именно последние будем рассматривать детальнее.

Конструктивные особенности

Конструкция автоматических выключателей является сложной – здесь объединено несколько элементов. Для корпуса автомата используются диэлектрические материалы. Передняя панель маркируется в зависимости от технических характеристик. Там обязательно указывается брэнд производителя и номер. Первое, на что обращают внимание – номинальный ток и характеристика времени-тока.

Задняя  часть оснащено креплением и защелками для специальной реи. Она используется в электрических щитках, и для монтажа достаточно защелкнуть фиксатор.

Разобрав пластиковый корпус, можно рассмотреть устройство изделия. Рукоятка используется для включения и выключения тока в цепи. Также, внутри есть биметаллическая пластина, которая играет роль теплового расцепителя. Когда через неё проходит ток высокого значения, пластинка гнется и защищаемая цепь отключается.

Благодаря соленоиду выполняются функции электромагнитного расцепителя. Конструктивно, он представляет собой катушку с сердечником, обмотанным проволокой.

Когда в защищаемой цепи возникает короткое замыкание, катушка наводит магнитные потоки. Они, в свою очередь, перемещают сердечник, который отключает устройство. В современных моделях, этот процесс происходит за доли секунд.

Принцип работы

Как мы упоминали раньше, во время возникновения перегрузки, по цепи проходит ток, превышающий значение номинального. Благодаря биметаллической пластинке, которая изгибается от температуры, срабатывает устройство расцепления. Таким образом, перегруженная сеть разомкнута.

Время срабатывания зависит от того, какой номинальной ток выключателя, и чем больше, тем быстрее произойдет выключение. После остывания, устройство может работать дальше, однако мы советуем, перед включением найти причину, по которой произошло повышение тока.

Когда возникает короткое замыкание, показатели электрического тока  мгновенно растут. Это приводит к тому, что в соленоиде перемещается сердечник, который в свою очередь «включает» расцепитель.

Таким образом, происходит размыкание силовых контактов, и как следствие, защищаемая цепь выключается. Благодаря почти мгновенному действию, удается спасти изоляцию на проводах, электроприборы и сам автомат.

Размыкание контактов приводит к возникновению электрической дуги. Её мощность зависит от тока. Эта дуга портит контакты, поэтому конструкция предусматривает определенную защиту от её воздействия. Когда возникло размыкание контактов, дуга направлена к дугогасительной камере, благодаря чему она затухает, и её негативное воздействие максимально нивелируется.

Заключение

Зная особенности автоматического выключателя и его принцип работы, вам будет легче подобрать необходимое устройство для своего дома или квартиры. Достоинства автомата заключается в том, что он грамотно выполняет функции защиты электрической цепи от внештатных ситуаций, вроде короткого замыкания или превышения допустимых значений тока.

Правильно установив и подключив выключатель, вы сможете не беспокоиться о сохранности проводки – об этом позаботиться устройство.

Фото автоматического выключателя

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

 

как правильно выбрать автоматический выключатель тока

Автоматы электрические выполняют функцию защиты проводки от перегрузок, замыканий, аварий, которые могут возникнуть при скачках напряжения. Чтобы не случилась чрезвычайная ситуация, необходимо в квартирах, частных домах, гаражах, дачах и хозяйственных постройках устанавливать электрические автоматические выключатели. Когда случаются перегрузки или скачки, то прибор реагирует и работает неодинаково. В той или иной ситуации происходит срабатывание отдельных частей устройства, в то время как другие части продолжают работать, обеспечивая безопасность жилища.

Принцип работы защитного автомата

Выключатель имеет компактные, небольшие размеры, устройство помещено в пластмассу из термостойких материалов. На одной стороне —лицевой — установлена рукоятка, позволяющая включать и выключать прибор, на другой — сзади — фиксатор-защелка, который крепится на специальную DIN-рейку. Снизу и сверху расположены винтовые клеммы.

Принцип работы выключателей зависит от состояния сети и протекания тока по проводке. Когда прибор электрического выключателя находится в нормальном режиме, то через автомат проходит ток, показатели которого могут быть равны или меньше установленного номинального значения. Напряжение от внешней сети идет на верхнюю клемму с неподвижным контактом. Отсюда ток поступает на замкнутый подвижный контакт, а далее переходит на катушку соленоида, которая является гибким медным проводником. Уже отсюда ток идет на тепловой расцепитель, с которого поступает на нижнюю клемму. Именно она подключена к сети.

Таблица номиналов автоматов по току

Штатный ток, который проходит по проводке, может быть больше или меньше установленных значений. На их основании составлена классификация времятоковых характеристик для расцепителей в устройствах. Каждый вид в государственном стандарте отмечен латинской буквой, а допустимое превышение следует искать по формуле коэффициента — k=I/In.

В таблице 1 указаны нормы каждого типа времятоковых показателей.

Таблица 1

Тип время тока Значение
А Допустимое троекратное превышение, которое является максимальным
В От 3 до 5
С Превышение больше штатного возможно в 5-10 раз
D Превышение возможно в 10-20 раз
К От 8 до 14
Z Превышение разрешено в пределах 2-4 раз больше нормы

В таблице 2 приведены времятоковые характеристики приборов автоматического выключения тока.

Таблица 2

Тип Характеристика Виды цепей
А Защита на отрезке АВ активируется, когда коэффициент будет равен 1,3. Отключение тока происходит в течение 60 мин. Если ток будет и дальше увеличиваться, то время отключения сокращается ровно в два раза. Электромагнитная защита со скоростью 0,05 сек. сработает, если номинал превысит в 2 раза. Не подвержены кратковременным перегрузкам, применяются в промышленных масштабах, а не быту.
В Штатный номинал может быть превышен в 3-5 раз. Активация соленоида происходит, если перегрузка возрастет в 5 раз. Тогда обесточивание произойдет в течение 0,015 сек. Термоэлемент отключится в течение 4 сек. уже при троекратном превышении. Характерны для цепей без высоких пусковых токов.
С Перегрузка происходит чаще, чем при других видах, допустимые показатели выше нормы — в 5 раз. Как только произойдет превышение штатного режима, автоматически отключиться термоэлемент. В бытовых сетях, где часто присутствует нагрузка разного типа.
D Превышение штатной нормы происходит в 10 раз, после чего отключается термоэлемент, и в 20 раз — для соленоида. Используется для того, чтобы защитить пусковые устройства, по которым проходит высокий ток.
К Отключение соленоида произойдет, если ток превысит показатели в 8 раз. Такие приборы надо ставить на цепи, имеющие индуктивную нагрузку.
Z Характерно небольшое превышение — от 2 до 4 раз. Используется, чтобы подключать электронные приборы.
MA Термоэлемент не применяется, чтобы отключить нагрузку. Устанавливается на устройствах с электрическими двигателями.

Подбор автоматического выключателя по мощности

Одним из главных показателей, по которому осуществляется выбор автоматического выключателя, является мощность нагрузки. Это позволяет рассчитать нужное значение тока для устройства, его защиты от перепадов напряжения. Расчет проводится по номинальному току, поэтому рекомендуется выбирать по мощности отдельных участков. Во внимание стоит принимать меньшие или номинальные показатели расчетных токов. Допустимый ток электропроводки будет больше, чем номинальная мощность выключателя.

Необходимо учитывать и такой показатель, как времятоковая характеристика устройства. Основным параметром для определения номинального показателя мощности является сечение провода. Допустимое значение тока, которое указывается на автоматическом выключателе, должно быть немного меньше, чем максимальный ток для сечения провода. Выбирают устройство по наименьшему сечению провода, который проложен в проводке.

Чем опасно несоответствие кабеля сетевой нагрузке

Если автомат не будет соответствовать сетевой мощности и нагрузке, тогда он не будет защищать проводку от того, что сила тока и напряжение резко возрастет или упадет.

Сечение кабеля для сетевой нагрузки должно точно соответствовать мощности аппарата. Если мощность по разным участкам будет по сумме больше, чем номинальная величина, то станет увеличиваться температура. Из-за этого может произойти плавление изоляционного слоя кабеля. В результате чего начнется возгорание электрической проводки. Также, если сечение кабеля не будет отвечать нагрузке, то будут наблюдаться следующие явления:

  • Задымление.
  • Запах горелой изоляции.
  • Возникает пламя.
  • Выключатель не будет отключаться от сети, поскольку номинальные показатели тока по проводке не будут превышать допустимые нормы.

Процесс плавления изоляционного слоя через время спровоцирует короткое замыкание. Далее произойдет отключение автоматического выключателя, огонь способен в это время охватить весь дом.

Защита слабого звена электроцепи

Правила устройства электроустановок гласят, что выключатель для электрической сети обязан максимально защитить самый слабый участок или же содержать такой номинал тока, который будет полностью соответствовать параметру установок, которые включены в сеть. Чтобы подключить провода к сети, необходимо, чтобы их поперечные сечения имели суммарную мощность всех подключенных аппаратов.

Соблюдение подобных правил способно защитить квартиру или дом от возникновения аварии из-за слабого участка электропроводки. Игнорировать описанные требования нельзя, поскольку владелец жилья способен потерять не только прибор автоматического выключения тока, но и квартиру.

Как рассчитать номинал автоматического выключателя

Данный параметр можно рассчитать по следующей формуле: I=P/U, где:

  • I — показатель/величина номинального тока.
  • Р — суммарная мощность всех установок, которые включены в цепь. В расчет берутся лампочки и другие устройства, потребляющие электричество.
  • U — напряжение тока в сети.

Для расчета номинала можно использовать таблицу 3:

Вид подключения Однофазное в киловаттах Трехфазное (треугольник) в киловаттах Трехфазное (звезда) в киловаттах
U, B

Автоматическое,

в амперах

220 380 220
1 Ампер 0,2 1,1 0,7
2 0,4 2,3 1,3
3 0,7 3,4 2
6 1,3 6,8 4
10 2,2 11,4 6,6
16 3,5 18,2 10,6
20 4,4 22,8 13,2
25 5,5 28,5 16,5
32 7,0 36,5 21,1
40 8,8 45,6 26,4
50 11 57 33
63 13,9 71,8 41,6

Используя таблицу 3, можно легко рассчитать, сколько киловатт нагрузки способен выдержать конкретный вид номинального тока. Выбирать надо четко по указанным значениям, чтобы напряжение и вид подключения точно совпадали и соответствовали друг другу. Это поможет избежать превышения нагрузки и возможных аварий.

Недопустимые ошибки при покупке

Покупка автоматического выключателя не проводится каждый день. Поэтому к выбору устройства надо отнестись внимательно, чтобы не устроить дома пожар, замыкание проводки. Во время покупки нельзя допускать следующие виды ошибок:

  • Правильно выбрать автомат по мощности электрической проводки в многоквартирном или частном доме. Многие потребители делают совсем все наоборот — ориентируются на мощность эксплуатируемых электроприборов. Это неправильно, поскольку электропроводка может не выдержать, начать плавиться.
  • Расчет номинала АВ по номинальному току надо делать по средним показателям. Так проводка точно выдержит нагрузку тока.
  • Для дачи или гаража номинал АВ должен быть мощнее, поскольку используемая техника в таких местах имеют большую мощность, чем в квартире.
  • Устройства надо покупать только у проверенных производителей, чтобы все технические характеристики были точными и качественными, не угрожали безопасности жилья и жильцов.
  • Приобретать автоматические выключатели надо только в специализированных магазинах, не пользоваться услугами посредников. Это исключает риск приобретения подделок и некачественной продукции.

Покупка автоматов электрических — не очень сложная задача. Следует придерживаться вышеперечисленных рекомендаций, чтобы избежать ошибок в выборе такого устройства для дома. Рекомендуется приобретать автоматический выключатель с человеком, который разбирается в электричестве, специальной технике, видах сечения, мощности устройства, напряжениях тока в сети и фазах.

Принцип работы автоматического выключателя

Как работает автоматический выключатель

Нормальный рабочий режим автомата при номинальном или низком токе. Рабочий ток проходит по верхней клемме автомата, через подвесной контакт, по катушке электромагнитного расцепителя, затем проходит тепловой механизм расцепителя и нижнюю клемму автомата. При размерах тока превышающих номинал, срабатывает электромагнитная или тепловая защита.

Разновидности автоматических выключателей

С целью защиты от перегрузки по току в автомате используется тепловой расцепитель как защита от перегрузки, – это биметаллическая узкая полоса пластины собранная из двух типов сплавов, имеющих разные коэффициенты температурного расширения.

Составная биметаллическая пластина нагревается протекающим током и выгибается в сторону металла с маленьким расширением. Когда ток больше номинальной величины, то со временем пластина выгибается настолько, что этого изгиба хватает для реагирования тепловой защиты. Время, при котором среагирует расцепитель, зависит от степени превышения относительно номинального тока.

При значительном увеличении от номинала тока, тепловая защита отключит автомат быстрее, чем при малом превышении от номинала.  Второй тип защиты автомата срабатывает на короткое замыкание в нагрузке – это электромагнитный расцепитель. Он состоит из медной катушки с металлическим сердечником. Относительно величины проходящего тока растет и электромагнитное поля катушки, которое намагничивает стальной сердечник.

Демонстрация механизмов автомата

Намагниченный сердечник притягивается, преодолевая усилие удерживающей его пружины, толкает механизм электромагнитной защиты и разрывает контакты. Номинального тока и тока немного выше не хватает для намагниченности сердечника, чтобы сработал механизм расцепителя. А ток короткого замыкания создает намагниченность сердечника достаточную для отключения автомата за сотые доли секунды или даже меньше.

Защита автомата при разных перегрузках

Механизм теплового расцепителя не сработает при небольшом и недолгом токе выше номинального. При большой продолжительности тока больше номинального сработает тепловой расцепитель. Время, отключения автомата тепловой защитой, может доходить до часу.

Механизмы автоматического выключателя

Временная задержка позволяет не отключать автоматы при значительных пусковых токах двигателя и кратковременных бросках тока. Время токовая характеристика тепловых расцепителей зависит также от окружающей температуры. При повышенных температурах тепловая защита отработает быстрее, чем на холоде.

Вызвать перегрузку можно включением нескольких бытовых приборов – это чайник, стиральная машина, кондиционер, электроплита. При перегрузке автомат отключается, но сразу включить его невозможно, нужно ждать, чтобы остыла биметаллическая пластина.

Работа автомата при коротком замыкании

Большие токи короткого замыкания могут оплавить электропроводку или сжечь изоляцию. Чтобы сохранить электропроводку, используют электромагнитный расцепитель. При коротких замыканиях механика электромагнитного расцепителя срабатывает мгновенно, защищая электропроводку, и она не успевает нагреться.

Однако во время размыкания контактов появляется электрическая дуга с огромной температурой. Для защиты от обгорания контактов, разрушения корпуса предназначена дугогасительная камера. Конструктивно камера состоит из элемента с набором медных тонких пластин с небольшим зазором.

Электромагнитная и тепловая защита автоматического выключателя

Электрическая дуга касаясь набора пластин через медный провод соединенного с контактом, рассыпается на части, остывает и исчезает. При коротком замыкании образуются газы, которые выходят через отверстия в камере. Для повторного включения автомата, нужно устранить причину короткого замыкания, или автомат опять выбъет.

Виновника короткого замыкания можно определить последовательным выключением бытовых электроприборов. Но если после отключения всех приборов короткое замыкание не исчезает, то большая вероятность его происхождения в электропроводке. Состояние короткого замыкания могут вызвать электроосветительные приборы, которые также необходимо отключать.

Что такое электрическая машина?

Электрическая машина — это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую или наоборот. Электрические машины также включают трансформаторы, которые фактически не преобразуют механическую форму в электрическую, а преобразуют переменный ток с одного уровня напряжения на другой.

Электрогенератор:

Электрогенератор — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.Генератор работает по принципу электромагнитной индукции. В нем говорится, что всякий раз, когда проводник движется в магнитном поле, внутри проводника индуцируется ЭДС. Это явление называется действием генератора.

Генератор в основном состоит из статора и ротора. Механическая энергия передается на ротор генератора с помощью первичного двигателя (то есть турбины). Турбины бывают разных типов, например паровая турбина, водяная турбина, ветряная турбина и т. Д. Механическая энергия также может быть обеспечена двигателями внутреннего сгорания или другими подобными источниками.

Чтобы узнать больше о том, как работают генераторы, прочтите следующие статьи.

  • Генератор переменного тока (преобразует механическую энергию в электричество переменного тока)
  • Генератор постоянного тока (преобразует механическую энергию в электричество постоянного тока)
Электродвигатель:

Двигатель — это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, на проводник действует механическая сила, и это принцип действия двигателя.

Как и генераторы, двигатели состоят из двух основных частей: статора и ротора. Во многих типах двигателей электропитание необходимо обеспечивать как обмотке статора, так и обмотки ротора. Но в некоторых типах, таких как двигатели с фиксированным магнитом и асинхронные двигатели, может потребоваться питание только для одной обмотки. Электромагнитная сила между двумя обмотками заставляет ротор вращаться.

Чтобы узнать больше об электродвигателях, прочтите следующие статьи.

Трансформаторы:

Трансформаторы фактически не преобразуют механическую энергию в электрическую, но они передают электрическую энергию из одной цепи в другую.Они могут увеличивать или уменьшать (повышать или понижать) напряжение при передаче мощности без изменения частоты, но с соответствующим уменьшением или увеличением тока. Входная мощность и выходная мощность электрического трансформатора в идеале должны быть одинаковыми.

Повышающие трансформаторы повышают уровень напряжения от первичной до вторичной, но с соответствующим уменьшением тока. В то время как понижающий трансформатор снижает уровень напряжения с соответствующим увеличением тока, чтобы поддерживать постоянную мощность.

Вы можете найти статьи, связанные с электрическими машинами, по следующей ссылке —

Index of Electrical Machines

Основные принципы: Основные принципы электрических машин

Основные принципы электрических машин
Электромеханическое преобразование энергии

Устройство электромеханического преобразования энергии является связующим звеном между электрическими и механическими системами.

Когда механическая система передает энергию через устройство в электрическую систему, устройство называется генератором.

Процесс обратимый; однако часть энергии, преобразованной в тепло, теряется и необратима. Электрическая машина может работать как генератор или как двигатель. Электромеханическое преобразование зависит от взаимосвязи между:

• Электрические и магнитные поля

• Механические силы и движение.

Во вращающихся машинах мощность вырабатывается за счет относительного движения катушек.

В случае генератора обмотка механически вращается в магнитном поле.Это вызывает изменение магнитных связей с обмотками, вызывая индуцированные напряжения.

В случае двигателя токопроводящий провод может находиться внутри магнитного поля. Механическая сила действует на проводник с током в магнитном поле и, следовательно, создается результирующий крутящий момент, действующий на ротор.

Как в генераторе, так и в двигателе токопроводящий провод находится в магнитном поле. Проводники и поток движутся относительно друг друга с определенной скоростью. Во вращающихся машинах вырабатываются как напряжение, так и крутящий момент. Только направление потока мощности определяет, работает ли машина как генератор или как двигатель. Для генератора e и i находятся в одном направлении.

В генераторе мощность обеспечивается первичным двигателем. Электроэнергия вырабатывается генератором, и результирующая мощность, произведенная из-за трения, теряется. В то время как в случае двигателя мощность подается от входов электрического источника питания, и возникает небольшая потеря результирующей механической мощности, производимой из-за трения.

Основные принципы электромагнетизма
Магнитное и электрическое поля

Как вы знаете, каждый электрический заряд имеет собственное электрическое поле; то есть силовые линии. Линии электрического поля направлены от положительных зарядов в сторону отрицательных (рис. 1.7). Каждый заряд оказывает силу на другой заряд, которая всегда касается силовых линий, созданных другим зарядом.

Точно так же силовые линии магнитного поля «текут» от N-полюса к S-полюсу (Рисунок 1.8). Ток, перемещающий электрические заряды, создает магнитное поле. Каждый вращающийся электрон образует токовую петлю, которая создает собственное магнитное поле. Линии магнитного поля всегда образуют круги вокруг создаваемого ими тока.

Магнитное поле, создаваемое проводником с током

Если по проводнику течет ток, он создает вокруг него магнитное поле. Направление тока и направление создаваемого таким образом поля имеют определенную связь, которая задается следующими правилами:

Th e линейка для правой руки Удерживайте проводник в правой руке, сомкнув пальцы вокруг проводника, а большой палец должен указывать в направлении тока.Пальцы будут указывать в направлении магнитных линий потока, создаваемого вокруг проводника.

Поток, создаваемый токонесущей катушкой. Поток может быть получен путем протекания тока через катушку вместо проводника. Введение магнитного материала в сердечник, на который намотана катушка, увеличивает магнитный поток. Направление магнитного потока в катушке определяется правилом правой руки.

В случае двигателя направление индуцированной ЭДС таково, что оно противодействует прохождению тока.В то время как в генераторе наведенная ЭДС направлена ​​таким образом, чтобы установить ток.

Правило левой руки Флеминга Определяет взаимосвязь между направлением тока, направлением поля и направлением движения. Если указательный палец левой руки указывает в направлении поля, средний палец указывает направление тока, а большой палец указывает направление движения.

Основной принцип двигателя

Принцип работы двигателя основан на том факте, что когда «проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует сила».

Если вы возьмете простой двигатель постоянного тока, он имеет катушку с током, поддерживаемую между двумя постоянными магнитами (напротив полюсов), так что катушка может свободно вращаться внутри. Когда концы катушки подключены к источнику постоянного тока, ток будет проходить через нее, и она ведет себя как стержневой магнит, как показано на рисунке 1.9. Когда ток начинает течь, силовые линии катушки будут взаимодействовать с магнитными линиями постоянного магнита. Это вызовет движение катушки (рисунки 1.9 (a), (b), (c), (d)) из-за силы притяжения и отталкивания между двумя полями. Катушка будет вращаться, пока не достигнет положения 180 °, потому что теперь противоположные полюса будут напротив друг друга (рис. 1.9 (e)) и силы притяжения или отталкивания не будет.

Роль коммутатора: Щетки коммутатора просто меняют полярность источника постоянного тока, подключенного к катушке. Это вызовет изменение направления тока

магнитного поля и начните вращать катушку еще на 180 ° (Рисунок 1. 9 (е).

Щетки будут двигаться таким образом, чтобы обеспечить непрерывное вращение катушки двигателя.

Аналогичным образом, двигатель переменного тока также работает по вышеуказанному принципу; за исключением этого, контакты коммутатора остаются неподвижными, потому что направление переменного тока постоянно меняется в течение каждого полупериода (каждые 180 °).

Основной принцип генератора

Мы обсудили основные принципы работы двигателя, а также на диаграммах мы увидели работу генератора.

В принципе, конструкция генератора переменного тока аналогична конструкции двигателя. Вместо того, чтобы подавать ток, ток снимается с катушки в генераторе переменного тока.

Механический первичный двигатель вращает катушку между полюсами постоянного магнита, и в катушке индуцируется переменный потенциал. Для дальнейшего определения: если переменный ток вызывает виток катушки, то при повороте катушки будет создаваться переменный ток.

Согласно закону Фарадея, когда провод продвигается внутрь, чтобы пересечь силовые линии магнитного поля, на заряд (электроны) в проводе действует сила, пытаясь перемещать их вдоль провода.Вот как начнет течь ток, если к нему подведена полная цепь. Магнитное поле создается не магнитами, а катушками возбуждения.

Катушка, в которой индуцируется напряжение, называется обмоткой якоря, а катушка, создающая магнитное поле, называется обмоткой возбуждения.

В высоковольтных генераторах не рекомендуется иметь вращающиеся якоря, поскольку требуются токосъемные щетки с высокими характеристиками. Скорее, якорь остается неподвижным, а поле — вращающимся.

В генераторах переменного тока малой мощности в качестве поля используется постоянный магнит, тогда как в генераторах переменного тока большой мощности питание обмотки возбуждения осуществляется от узла возбудителя. Узел возбудителя — это небольшой генератор переменного тока, подключенный к тому же валу.

Идеализированные станки

Есть неподвижный элемент, называемый статором, и вращающийся элемент, называемый ротором. Вращающийся элемент установлен на подшипниках, закрепленных на неподвижном элементе. Статор и ротор имеют цилиндрические стальные сердечники, разделенные воздушным зазором.Обмотки намотаны на статор и сердечник ротора. Общий магнитный поток проходит через воздушный зазор от одного сердечника к другому, образуя комбинированный магнитный контур. Две цилиндрические железные поверхности с воздушным зазором между ними движутся относительно друг друга. Цилиндрическая поверхность может быть разделена четным числом выступающих полюсов с промежутками между ними или может быть непрерывной с щелевыми отверстиями, равномерно расположенными по окружности. Эта конструкция может быть как для статора, так и для ротора.

Общие черты идеальной электрической машины показаны на рисунке 1.10. В случае обмоток проводники проходят параллельно оси цилиндров у поверхности. В

Проводники соединены в катушки концевыми соединениями вне сердечника, а катушки соединены, образуя обмотки машины.

Работа машины зависит от распределения токов по поверхностям сердечника и напряжений, приложенных к обмоткам.

В различных типах электрических машин расположение различается расположением проводников, обмоток и конструкциями сердечника, в зависимости от того, является ли он непрерывным или явнополюсным.Магнитный поток сложным образом пронизывает железные сердечники. Однако, поскольку чугун обладает высокой проницаемостью, точность работы машины может быть определена путем рассмотрения распределения магнитного потока в воздушном зазоре. Фактически проводники расположены в пазах, образованных в пластинах сердечника .

Типичный поперечный разрез и соответствующая диаграмма развития электрической машины с четырьмя полюсами, перпендикулярными оси сердечников, показаны на рисунке 1. 11.

Как показано на диаграмме, распределение магнитного потока и тока повторяется на каждой паре полюсов.На полюсах обмотки намотаны так, что ток течет в противоположном направлении и создает поле, соответствующее северной и южной полярностям. Максимальный поток проходит вдоль центра полюса и уменьшается до нуля между межполюсными промежутками.

Основные принципы электрических машин

В электрической машине токи во всех обмотках объединяются, образуя результирующий магнитный поток. Система поля производит поток. В обмотках, например, якоря, индуцируются напряжения.Когда якорь проводит ток, взаимодействие между магнитным потоком и током создает крутящий момент.

Виды обмоток электрических машин

(a) Coi l обмотка

Обмотка состоит из катушек, намотанных на все полюса машины и соединенных вместе для образования подходящей последовательной или параллельной цепи. Направление тока в альтернативном полюсе будет противоположным, так что, когда один полюс является Северным полюсом, другой соседний полюс будет Южным полюсом.Это создает магнитный поток в правильном направлении, замыкая магнитную цепь от Северного полюса до Южного полюса через железные сердечники как статора, так и ротора.

Катушка может быть намотана на статор или на ротор, образуя выступающие или не выступающие полюса машины. На эти обмотки подается постоянный ток, и они создают поле, пропорциональное величине тока, протекающего через обмотки. Если полюса находятся на статоре, в воздушном зазоре создается стационарное поле.

(б) Co мм Обмотка мутатора

Обмотка коллектора находится на роторе. Якорь имеет открытые прорези, в которых расположены проводники и подключены к сегментам коммутатора в непрерывной последовательности.

(в) Полифазы е обмотка

Полифазная обмотка — это распределенная обмотка. Отдельные проводники соответствующим образом распределяются в пазах и подключаются к нескольким отдельным цепям, по одной для каждой фазы.Группа проводников, образующих фазовые полосы, распределяется в регулярной последовательности по последовательным шагам полюсов, так что имеется сбалансированная обмотка, обеспечивающая одинаковое напряжение на каждую фазу. Этот тип обмотки в основном используется для статора. При подаче трехфазного тока он создает вращающееся поле в воздушном зазоре. Он имеет постоянную величину, но вращается с постоянной синхронной скоростью.

Виды электрических машин

В зависимости от типа сочетания обмоток, используемых на статоре и роторе, электрические машины подразделяются на следующие типы:

1. D C станки

Машины постоянного тока имеют преимущество перед машинами переменного тока, когда речь идет об управлении скоростью двигателя. Так проще и дешевле.

(a) Shun t двигатель

В этой машине обмотка возбуждения установлена ​​в ярме, а обмотка якоря установлена ​​на роторе. Шунтирующий двигатель используется там, где важно регулирование скорости.

Самовозбуждающийся Обмотка возбуждения подключена параллельно (шунт) с обмоткой якоря того же источника.Изменяя ток возбуждения, можно изменять скорость. Крутящий момент пропорционален току якоря.

Эта машина также может работать как генератор. Чтобы ограничить высокий пусковой ток моторного привода, сбросьте напряжение на рампе. Для этого двигателя переменный резистор подключен к
Серия

с цепью возбуждения для небольшого изменения величины магнитного потока и скорости.

С раздельным возбуждением Обмотка возбуждения подключена параллельно (шунт) с обмоткой якоря с раздельным возбуждением.

Крутящий момент пропорционален току якоря. В шунтирующем двигателе с независимым возбуждением скорость может быть изменена до определенного предела путем изменения напряжения якоря. После этого, используя ослабление поля (уменьшение тока возбуждения), можно увеличить скорость двигателя выше базовой. Остальные особенности остались такими же, как у самовозбуждающегося.

(б) Se двигатель

Как следует из названия, в двигателях этого типа обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря.Естественно, что через него будет проходить сильный ток; следовательно, используется обмотка возбуждения более толстого датчика. Серийный двигатель используется там, где регулировка скорости не важна.

Основным преимуществом этого двигателя является возможность получения высокого крутящего момента, что делает его полезным для таких применений, как тепловозы, краны и т. Д.

Соотношение между крутящим моментом и током следующее:

T α Ia 2

Важно запускать этот двигатель в нагруженном состоянии, иначе это может привести к повреждению двигателя и его окружения.

(c) C o мвдвигатель

Если объединить как последовательные, так и параллельные двигатели, то получится составной двигатель. Он сочетает в себе хорошие характеристики обоих типов, такие как характеристики высокого крутящего момента последовательного двигателя и регулирование скорости параллельного двигателя.

2. A Машины C

(a) Squi r асинхронный двигатель rel-cage

Машины переменного тока просты и надежны.Наиболее распространенной машиной этого типа является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (название произошло от типа конструкции). Основная работа по этому поводу была рассмотрена в предыдущих разделах. Следующее соотношение дает скорость этого двигателя:

Например, если двигатель имеет два полюса, то при частоте 50 Гц частота вращения двигателя будет 3000 (об / мин).

Однако вы не найдете 3000 или 1500 об / мин на паспортной табличке двигателя, потому что частота вращения двигателя не будет 3000 об / мин при полной нагрузке.Это связано с проскальзыванием асинхронного двигателя.

Обороты двигателя регулируются путем регулирования частоты ( f ) — по мере увеличения частоты скорость двигателя также увеличивается. Высокий пусковой ток ограничивается пускателем со звезды на треугольник или пускателем пониженного напряжения.

(b) W ou n d роторный двигатель

По конструкции он аналогичен беличьей клетке и работает аналогично, за исключением того, что предусмотрены контактные кольца. Основная особенность электродвигателя с контактными кольцами заключается в том, что резисторы, включенные последовательно с цепью ротора, ограничивают пусковой ток.

Двигатель запускается с полным набором сопротивлений, но по мере увеличения скорости двигателя сопротивления замыкаются одно за другим. Когда двигатель достигает полной скорости, вся группа сопротивлений замыкается, и теперь двигатель работает как обычный асинхронный двигатель.

(c) Sync h ronous моторы

Синхронный двигатель — это двигатель с постоянной скоростью, который может использоваться для корректировки коэффициента мощности трехфазной системы.Подобно асинхронному двигателю с точки зрения статора, синхронная машина имеет либо устройство с постоянным магнитом, либо ротор с электромагнитом (ток подается через контактные кольца). Проще говоря, ротор будет продолжать блокироваться с вращающимся магнитным полем в статоре. Итак, двухполюсная машина будет работать ровно на 3000 об / мин. Во многих синхронных машинах для запуска в ротор встроена беличья клетка. Следовательно, при запуске машина действует как асинхронный двигатель, и по мере приближения к синхронной скорости она внезапно «фиксируется» на синхронной скорости.

Основные характеристики электрических машин

Ниже приведены основные характеристики электрических машин:

• Напряжения, наведенные в обмотках, токи нагрузки и напряжения на клеммах, зависят от следующих различных условий нагрузки — скорости, с которой машина работает при различных условиях нагрузки, и частоты.

• Входная или выходная мощность станка.

• Крутящий момент, создаваемый при различных условиях нагрузки.

Входящие поисковые запросы:

admin

Ахмед Фарахат — инженер EECS. Имея 18-летний опыт работы в этой области, он работал в различных технологических дисциплинах и имел
Почетный диплом о высшем образовании в области компьютерных наук и инженерии

Соответствующие должности:

Электрические машины Трансформаторы Генераторы и двигатели

Машины, которые работают на электроэнергии, называются электрическими машинами или электрическими машинами . В электрических машинах либо ввод, либо вывод, либо оба могут быть электричеством.

Типы электрических машин

Электрические машины бывают трех основных типов: трансформаторные, генераторы и двигатели.
Электрический трансформатор: В трансформаторе и вход, и выход являются электрическими.
Электрический генератор: В генераторе входная мощность — механическая, а выходная — электрическая.
Электрический двигатель: В двигателе входная мощность — электрическая, а выходная — механическая.
Электрические машины также можно разделить на статические и динамические машины.
Трансформатор является примером статической электрической машины.
Двигатель и генератор являются динамической электрической машиной.

Трансформатор: Трансформатор работает по принципу взаимной индукции. Обмотки трансформатора соединены железным сердечником. Поток в сердечнике связывает как первичную, так и вторичную обмотки, благодаря чему в обмотках индуцируется напряжение. Принцип работы трансформатора можно описать следующим образом.Переменное напряжение прикладывается к первичной обмотке, благодаря чему ток намагничивания протекает через первичную обмотку, и в результате намагничивающий поток создается и концентрируется в замкнутой цепи магнитного сердечника с низким сопротивлением. Этот поток связан как с первичной, так и с вторичной обмоткой. Напряжение самоиндуцируется в первичной обмотке и взаимно индуцируется во вторичной обмотке. Наведенное напряжение на виток как в первичной, так и во вторичной обмотке одинаково. Напряжение на обмотках зависит от количества витков в обмотке.

В зависимости от уровня напряжения существуют два типа трансформаторов: повышающий трансформатор и понижающий трансформатор. Повышающие трансформаторы предназначены для повышения уровня электрического напряжения. Понижающие трансформаторы предназначены для понижения уровня электрического напряжения.

В зависимости от применения трансформаторы делятся на силовые, распределительные и измерительные.

В зависимости от критериев проектирования трансформаторы делятся на двухобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы.

В зависимости от системы изоляции трансформаторы можно разделить на масляные трансформаторы и сухие трансформаторы.

В зависимости от рабочей фазы трансформатор может быть как однофазным, так и трехфазным.

Трехфазный трансформатор также может быть трехфазным трансформатором с одним блоком и трехфазным трансформатором с несколькими блоками.

Когда проводник перемещается в магнитном поле, в проводнике индуцируется ЭДС. Это принцип динамически индуцированной ЭДС.В зависимости от этого принципа работают все электрические генераторы.

Есть два типа генераторов — генератор постоянного тока, генератор переменного тока или генератор переменного тока.

Генератор постоянного тока: В генераторе постоянного тока якорь (сборка проводников) представляет собой ротор, а электромагнитные полюса прикреплены к статору. Когда ротор вращается в статоре, переменный ток индуцируется в якоре и собирается через сегменты коммутатора, прикрепленные к валу двигателя. Генерируемый в якоре переменный ток преобразуется в постоянный ток через коммутатор.

Генератор переменного тока: В генераторе переменного тока якорь прикреплен к внутренней периферии статора. Электромагнит вращается в статоре. Электроэнергия, генерируемая статическим якорем, напрямую поступает во внешнюю цепь. Источник постоянного тока подает питание на электромагнит ротора через контактные кольца.

Электродвигатели можно разделить на двигатели постоянного и переменного тока.

Двигатель постоянного тока: эти двигатели питаются от источника постоянного тока через сегменты коммутатора, прикрепленные к валу двигателя.Мотор вращается по правилу левой руки Флеминга. Электродвигатель постоянного тока можно разделить на следующие категории: электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, электродвигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, электродвигатель постоянного тока с последовательной обмоткой, электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой.

Есть два типа двигателей переменного тока. Асинхронный двигатель и синхронный двигатель.

Асинхронные двигатели: они также подразделяются на однофазные асинхронные двигатели и трехфазные асинхронные двигатели. Асинхронный двигатель может использовать ротор с короткозамкнутым ротором или ротор с намоткой. В асинхронном двигателе вращающееся магнитное поле создается, когда двигатель питается от электричества.Это вращающееся магнитное поле взаимодействует с проводниками ротора, благодаря чему ток индуцируется в проводниках. Индуцированный ток через проводники ротора возникает из-за относительного движения между ротором и статором. Чтобы уменьшить причину индуцированного тока, ротор пытается поймать вращение магнитного поля. В результате ротор вращается.

Синхронный двигатель: В синхронном двигателе вращающееся магнитное поле создается в статоре. Здесь ротор двигателя представляет собой электромагнит, который магнитно заблокирован вращающимся магнитным полем, и, следовательно, ротор вращается.

Есть много других типов электродвигателей, таких как серводвигатель, шаговый двигатель, двигатель с гистерезисом и т. Д.

Принцип электродвигателя — HiSoUR — Hi So You Are

🔊 Аудио чтение

Электродвигатель — это электромеханический преобразователь (электрическая машина), преобразующий электрическую энергию в механическую. В обычных электродвигателях генерируются магнитные поля в катушках с токонесущими проводниками, силы взаимного притяжения и отталкивания которых реализуются в движении.Таким образом, электродвигатель является аналогом очень похожего по конструкции генератора, который преобразует мощность двигателя в электрическую. Электродвигатели обычно генерируют вращательные движения, но их также можно использовать для поступательных движений (линейный привод). Электродвигатели используются для привода многих видов оборудования, машин и транспортных средств.

Принцип действия
Электродвигатели — это устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую. Средством преобразования энергии в электродвигателях является магнитное поле.Существуют разные типы электродвигателей, и каждый тип имеет разные компоненты, структура которых определяет взаимодействие электрических и магнитных потоков, которые вызывают силу или крутящий момент двигателя.

Фундаментальный принцип, который описывает, как сила вызывается взаимодействием точечного электрического заряда q в электрическом и магнитном полях, — это закон Лоренца:

где:

q: точечный электрический заряд
E: электрическое поле
v: скорость частицы
B: плотность магнитного поля
В случае чисто электрического поля выражение уравнения сводится к:

Сила в этом случае определяется только зарядом q и электрическим полем E.Именно кулоновская сила действует вдоль проводника, порождающего электрический поток, например, в катушках статора асинхронных машин или в роторе двигателей постоянного тока.

В случае чисто магнитного поля:

Сила определяется зарядом, плотностью магнитного поля B и скоростью груза v. Эта сила перпендикулярна магнитному полю и направлению скорости груза. Обычно в движении находится много грузов, поэтому выражение удобно переписать в терминах плотности заряда Fv (сила на единицу объема):

Для продукта это известно как плотность тока J (ампер на квадратный метр):

Тогда полученное выражение описывает силу, создаваемую взаимодействием тока с магнитным полем:

Это основной принцип, объясняющий, как возникают силы в электромеханических системах, таких как электродвигатели.Однако полное описание каждого типа электродвигателя зависит от его компонентов и конструкции.

Линейный двигатель
Линейный двигатель — это, по сути, любой электродвигатель, который был «раскручен» таким образом, что вместо создания крутящего момента (вращения) он создает прямолинейную силу по всей своей длине.

Линейные двигатели чаще всего представляют собой асинхронные двигатели или шаговые двигатели. Линейные двигатели обычно встречаются во многих американских горках, где быстрое движение безмоторного железнодорожного вагона контролируется рельсом. Они также используются в поездах на магнитной подвеске, где поезд «летает» над землей. В меньшем масштабе перьевой плоттер HP 7225A 1978 года использовал два линейных шаговых двигателя для перемещения пера по осям X и Y.

Электромагнетизм

Сила и крутящий момент
Основной целью подавляющего большинства электродвигателей в мире является электромагнитное индуцирование относительного движения в воздушном зазоре между статором и ротором для создания полезного крутящего момента или линейной силы.

Согласно закону силы Лоренца сила проводника обмотки может быть просто выражена как:

или более широко для работы с проводниками любой геометрии:

Наиболее общие подходы к расчету сил в двигателях используют тензоры.

Мощность
Где об / мин — это скорость вала, а Т — крутящий момент, механическая выходная мощность двигателя Pem определяется выражением

.

в британских единицах, где T выражается в фут-фунтах,

(лошадиные силы), и,
в единицах СИ с угловой скоростью вала, выраженной в радианах в секунду, и T, выраженным в ньютон-метрах,

(Вт).
Для линейного двигателя с силой F, выраженной в ньютонах, и скоростью v, выраженной в метрах в секунду,

(Вт).
В асинхронном или асинхронном двигателе зависимость между скоростью двигателя и мощностью воздушного зазора без учета скин-эффекта определяется следующим образом:

, где
Rr — сопротивление ротора
I r 2 — квадрат индуцированного тока в роторе
s — скольжение двигателя; я.е., разница между синхронной скоростью и скоростью скольжения, которая обеспечивает относительное движение, необходимое для индукции тока в роторе.

Задняя ЭДС

Так как обмотки якоря двигателя постоянного тока или универсального двигателя движутся через магнитное поле, в них возникает индуцированное напряжение. Это напряжение имеет тенденцию противодействовать напряжению питания двигателя и поэтому называется «противодвижущей силой (ЭДС)». Напряжение пропорционально скорости вращения двигателя. Обратная ЭДС двигателя плюс падение напряжения на внутреннем сопротивлении обмотки и щетках должны равняться напряжению на щетках. Это обеспечивает основной механизм регулирования скорости в двигателе постоянного тока. Если механическая нагрузка увеличивается, двигатель замедляется; в результате возникает ЭДС нижней части спины, и больше тока потребляется от источника питания. Этот увеличенный ток обеспечивает дополнительный крутящий момент для балансировки новой нагрузки.

В машинах переменного тока иногда полезно учитывать источник обратной ЭДС внутри машины; например, это особенно важно при точном регулировании скорости асинхронных двигателей на частотно-регулируемых приводах.

Потери
Потери двигателя в основном связаны с резистивными потерями в обмотках, потерями в сердечнике и механическими потерями в подшипниках, а также аэродинамическими потерями, особенно при наличии охлаждающих вентиляторов.

Потери также возникают при коммутации, искры механических коммутаторов и электронных коммутаторов, а также рассеивание тепла.

КПД
Для расчета КПД двигателя механическая выходная мощность делится на входную электрическую:

,
где — эффективность преобразования энергии, — входная электрическая мощность и — механическая выходная мощность:

где — входное напряжение, — входной ток, T — выходной крутящий момент и — выходная угловая скорость. Можно аналитически вывести точку максимальной эффективности. Обычно он составляет менее 1/2 крутящего момента при остановке.

Различные регулирующие органы во многих странах приняли и внедрили законы, поощряющие производство и использование электродвигателей с более высоким КПД.

Коэффициент качества
Эрик Лэйтуэйт предложил метрику для определения «качества» электродвигателя:

Где:

— коэффициент качества (коэффициенты выше 1, вероятно, будут эффективными)
— площади поперечного сечения магнитной и электрической цепи
— длины магнитной и электрической цепей
— магнитная проницаемость сердечника
— угловая частота двигатель приводится в движение
. Из этого он показал, что наиболее эффективные двигатели имеют относительно большие магнитные полюса.Однако это уравнение напрямую относится только к двигателям без ПМ.

Рабочие параметры

Допустимый крутящий момент для типов двигателей
Все электромагнитные двигатели, включая упомянутые здесь типы, получают крутящий момент из векторного произведения взаимодействующих полей. Для расчета крутящего момента необходимо знать поля в воздушном зазоре. После того, как они были установлены с помощью математического анализа с использованием FEA или других инструментов, крутящий момент может быть вычислен как интеграл всех векторов силы, умноженных на радиус каждого вектора.Ток, протекающий в обмотке, создает поля, и для двигателя, использующего магнитный материал, поле не линейно пропорционально току. Это затрудняет расчет, но компьютер может выполнить множество необходимых расчетов.

Как только это будет сделано, число, связывающее ток с крутящим моментом, можно использовать в качестве полезного параметра для выбора двигателя. Максимальный крутящий момент двигателя будет зависеть от максимального тока, хотя обычно его можно использовать только до тех пор, пока не будут преобладать тепловые соображения.

При оптимальном проектировании в пределах заданного ограничения насыщения сердечника и для заданного активного тока (т. Е. Тока крутящего момента), напряжения, числа пар полюсов, частоты возбуждения (т. Е. Синхронной скорости) и плотности магнитного потока в воздушном зазоре, все категории электрических двигатели или генераторы будут демонстрировать практически одинаковый максимальный непрерывный крутящий момент на валу (то есть рабочий крутящий момент) в пределах заданной области воздушного зазора с пазами обмотки и глубиной задней части, которая определяет физический размер электромагнитного сердечника.Для некоторых приложений требуются всплески крутящего момента, превышающие максимальный рабочий крутящий момент, например, короткие всплески крутящего момента для ускорения электромобиля с места. Всегда ограниченная насыщением магнитопровода или безопасным повышением рабочей температуры и напряжения, способность выдерживать скачки крутящего момента сверх максимального рабочего крутящего момента значительно различается между категориями электродвигателей или генераторов.

Способность к скачкам крутящего момента не следует путать с возможностью ослабления поля. Ослабление поля позволяет электрической машине работать за пределами расчетной частоты возбуждения. Ослабление поля выполняется, когда максимальная скорость не может быть достигнута путем увеличения приложенного напряжения. Это относится только к двигателям с полями, управляемыми током, и поэтому не может быть достигнуто с двигателями с постоянными магнитами.

Электрические машины без трансформаторной топологии схемы, такие как WRSM или PMSM, не могут реализовать всплески крутящего момента, превышающие максимальный расчетный крутящий момент, без насыщения магнитного сердечника и исключения любого увеличения тока как бесполезного. Более того, сборка постоянных магнитов PMSM может быть непоправимо повреждена, если будут предприняты попытки увеличения крутящего момента, превышающего максимально допустимый рабочий крутящий момент.

Электрические машины с топологией трансформаторной схемы, такие как асинхронные машины, индукционные электрические машины с двойным питанием, а также асинхронные или синхронные машины с двойным питанием с фазным ротором (WRDF), демонстрируют очень высокие всплески крутящего момента, потому что наведенный ЭДС активный ток на обе стороны трансформатора противостоят друг другу и, таким образом, не влияют на плотность потока магнитного сердечника трансформатора, что в противном случае привело бы к насыщению сердечника.

Электрические машины, основанные на индукционных или асинхронных принципах, закорачивают один порт цепи трансформатора, и в результате реактивное сопротивление цепи трансформатора становится доминирующим по мере увеличения скольжения, что ограничивает величину активного (т.е.е., реальный) ток. Тем не менее, всплески крутящего момента, которые в два-три раза превышают максимальный расчетный крутящий момент, возможны.

Бесщеточная машина с синхронным двойным питанием с фазным ротором (BWRSDF) — единственная электрическая машина с действительно двухпортовой топологией трансформаторной схемы (т. Е. Оба порта возбуждаются независимо без короткозамкнутого порта). Топология схемы двухпортового трансформатора, как известно, нестабильна и требует многофазного узла контактного кольца-щетки для передачи ограниченной мощности на обмотку ротора.Если бы были доступны прецизионные средства для мгновенного управления углом крутящего момента и скольжением для синхронной работы во время движения или генерации, одновременно обеспечивая бесщеточную энергию для набора обмоток ротора, активный ток машины BWRSDF не зависел бы от реактивного сопротивления цепи трансформатора и всплески крутящего момента, значительно превышающие максимальный рабочий крутящий момент и намного превосходящие практические возможности любого другого типа электрической машины, были бы возможны. Были рассчитаны всплески крутящего момента, превышающие рабочий крутящий момент в восемь раз.

Плотность постоянного крутящего момента
Плотность постоянного крутящего момента обычных электрических машин определяется размером области воздушного зазора и глубиной задней части, которые определяются номинальной мощностью комплекта обмотки якоря, скоростью машины, и достижимая плотность потока в воздушном зазоре до насыщения сердечника. Несмотря на высокую коэрцитивную силу постоянных магнитов из неодима или самария-кобальта, постоянная плотность крутящего момента практически одинакова для электрических машин с оптимально спроектированными наборами обмоток якоря.Постоянная плотность крутящего момента относится к способу охлаждения и допустимому периоду эксплуатации до разрушения из-за перегрева обмоток или повреждения постоянного магнита.

Другие источники утверждают, что различные топологии электронных машин имеют разную плотность крутящего момента. Один источник показывает следующее:

Тип электрической машины Удельная плотность крутящего момента (Нм / кг)
SPM — бесщеточный переменный ток, токопроводимость 180 ° 1,0
SPM — бесщеточный переменный ток, токопроводимость 120 ° 0. 9-1,15
ИМ, асинхронная машина 0,7–1,0
IPM, машина с внутренним постоянным магнитом 0,6-0,8
VRM, машина двойного сопротивления 0,7–1,0

где — удельная плотность крутящего момента нормирована на 1.0 для SPM — бесщеточный переменный ток, токопроводимость 180 °, SPM — это машина с поверхностным постоянным магнитом.

Плотность крутящего момента для электродвигателей с жидкостным охлаждением примерно в четыре раза больше, чем для электродвигателей с воздушным охлаждением.

Источник, сравнивающий постоянный ток (DC), асинхронные двигатели (IM), синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) и реактивные реактивные двигатели (SRM), показал:

Характеристика постоянного тока IM PMSM SRM
Плотность крутящего момента 3 3,5 5 4
Удельная мощность 3 4 5 3. 5

Другой источник отмечает, что синхронные машины с постоянными магнитами мощностью до 1 МВт имеют значительно более высокую плотность крутящего момента, чем асинхронные машины.

Постоянная плотность мощности
Постоянная плотность мощности определяется произведением постоянной плотности крутящего момента на диапазон скорости постоянного крутящего момента электрической машины.

Специальные магнитные двигатели

Поворотный

Двигатель с ротором без сердечника или без сердечника
Принципиально ни один из двигателей, описанных выше, не требует, чтобы железные (стальные) части ротора действительно вращались.Если магнитомягкий материал ротора выполнен в виде цилиндра, то (за исключением эффекта гистерезиса) крутящий момент действует только на обмотки электромагнитов. Преимущество этого факта — двигатель постоянного тока без сердечника или железа, специализированная форма двигателя постоянного тока с постоянными магнитами. Эти двигатели, оптимизированные для быстрого разгона, имеют ротор без железного сердечника. Ротор может иметь форму цилиндра, заполненного обмоткой, или самонесущей конструкции, содержащей только магнитный провод и связующий материал.Ротор может помещаться внутри магнитов статора; магнитомягкий неподвижный цилиндр внутри ротора обеспечивает обратный путь для магнитного потока статора. Во второй конструкции корзина обмотки ротора окружает магниты статора. В этой конструкции ротор помещается внутри магнитомягкого цилиндра, который может служить корпусом для двигателя, а также обеспечивает обратный путь для магнитного потока.

Поскольку ротор намного легче по весу (массе), чем обычный ротор, сформированный из медных обмоток на стальных пластинах, ротор может ускоряться намного быстрее, часто достигая механической постоянной времени менее одной мс.Это особенно верно, если в обмотках используется алюминий, а не более тяжелая медь. Но поскольку в роторе нет металлической массы, которая могла бы служить радиатором, даже небольшие двигатели без сердечника часто должны охлаждаться принудительным воздухом. Перегрев может быть проблемой для двигателей постоянного тока без сердечника. Современное программное обеспечение, такое как Motor-CAD, может помочь повысить тепловой КПД двигателей еще на стадии проектирования.

Среди этих типов есть типы дискового ротора, более подробно описанные в следующем разделе.

Виброзвонок сотовых телефонов иногда генерируется крошечными цилиндрическими типами постоянного магнита, но есть также дискообразные типы, которые имеют тонкий многополярный дисковый магнит поля и преднамеренно несбалансированную конструкцию ротора из формованного пластика с двумя соединенными катушками без сердечника. . Металлические щетки и плоский коммутатор переключают питание на катушки ротора.

Соответствующие приводы с ограниченным ходом не имеют сердечника и катушки, размещенной между полюсами тонких постоянных магнитов с высокой магнитной индукцией.Это быстрые позиционеры головки для жестких дисков («жестких дисков»). Хотя современный дизайн значительно отличается от громкоговорителей, он все еще свободно (и неправильно) называется структурой «звуковой катушки», потому что некоторые более ранние головки жесткого диска двигались по прямым линиям и имели структуру привода, очень похожую на это громкоговоритель.

Двигатель с цилиндрическим или осевым ротором
Якорь с печатным рисунком или двигатель с осевым ротором имеет обмотки в виде диска, перемещающегося между массивами магнитов с большим магнитным потоком.Магниты расположены по кругу, обращенному к ротору, с промежутком между ними, образуя осевой воздушный зазор. Эта конструкция широко известна как двигатель-блинчик из-за ее плоского профиля. С момента своего создания у технологии было много торговых марок, таких как ServoDisc.

Печатный якорь (первоначально сформированный на печатной плате) в двигателе с печатным рисунком якоря изготовлен из перфорированных медных листов, которые ламинированы вместе с использованием современных композитных материалов для образования тонкого жесткого диска. Печатный якорь имеет уникальную конструкцию в мире щеточных двигателей, поскольку в нем нет отдельного кольцевого коммутатора.Щетки движутся непосредственно по поверхности якоря, что делает всю конструкцию очень компактной.

Альтернативный метод производства заключается в использовании намотанного медного провода, уложенного плоско с центральным традиционным коммутатором, в форме цветка и лепестка. Обмотки обычно стабилизируются электрическими системами заливки эпоксидной смолой. Это эпоксидные смолы с наполнителем, которые имеют умеренную смешанную вязкость и длительное время гелеобразования. Они отличаются низкой усадкой и низким экзотермическим эффектом и, как правило, признаны UL 1446 в качестве заливочного компаунда с изоляцией до 180 ° C, класс H.

Уникальным преимуществом двигателей постоянного тока без железа является отсутствие зубцов (изменения крутящего момента, вызванные изменением притяжения между железом и магнитами). Паразитные вихревые токи не могут образовываться в роторе, поскольку он полностью не содержит железа, хотя железные роторы являются слоистыми. Это может значительно повысить эффективность, но контроллеры с регулируемой скоростью должны использовать более высокую частоту переключения (> 40 кГц) или постоянный ток из-за уменьшения электромагнитной индукции.

Эти двигатели были первоначально изобретены для привода приводов магнитных лентопротяжных устройств, где минимальное время для достижения рабочей скорости и минимальный тормозной путь были критическими. Блинные двигатели широко используются в высокопроизводительных сервоуправляемых системах, роботизированных системах, промышленной автоматизации и медицинских устройствах. Благодаря разнообразию конструкций, доступных в настоящее время, технология используется в приложениях, от высокотемпературных военных до недорогих насосов и основных сервоприводов.

Другой подход (Magnax) заключается в использовании одного статора, зажатого между двумя роторами. Одна такая конструкция обеспечивает пиковую мощность 15 кВт / кг, постоянную мощность около 7,5 кВт / кг. Этот двигатель с осевым потоком без ярма обеспечивает более короткий путь потока, удерживая магниты дальше от оси.Конструкция позволяет иметь нулевой вылет обмотки; Активны 100 процентов обмоток. Это усилено использованием медного провода прямоугольного сечения. Двигатели можно штабелировать для параллельной работы. Нестабильность сводится к минимуму за счет того, что два диска ротора прикладывают равные и противоположные силы к диску статора. Роторы напрямую соединены друг с другом через кольцо вала, что нейтрализует магнитные силы.

Двигатели

Magnax имеют диаметр от 15 до 5,4 метра (5,9 дюйма — 17 футов 8,6 дюйма).

Серводвигатель
Серводвигатель — это двигатель, который очень часто продается в виде готового модуля, который используется в системе управления положением или скоростью с обратной связью. Серводвигатели используются в таких приложениях, как станки, перьевые плоттеры и другие технологические системы. Двигатели, предназначенные для использования в сервомеханизмах, должны иметь хорошо задокументированные характеристики скорости, крутящего момента и мощности. Кривая зависимости скорости от крутящего момента очень важна и является высоким соотношением для серводвигателя. Также важны характеристики динамического отклика, такие как индуктивность обмотки и инерция ротора; эти факторы ограничивают общую производительность контура сервомеханизма.В больших, мощных, но медленно реагирующих сервоконтурах могут использоваться обычные двигатели переменного или постоянного тока и приводные системы с обратной связью по положению или скорости на двигателе. По мере увеличения требований к динамическому отклику используются более специализированные конструкции двигателей, такие как двигатели без сердечника. Превосходная удельная мощность и характеристики ускорения двигателей переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока имеют тенденцию к предпочтению синхронных приводов с постоянными магнитами, BLDC, индукционных приводов и приводов SRM.

Сервосистема отличается от некоторых приложений с шаговыми двигателями тем, что обратная связь по положению является непрерывной во время работы двигателя.Шаговая система по своей сути работает с разомкнутым контуром, полагаясь на двигатель, который не «пропускает шаги» для кратковременной точности — с любой обратной связью, такой как «исходный» переключатель или датчик положения, являющиеся внешними по отношению к системе двигателя. Например, когда запускается типичный компьютерный принтер с точечной матрицей, его контроллер заставляет шаговый двигатель печатающей головки приводиться к левому пределу, где датчик положения определяет исходное положение и останавливает шаг. Пока питание включено, двунаправленный счетчик в микропроцессоре принтера отслеживает положение печатающей головки.

Шаговый двигатель
Шаговый двигатель — это тип двигателя, который часто используется, когда требуется точное вращение. В шаговом двигателе внутренний ротор, содержащий постоянные магниты, или магнитно-мягкий ротор с явными полюсами управляется набором внешних магнитов, которые переключаются электронно. Шаговый двигатель также можно рассматривать как нечто среднее между электродвигателем постоянного тока и вращающимся соленоидом. Поскольку каждая катушка поочередно получает питание, ротор выравнивается с магнитным полем, создаваемым обмоткой возбуждения под напряжением.В отличие от синхронного двигателя, шаговый двигатель не может вращаться непрерывно; вместо этого он «шагает» — запускается и затем быстро останавливается — от одного положения к другому, поскольку обмотки возбуждения последовательно включаются и отключаются. В зависимости от последовательности, ротор может вращаться вперед или назад, и он может произвольно менять направление, останавливаться, ускоряться или замедляться в любое время.

Простые драйверы шаговых двигателей полностью включают или полностью обесточивают обмотки возбуждения, приводя ротор к «зубчатой ​​передаче» в ограниченное количество положений; более сложные драйверы могут пропорционально управлять мощностью обмоток возбуждения, позволяя роторам располагаться между точками зубьев и, таким образом, вращаться чрезвычайно плавно.Этот режим работы часто называют микрошагом. Шаговые двигатели с компьютерным управлением — одна из самых универсальных форм систем позиционирования, особенно когда они являются частью цифровой системы с сервоуправлением.

Шаговые двигатели можно легко поворачивать на определенный угол дискретными шагами, и, следовательно, шаговые двигатели используются для позиционирования головки чтения / записи в дисководах компьютерных гибких дисков. Они использовались с той же целью в компьютерных дисковых накопителях до гигабайтной эры, где точность и скорость, которые они предлагали, были достаточными для правильного позиционирования головки чтения / записи жесткого диска. По мере увеличения плотности накопителей, ограничения точности и скорости шаговых двигателей сделали их устаревшими для жестких дисков — ограничение точности сделало их непригодными для использования, а ограничение скорости сделало их неконкурентоспособными — таким образом, в новых жестких дисках используются системы привода головки на основе звуковой катушки. (Термин «звуковая катушка» в этой связи является историческим; он относится к структуре в типичном (конусном) громкоговорителе. Эта структура некоторое время использовалась для размещения головок. Современные приводы имеют поворотное крепление катушки; вперед-назад, что-то вроде лопасти вращающегося вентилятора.Тем не менее, подобно звуковой катушке, современные проводники катушки исполнительного механизма (магнитный провод) движутся перпендикулярно магнитным силовым линиям.)

Шаговые двигатели были и до сих пор часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и цифровых копировальных аппаратах для перемещения оптического сканирующего элемента, каретки печатающей головки (матричных и струйных принтеров), а также валика или подающих роликов. Аналогичным образом, многие компьютерные плоттеры (которые с начала 1990-х были заменены широкоформатными струйными и лазерными принтерами) использовали вращающиеся шаговые двигатели для перемещения пера и валика; типичными альтернативами здесь были либо линейные шаговые двигатели, либо серводвигатели с аналоговыми системами управления с обратной связью.

Так называемые кварцевые аналоговые наручные часы содержат самые маленькие обычные шаговые двигатели; у них одна катушка, они потребляют очень мало энергии и имеют ротор с постоянными магнитами. Такой же двигатель приводит в действие кварцевые часы с батарейным питанием. Некоторые из этих часов, например хронографы, содержат более одного шагового двигателя.

По конструкции близок к трехфазным синхронным двигателям переменного тока, шаговые двигатели и SRM классифицируются как двигатели с регулируемым сопротивлением. Шаговые двигатели были и до сих пор часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и станках с числовым программным управлением (ЧПУ), таких как маршрутизаторы, плазменные резаки и токарные станки с ЧПУ.

Немагнитные двигатели
Электростатический двигатель основан на притяжении и отталкивании электрического заряда. Обычно электростатические двигатели являются двойными по сравнению с обычными двигателями с катушками. Обычно для них требуется высоковольтный источник питания, хотя в очень маленьких двигателях требуется более низкое напряжение. Вместо этого обычные электродвигатели используют магнитное притяжение и отталкивание и требуют высокого тока при низких напряжениях. В 1750-х годах первые электростатические двигатели были разработаны Бенджамином Франклином и Эндрю Гордоном.Сегодня электростатический двигатель часто используется в микроэлектромеханических системах (MEMS), где их управляющее напряжение ниже 100 вольт, а в движущихся заряженных пластинах гораздо проще изготовить, чем катушки и железные сердечники. Кроме того, молекулярные механизмы, управляющие живыми клетками, часто основаны на линейных и вращающихся электростатических двигателях.

Пьезоэлектрический двигатель или пьезодвигатель — это тип электродвигателя, основанный на изменении формы пьезоэлектрического материала при приложении электрического поля. Пьезоэлектрические двигатели используют обратный пьезоэлектрический эффект, при котором материал производит акустические или ультразвуковые колебания для создания линейного или вращательного движения. В одном механизме удлинение в одной плоскости используется для последовательного растяжения и удержания положения, подобно тому, как движется гусеница.

В двигательной установке космического корабля с электроприводом используется технология электродвигателя для приведения космического корабля в космическое пространство, большинство систем основано на электрическом приводе в действие ракетного топлива с высокой скоростью, а некоторые системы основаны на принципах электродинамического троса для движения к магнитосфере.

Источник из Википедии

Двигатели постоянного тока

| Принцип работы | Ресурсы для инженеров

Электродвигатели, работающие на электромагнетизме. Однако существуют и другие типы двигателей, в которых используются электростатические силы или пьезоэлектрический эффект. В случае двигателя PMDC (постоянного магнита постоянного тока) движение создается электромагнитом (якорем), взаимодействующим с магнитом с фиксированным полем (корпус в сборе).

В щеточном двигателе электрический ток протекает через клеммы двигателя в узле торцевой крышки, который входит в контакт с коммутатором в узле якоря через угольные щетки или щеточные листы.Электрический ток питает катушки, создавая магнитное поле, заставляющее якорь вращаться, когда он взаимодействует с магнитами, заключенными в корпус в сборе. Правило левой руки Флемминга помогает определить направление силы, тока и магнитного потока.

В бесщеточном двигателе, когда электричество подается на вывод двигателя, ток течет через фиксированное поле статора и взаимодействует с движущимся постоянным магнитом или движущимся индуцированным магнитным полем внутри ротора / якоря.После того, как движение и силовая нагрузка будут удовлетворены доступным источником тока, он возвращается обратно к источнику, выходящему из двигателя.

Ключевые элементы, взаимодействующие для создания движения

Магнитный поток — Двигатель может иметь катушку с фиксированной обмоткой или статор с постоянным магнитом и якорь с подвижной обмоткой или ротор с постоянными магнитами, которые будут иметь взаимодействующие поля магнитного потока для создания силы и движения.

Сила — Величина тока, протекающего через электромагнитное поле, пропорциональна величине силы взаимодействующего электромагнитного поля, необходимой для достижения противоположной рабочей нагрузки.Помимо силы и движения, необходимых для устройства, необходимо учитывать любую потерю эффективности при преобразовании электроэнергии в механическую работу (ватты).

Обзор шагового двигателя

Что такое шаговый двигатель

Шаговые двигатели работают иначе, чем другие двигатели постоянного тока, которые просто вращаются при подаче напряжения. Вращательный шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, которое может разделить один полный оборот (360 °) на большое количество шагов вращения. Шаговые двигатели управляются электронно и не требуют дорогостоящих устройств обратной связи.Линейный шаговый двигатель подобен вращающемуся двигателю, за исключением того, что вал движется линейно или продольно. Оба типа имеют две схемы обмотки электромагнитных катушек: униполярную и биполярную. Униполярный означает, что каждый конец катушки имеет одну полярность. Рекомендуемый стабилитрон используется для обеспечения быстрого спада тока в отключенной катушке. Это приведет к увеличению крутящего момента двигателя, особенно на более высоких частотах.

Биполярный означает, что каждый конец катушки имеет обе полярности.Катушка будет положительной и отрицательной во время каждого цикла движения. Поскольку каждая катушка используется полностью, двигатель имеет более высокий крутящий момент по сравнению с униполярной катушкой. Биполярный драйвер может включать в себя возможность управления постоянным током, называемую приводом прерывателя. Это обеспечит увеличенный выходной крутящий момент на более высоких частотах и ​​снизит влияние колебаний температуры и напряжения питания.

Основы шагового двигателя

Шаговый двигатель PM или «консервная банка» — это недорогое решение для ваших приложений позиционирования с типичным углом шага 7.5 ° — 15 °. Меньшие углы шага могут быть получены с помощью Microstepping. Вал двигателя перемещается с определенным шагом при подаче электрических управляющих импульсов. Текущая полярность и частота подаваемых импульсов определяют направление и скорость движения вала.

Одним из наиболее значительных преимуществ шагового двигателя является его способность точно регулироваться в системе без обратной связи. Управление разомкнутым контуром означает, что обратная связь о положении вала не требуется.Этот тип управления устраняет необходимость в дорогостоящих устройствах обратной связи, просто отслеживая входные ступенчатые импульсы. Шаговый двигатель — хороший выбор, когда требуется контролируемое движение. Они рекомендуются в приложениях, где необходимо контролировать угол поворота, скорость, положение и синхронизм. Возможности фиксации, удержания, втягивания и извлечения крутящего момента, скорости (об / мин) и шагов на оборот (угол шага) характеризуют шаговый двигатель.

Момент фиксации — определяет максимальный крутящий момент, который может быть приложен к обесточенному двигателю, не вызывая вращения двигателя.

Удерживающий момент — определяет максимальный крутящий момент, с которым двигатель под напряжением может быть нагружен, не вызывая вращательного движения.

Pull-In — производительность определяет способность двигателя запускаться или останавливаться. Это максимальная частота, при которой двигатель может запускаться или останавливаться мгновенно с приложенной нагрузкой без потери синхронизации.

Pull-Out определяет максимальный крутящий момент при применении рампы ускорения / замедления без потери шагов.Он определяет максимальную частоту, на которой двигатель может работать без потери синхронизма.

Наш шаговый двигатель можно комбинировать с полной линейкой редукторов для увеличения крутящего момента и снижения скорости.

Электродвигатель

| Encyclopedia.com

Двигатель постоянного тока

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели переменного тока

Принципы работы трехфазного двигателя

Ресурсы

Электродвигатель — это машина, используемая для преобразования электрической энергии в механическую.Электродвигатели важны для современной жизни, они используются в пылесосах, посудомоечных машинах, компьютерных принтерах, факсах, водяных насосах, производстве, автомобилях (как обычных, так и гибридных), станках, печатных станках, системах метро и многом другом.

Основные физические принципы работы электродвигателя известны как закон Ампера и закон Фарадея. Первая гласит, что электрический проводник, находящийся в магнитном поле, будет испытывать силу, если любой ток, протекающий через проводник, имеет компонент, расположенный под прямым углом к ​​этому полю. Изменение направления тока или магнитного поля приведет к возникновению силы, действующей в противоположном направлении. Второй принцип гласит, что если проводник перемещается через магнитное поле, то любая составляющая движения, перпендикулярная этому полю, будет создавать разность потенциалов между концами проводника.

Электродвигатель состоит из двух основных элементов. Первый, статический компонент, который состоит из магнитных материалов и электрических проводников для создания магнитных полей желаемой формы, известен как статор .Второй, который также сделан из магнитных и электрических проводников для создания определенных магнитных полей, которые взаимодействуют с полями, создаваемыми статором, известен как ротор . Ротор содержит подвижный компонент двигателя, имеющий вращающийся вал для соединения с приводимой в действие машиной и некоторые средства поддержания электрического контакта между ротором и корпусом двигателя (обычно угольные щетки, прижатые к контактным кольцам). В процессе работы электрический ток, подаваемый на двигатель, используется для создания магнитных полей как в роторе, так и в статоре.Эти поля сталкиваются друг с другом, в результате чего ротор испытывает крутящий момент и, следовательно, вращается.

Электродвигатели делятся на две большие категории, в зависимости от типа применяемой электроэнергии: двигатели постоянного (DC) и переменного (AC) тока.

Первый электродвигатель постоянного тока был продемонстрирован Майклом Фарадеем в Англии в 1821 году. Поскольку единственными доступными электрическими источниками были электродвигатели постоянного тока, первые коммерчески доступные электродвигатели были электродвигателями постоянного тока, которые стали популярными в 1880-х годах.Эти двигатели использовались как для маломощных, так и для больших мощностей, таких как электрические уличные железные дороги. Только в 1890-х годах, когда появилась электроэнергия переменного тока, двигатель переменного тока был разработан, в первую очередь, корпорациями Westinghouse и General Electric. В течение этого десятилетия было решено большинство проблем, связанных с одно- и многофазными двигателями переменного тока. Следовательно, к 1900 г. были разработаны все основные характеристики электродвигателей.

Работа двигателя постоянного тока зависит от взаимодействия полюсов статора с частью ротора или якоря.Статор содержит четное количество полюсов переменной магнитной полярности, каждый полюс состоит из электромагнита, образованного из обмотки полюса, намотанной на сердечник полюса. Когда через обмотку протекает постоянный ток, создается магнитное поле. Якорь также содержит обмотку, в которой ток течет в указанном направлении. Этот ток якоря взаимодействует с магнитным полем в соответствии с законом Ампера, создавая крутящий момент, который поворачивает якорь.

Если бы обмотки якоря вращались вокруг следующего полюса противоположной полярности, крутящий момент действовал бы в противоположном направлении, останавливая якорь.Чтобы предотвратить это, ротор содержит коммутатор, который изменяет направление тока якоря для каждого полюсного наконечника, мимо которого вращается якорь, таким образом гарантируя, что все обмотки, проходящие, например, через полюс северной полярности, будут иметь ток, текущий в в том же направлении, в то время как обмотки, проходящие через южные полюса, будут иметь противоположный ток, чтобы создать крутящий момент в том же направлении, что и крутящий момент, создаваемый северными полюсами. Коммутатор обычно состоит из разъемного контактного кольца, по которому движутся щетки, пропускающие постоянный ток.

Вращение обмоток якоря через поле статора создает напряжение на якоре, известное как противо-ЭДС (электродвижущая сила), поскольку оно противостоит приложенному напряжению: это следствие закона Фарадея. Величина противо-ЭДС зависит от напряженности магнитного поля и скорости вращения якоря. При первоначальном включении двигателя постоянного тока нет противодействия ЭДС, и якорь начинает вращаться. Счетчик ЭДС увеличивается с вращением.Действующее напряжение на обмотках якоря — это приложенное напряжение за вычетом противо-ЭДС.

Двигатели постоянного тока встречаются чаще, чем мы думаем. Автомобиль может иметь до 20 двигателей постоянного тока для привода вентиляторов, сидений и окон. Они бывают трех разных типов, классифицируемых в зависимости от используемой электрической схемы. В шунтирующем двигателе якорь и обмотки возбуждения соединены параллельно, поэтому токи через каждую из них относительно независимы. Ток через обмотку возбуждения можно контролировать с помощью реостата возбуждения (переменного резистора), что позволяет изменять скорость двигателя в широких пределах в широком диапазоне условий нагрузки.Этот тип двигателя используется для привода станков или вентиляторов, для которых требуется широкий диапазон скоростей.

В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря, что приводит к очень высокому пусковому моменту, поскольку как ток якоря, так и напряженность поля работают на максимуме. Однако, как только якорь начинает вращаться, противо-ЭДС уменьшает ток в цепи, тем самым уменьшая напряженность поля. Серийный двигатель используется там, где требуется большой пусковой крутящий момент, например, в автомобильных стартерах, кранах и подъемниках.

Составной двигатель представляет собой комбинацию последовательного и параллельного двигателей с параллельными и последовательными обмотками возбуждения. Этот тип двигателя имеет высокий пусковой крутящий момент и способность изменять скорость и используется в ситуациях, требующих обоих этих свойств, таких как пробивные прессы, конвейеры и лифты.

Двигатели переменного тока гораздо более распространены, чем двигатели постоянного тока, потому что почти все системы электроснабжения работают с переменным током. Существует три основных типа двигателей: многофазные асинхронные, многофазные синхронные и однофазные.Поскольку трехфазные источники питания являются наиболее распространенными многофазными источниками, большинство многофазных двигателей работают от трехфазных. Трехфазные источники питания широко используются в коммерческих и промышленных условиях, тогда как однофазные источники питания почти всегда используются в домашних условиях.

Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что магнитное поле, создаваемое статором, вращается в корпусе переменного тока. Через клеммы вводятся три электрические фазы, каждая фаза питает отдельный полюс поля. Когда каждая фаза достигает своего максимального тока, магнитное поле на этом полюсе достигает максимального значения.По мере уменьшения тока уменьшается и магнитное поле. Поскольку каждая фаза достигает своего максимума в разное время в пределах цикла тока, тот полюс поля, магнитное поле которого является наибольшим, постоянно изменяется между тремя полюсами, в результате чего магнитное поле, видимое ротором, вращается. Скорость вращения магнитного поля, известная как синхронная скорость, зависит от частоты источника питания и количества полюсов, создаваемых обмоткой статора. Для стандартного источника питания 60 Гц, используемого в Соединенных Штатах, максимальная синхронная скорость составляет 3 600 об / мин.

В трехфазном асинхронном двигателе обмотки ротора не подключены к источнику питания, но

Ключевые термины

AC — Переменный ток, при котором ток, проходящий по цепи, меняет направление потока через равные промежутки времени.

DC— Постоянный ток, при котором ток в цепи примерно постоянен во времени.

Ротор— Та часть электродвигателя, которая может свободно вращаться, включая вал, якорь и связь с машиной.

Статор — Та часть электродвигателя, которая не может вращаться, включая катушки возбуждения.

Крутящий момент — Способность или сила, необходимые для поворота или скручивания вала или другого объекта.

по сути являются короткими замыканиями. Самый распространенный тип обмотки ротора, обмотка с короткозамкнутым ротором, очень напоминает ходовое колесо, используемое в клетках для домашних песчанок. Когда двигатель первоначально включен, а ротор неподвижен, проводники ротора испытывают изменяющееся магнитное поле, перемещающееся с синхронной скоростью.Согласно закону Фарадея, эта ситуация приводит к наведению токов вокруг обмоток ротора; величина этого тока зависит от импеданса обмоток ротора. Поскольку условия для работы двигателя теперь выполнены, то есть токопроводящие проводники находятся в магнитном поле, ротор испытывает крутящий момент и начинает вращаться. Ротор никогда не может вращаться с синхронной скоростью, потому что не будет относительного движения между магнитным полем и обмотками ротора, и ток не может быть индуцирован. Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой момент.

В двигателях с короткозамкнутым ротором скорость двигателя определяется нагрузкой, которую он перемещает, и числом полюсов, создающих магнитное поле в статоре. Если некоторые полюса включены или выключены, скорость двигателя можно регулировать с приращением. В двигателях с фазным ротором сопротивление обмоток ротора может быть изменено извне, что изменяет ток в обмотках и, таким образом, обеспечивает непрерывное управление скоростью.

Трехфазные синхронные двигатели сильно отличаются от асинхронных двигателей.В синхронном двигателе в роторе используется катушка под напряжением постоянного тока для создания постоянного магнитного поля. После того как ротор приближается к синхронной скорости двигателя, северный (южный) полюс магнита ротора блокируется с южным (северным) полюсом вращающегося поля статора, и ротор вращается с синхронной скоростью. Ротор синхронного двигателя обычно включает в себя обмотку с короткозамкнутым ротором, которая используется для запуска вращения двигателя до подачи питания на катушку постоянного тока. Беличья клетка не действует на синхронных скоростях по причине, описанной выше.

Однофазные асинхронные двигатели и синхронные двигатели, используемые в большинстве бытовых ситуаций, работают по принципам, аналогичным принципам, описанным для трехфазных двигателей. Однако для создания пусковых моментов необходимо внести различные модификации, поскольку одна фаза не создает только вращающееся магнитное поле. Следовательно, в асинхронных двигателях используются конструкции с разделенной фазой, конденсаторным пуском или с экранированными полюсами. Небольшие синхронные однофазные двигатели, используемые для таймеров, часов, магнитофонов и т. Д., Основаны на конструкциях с сопротивлением или гистерезисом.

КНИГИ

Красильщик. Катушки силы тока: как сделаны и как используются: с описанием электрического света, электрических звонков, электродвигателей, телефона, микрофона и фонографа . Бостон: Adamant Media Corporation, 2005.

Эмади, Али. Энергоэффективные электродвигатели . Нью-Йорк: CRC, 2004.

Hughes, Austin. Электродвигатели и приводы . Оксфорд, Великобритания: Newnes, 2005.

Iain A. McIntyre

Электродвигатель

— Принципы работы трехфазного двигателя — роторный, полевой, магнитный и синхронный

Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что магнитное поле, создаваемое статором, вращается в корпусе переменного тока.Через клеммы вводятся три электрические фазы, каждая фаза питает отдельный полюс поля. Когда каждая фаза достигает своего максимального тока, магнитное поле на этом полюсе достигает максимального значения. По мере уменьшения тока уменьшается и магнитное поле. Поскольку каждая фаза достигает своего максимума в разное время в пределах цикла тока, тот полюс поля, магнитное поле которого является наибольшим, постоянно изменяется между тремя полюсами, в результате чего магнитное поле, видимое ротором, вращается.Скорость вращения магнитного поля, известная как синхронная скорость, зависит от частоты источника питания и количества полюсов, создаваемых обмоткой статора. Для стандартного источника питания 60 Гц, используемого в Соединенных Штатах, максимальная синхронная скорость составляет 3600 об / мин.

В трехфазном асинхронном двигателе обмотки ротора не подключены к источнику питания, а по существу являются короткозамкнутыми. Самый распространенный тип обмотки ротора, обмотка с короткозамкнутым ротором, очень похожа на ходовое колесо, используемое в клетках для песчанок домашних животных .Когда двигатель первоначально включен, а ротор неподвижен, проводники ротора испытывают изменяющееся магнитное поле, перемещающееся с синхронной скоростью. Согласно закону Фарадея, эта ситуация приводит к наведению токов вокруг обмоток ротора; величина этого тока зависит от импеданса обмоток ротора. Поскольку условия для работы двигателя теперь выполнены, то есть токопроводящие проводники находятся в магнитном поле, ротор испытывает крутящий момент и начинает вращаться.Ротор никогда не может вращаться с синхронной скоростью, потому что не будет относительного движения между магнитным полем и обмотками ротора, и ток не может быть индуцирован. Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой момент.

В двигателях с короткозамкнутым ротором скорость двигателя определяется нагрузкой, которую он перемещает, и числом полюсов, создающих магнитное поле в статоре. Если некоторые полюса включены или выключены, скорость двигателя можно регулировать с приращением. В двигателях с фазным ротором сопротивление обмоток ротора может быть изменено извне, что изменяет ток в обмотках и, таким образом, обеспечивает непрерывное управление скоростью.

Трехфазные синхронные двигатели сильно отличаются от асинхронных двигателей. В синхронном двигателе в роторе используется катушка под напряжением постоянного тока для создания постоянного магнитного поля. После того как ротор приближается к синхронной скорости двигателя, северный (южный) полюс магнита ротора блокируется с южным (северным) полюсом вращающегося поля статора, и ротор вращается с синхронной скоростью. Ротор синхронного двигателя обычно включает в себя обмотку с короткозамкнутым ротором, которая используется для запуска вращения двигателя до подачи питания на катушку постоянного тока. Беличья клетка не действует на синхронных скоростях по причине, описанной выше.

Однофазные асинхронные и синхронные двигатели, используемые в большинстве бытовых ситуаций, работают по принципам, аналогичным описанным для трехфазных двигателей. Однако для создания пусковых моментов необходимо внести различные модификации, поскольку одна фаза не создает только вращающееся магнитное поле. Следовательно, в асинхронных двигателях используются конструкции с разделенной фазой, пуском конденсатора или с экранированными полюсами.Синхронные однофазные двигатели, используемые для таймеров, часов, магнитофонов и т. Д., Основаны на схемах сопротивления или гистерезиса.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

*

*