Типы электрических двигателей

1. Двигатели постоянного тока.

Основным преимуществом данных двигателей, которое определяло повсеместное их использование на этапе развития электрических приводов, является легкость плавного регулирования скорости в широких пределах.

Поэтому с развитием полупроводниковой промышленности и появлением относительно недорогих преобразователей частоты процент их использования постоянно уменьшается.

Там, где это возможно двигатели постоянного тока заменяются приводами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Основные недостатки двигателя постоянного тока (невысокая надежность, сложность обслуживания и эксплуатации) обусловлены наличием коллекторного узла.

Кроме того, для питания двигателя необходим источник постоянного тока или тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное.

При всех своих недостатках двигатели постоянного тока обладают высоким пусковым моментом и большой перегрузочной способностью. Что определило их использование в металлургической промышленности, станкостроении и на электротранспорте.

2. Синхронные двигатели.

Основным преимуществом данных двигателей является то, что они могут работать с коэффициентом мощности cosφ=1, а в режиме перевозбуждения даже отдавать реактивную мощность в сеть, что благоприятно сказывается на характеристиках сети: увеличивается ее коэффициент мощности, уменьшаются потери и падение напряжения. Кроме того, синхронные двигатели устойчивы к колебаниям сети. Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален напряжению, при этом момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения.

Следовательно, при снижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, а возможность форсировки возбуждения увеличивает надежность их работы при аварийных понижениях напряжения.

Больший воздушный зазор по сравнению с асинхронным двигателем и применение постоянных магнитов делает КПД синхронных двигателей выше.

Их особенностью также является постоянство скорости вращения при изменении момента нагрузки на валу.

При всех достоинствах синхронного двигателя основными недостатками, ограничивающими их применение являются сложность конструкции, наличие возбудителя, высокая цена, сложность пуска.

Поэтому синхронные двигатели преимущественно используются при мощностях свыше 100 кВт.

Основное применение – насосы, компрессоры, вентиляторы, двигатель-генераторные установки.

3. Асинхронные двигатели.

По конструктивному принципу асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.

При этом большинство используемых электродвигателей являются асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Столь широкое применение обусловлено простотой их конструкции, обслуживания и эксплуатации, высокой надежностью, относительно низкой стоимостью.

Недостатками таких двигателей являются большой пусковой ток, относительно малый пусковой момент, чувствительность к изменениям параметров сети, а для плавного регулирования скорости необходим преобразователь частоты.

Кроме того, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность из сети.

Предел применения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется мощностью системы электроснабжения конкретного предприятия, так как большие пусковые токи при малой мощности системы создают большие понижения напряжения.

Использование асинхронных двигателей с фазным ротором помогает снизить пусковой ток и существенно увеличить пусковой момент, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов.

Однако, ввиду усложнения их конструкции, и как следствие, увеличения стоимости их применение ограничено.

Основное применение – приводы механизмов с особо тяжелыми условиями пуска.

Для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть использовано устройство плавного пуска или преобразователь частоты.

В системах, где необходимо ступенчатое изменение скорости (например, лифты) используют многоскоростные асинхронные двигатели. В механизмах, требующих остановки за определенное время и фиксации вала при исчезновении напряжения питания, применяются асинхронные двигатели с электромагнитным тормозом (металлообрабатывающие станки, лебедки).

Существуют также асинхронные двигатели с повышенным скольжением, которые предназначены для работы в повторно-кратковременных режимах, а также режимах с пульсирующей нагрузкой.

Для привода машин, не предъявляющих специальных требований к пусковым характеристикам, скольжение и т.д. – применяют двигатели А2, АО2, 4А (табл.2).

Таблица 2.

Значение мощности закрытых обдуваемых двигателей исполнения СА0141 со степенями защиты Р44, Р54 серии 4А, при синхронной частоте вращения 1000 об/мин

После того, как определен тип электродвигателя, полностью учитывающий специфику рабочего механизма и условия работы, необходимо определиться с рабочими параметрами двигателя: мощностью, номинальным и пусковым моментами, номинальными напряжением и током, режимом работы, коэффициентом мощности, классом энергоэффективности.

2.3. Пример расчёта

1. Указать вариант задания.

2. Выбрать исходные данные в соответствии с вариантом задания.

3. Выполнить расчёты по представленной выше методике.

Конвейер:

,

,

Тип электродвигателя: 80А6

Подъемный механизм:

,

Тип электродвигателя: 160S6

Компрессор:

,

Тип электродвигателя: 160S6

Насос:

,

_,

Тип электродвигателя: 90L6

Гайковерт:

,

,

Тип электродвигателя: 100L6.

Полученные расчётные значения представить в виде следующей таблицы:

Таблица 3.

Расчётные значения

На последнем этапе работы необходимо сделать вывод и обосновать принятое решение по выбору той или иной марки электродвигателя.

2.4. Контрольные вопросы

1. Как определяют мощность двигателя конвейера, если нагрузка заданна тяговым усилием?

2. Как определяется мощность двигателя подъемного механизма при подъеме груза?

3. Как определяется мощность на валу двигателя центробежного компрессора?

4. Как определяется расчетная мощность двигателя для привода центробежного или поршневого насоса?

5. Как определяется мощность двигателя, если известен момент на приводном валу и приводная, скорость вращения?

6. Двигатели постоянного тока.

7. Синхронные двигатели.

8. Асинхронные двигатели.

9. Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока.

10. Преимущества и недостатки синхронных двигателей.

11. Преимущества и недостатки асинхронных двигателей.

Варианты заданий