- Схема вентильного двигателя
- Вентильные реактивные электродвигатели / генераторы (Switched Reluctance Motors / Generators)
- Принципы работы
- Ротор асинхронного двигателя
- Информационная табличка на двигателе (шильдик)
- Конструктивные особенности
- Преимущества
- Преимущества и недостатки
- Вентильный индукторный двигатель
- Способы подключения асинхронного двигателя
- Способ соединения “звезда”
- Способ соединения “треугольник”
- Конструкция и устройство двигателя
- Свойства двигателя
- Подключение асинхронного двигателя к трехфазной сети
- Преимущества электродвигателей
- Вентильные двигатели постоянного тока
- Восстановление маркировки обмоток
- Особенности асинхронных агрегатов
- Вентильные двигатели переменного тока
- Система управления вентильным электродвигателем
- Управление коммутацией
- Определение положения ротора
- Векторное управление
- Принцип работы синхронного двигателя
- Особенности синхронных моделей
- Бесколлекторные двигатели с постоянными магнитами
- Рекламные хитрости производителей
- Энергоэффективность
- Бесшумность
- Скорость отжима
- Долговечность
- Недостатки электродвигателя
- Реактивный двигатель
Схема вентильного двигателя
Двигатель состоит из следующих частей:
1. Задняя часть корпуса. 2. Статор. 3. Хранение. 4. Магнитный диск (ротор). 5. Хранение. 6. Статор с обмоткой. 7. Передняя часть кузова.
Бесщеточный двигатель имеет соотношение между многофазной обмоткой статора и ротора. Они имеют постоянные магниты и встроенный датчик положения. Замена устройства осуществляется с помощью вентильного преобразователя, в результате чего оно и получило такое название.
Схема вентильного двигателя состоит из задней крышки и печатной платы датчиков, втулки подшипника, вала и самого подшипника, магнитов ротора, изолирующего кольца, обмотки, тарельчатой пружины, промежуточной втулки, датчика Холла датчик, изоляция, корпус и проводка.
В случае соединения обмоток «звездой» устройство имеет большие постоянные моменты, поэтому это устройство используется для управления осями. Что касается фиксации обмоток «треугольником», то их можно использовать для работы на больших скоростях. Чаще всего число пар полюсов вычисляют из числа магнитов ротора, что помогает определить соотношение между электрическими и механическими оборотами.
Статор может быть выполнен с безжелезным или железным сердечником. При использовании таких конструкций при первом варианте можно обеспечить отсутствие притяжения магнитов ротора, но при этом КПД двигателя снижается на 20 % из-за уменьшения величины постоянного момента.
Из схемы видно, что в статоре ток создается в обмотках, а в роторе он создается с помощью мощных постоянных магнитов. Условные обозначения: — VT1-VT7 — транзисторные коммуникаторы; — А, В, С — фазы обмотки; — М — крутящий момент двигателя; — ДД — датчик положения ротора; — У — регулятор напряжения питания двигателя; — Ю (юг), С (север) – магнитное направление; — УЗ — преобразователь частоты; — БР — датчик скорости; — ВД — стабилитрон; — L — индуктор.
На схеме двигателя видно, что одним из основных преимуществ ротора, в котором установлены постоянные магниты, является уменьшение диаметра и, как следствие, уменьшение момента инерции. Такие приспособления могут быть встроены в само устройство или размещены на поверхности. Снижение этого показателя очень часто приводит к малым значениям баланса между моментом инерции самого двигателя и нагрузкой, подводимой к валу, что усложняет работу привода. По этой причине производители могут предложить стандартный и в 2-4 раза больший момент инерции.
Вентильные реактивные электродвигатели / генераторы (Switched Reluctance Motors / Generators)
Современный уровень развития управляемых электроприводов во многом определяется достижениями в силовой полупроводниковой технике: созданием IGBT и MOSFET транзисторов для коммутации силовых цепей. Это позволило, особенно для систем электропривода, создать электрическую машину нового типа с электронным переключением фазных обмоток якоря и получившую название СРМ (ближайший перевод на русский язык — машина с модуляцией магнитной проводимости).
В качестве рабочего термина мы используем вентильный реактивный двигатель (VRM)/генератор (VRG) или вентильный реактивный двигатель/генератор.
ВРД следует отличать от синхронного реактивного двигателя (ВРД), который работает с синусоидально изменяющимися напряжениями, подаваемыми на фазы его якорной обмотки, без обратной связи по положению ротора, при этом синРД имеет низкий КПД.
Электрическая машина типа ВРД проще традиционных машин переменного тока — синхронных и асинхронных, она более технологична и менее материалоемка, что создает условия для достижения высокой надежности, экономичности, дешевизны и устойчивости к воздействиям внешней среды. Впервые в системе управляемого электропривода удается сбалансировать показатели эффективности электронной части управления и электромеханического преобразователя машины.
Появление и развитие нового типа электропривода означает конец эпохи коллекторных электрических машин, использование которых в разрабатываемых системах электропривода становится анахронизмом. Даже асинхронная машина, повсеместное распространение которой было обусловлено простотой конструкции и надежностью, по этим параметрам уступает ВРД.
Принципы работы
Сегодня большую популярность приобретает бесколлекторный двигатель, принцип работы которого основан на том, что контроллер устройства начинает коммутировать обмотки статора. Из-за этого вектор магнитного поля всегда остается смещенным относительно ротора на угол, приближающийся к 900 (-900). Контроллер предназначен для управления током, протекающим по обмоткам двигателя, в том числе и величиной магнитного поля статора.
Следовательно, можно регулировать момент, действующий на устройство. Показатель угла между векторами может определить направление вращения, действующего на него.
Следует помнить, что речь идет об электрических степенях (они гораздо меньше геометрических). Для примера возьмем расчет бесколлекторного двигателя с ротором, имеющим 3 пары полюсов. Тогда его оптимальный угол будет 900/3=300. Эти пары дают 6 обмоток переключения фаз, тогда получается, что вектор статора может двигаться скачками по 600. Отсюда видно, что реальный угол между векторами обязательно будет изменяться от 600 до 1200, начиная с поворота ротор.
Вентильный двигатель, принцип действия которого основан на вращении соединительных фаз, благодаря чему ток возбуждения поддерживается относительно постоянным движением якоря, после их взаимодействия начинает образовывать вращающий момент. Он спешит провернуть ротор так, чтобы все токи возбуждения и якоря совпали. Но во время своего хода датчик начинает переключать обмотки, и ток переходит на следующую ступень. В этот момент результирующий вектор будет двигаться, но оставаться полностью неподвижным относительно потока ротора, что в конечном итоге создаст крутящий момент на валу.
Ротор асинхронного двигателя
Рассмотрим подробнее, из чего состоит ротор асинхронного двигателя.
Самая важная часть — вал. Иначе как бы происходила ротация?
На валу ротора с обеих сторон размещены подшипники, которые крепятся к передней и задней крышке и центрируют ротор точно посередине статора.
Далее идет сердечник, набранный из пластин специальной электротехнической стали, которые изолированы друг от друга. Кстати, из этой же стали делают сетевые трансформаторы.
Как вы можете видеть ниже, в сердечнике ротора есть специальные прорези
В них вставляют медные или алюминиевые стержни,
которая замкнута в кольцо с обеих сторон и образует так называемую «беличью клетку”.
В целом полностью собранный ротор асинхронного двигателя выглядит так.
А вот так это выглядит в реальном двигателе.
Всегда помните, что в асинхронном двигателе вращается ротор, а не статор. Статор — неподвижная часть, а ротор — подвижная часть двигателя. В рабочем состоянии двигателя между ротором и статором всегда имеется воздушный зазор. Когда двигатель работает, ротор никогда не должен касаться статора двигателя.
Информационная табличка на двигателе (шильдик)
Получить полную и достоверную информацию о двигателе можно, если уметь «читать» шильдик. Точнее то, что на нем написано. Начнем описание шильдика рассматриваемого двигателя сверху вниз.
Далее построчно:
- Название двигателя. Значок слева — эмблема производителя, справа — знак качества СССР.
- Слева: тип двигателя — в этом наборе букв и цифр была закодирована технологическая информация. В кодировку могут быть включены данные: о количестве витков в обмотке; количество витков провода в катушке; сколько проводов намотано на катушки; тип лака для пропитки и т д. Справа: заводской номер двигателя.
- Слева направо: количество рабочих фаз; частота рабочего напряжения (Гц); мощность двигателя (Вт); cos φ — текущий коэффициент мощности (параметр показывает, сколько мощности, отбираемой из сети, используется по назначению). Чем больше мощность, тем выше этот параметр.
- Количество оборотов в минуту вала двигателя; характеристики статора – по какой схеме могут быть соединены обмотки (треугольник или звезда); значение(я) рабочего напряжения.
- Ток, потребляемый двигателем, соответствующий каждой схеме соединения обмоток (в данном случае 2,3 А при соединении «треугольником» и 1,33 А — при «звезде»); коэффициент полезного действия (КПД), степень пылевлагозащиты (IP44).
- ГОСТ СССР, по которому изготовлен двигатель; класс изоляции, режим S1. Режим S1 означает, что это постоянный рабочий режим. В этом режиме двигатель может работать длительное время.
- Страна производитель двигателя.
Конструктивные особенности
Этот тип электродвигателя имеет стандартную конструкцию. Он состоит из ротора, роль которого играет магнитный диск, статоров и подшипников. Все детали прилагаются в прочном кейсе. Статор HP подобен тому, который используется в асинхронных устройствах. Основным элементом является стальной сердечник, по окружности которого расположена медная обмотка. Количество обмоток определяет тип вентильного двигателя, к которому он относится (однофазный, двухфазный, трехфазный).
В зависимости от того, как витки обмотки размещены в статоре, вид его ЭДС может быть:
- Трапециевидный (BLDC).
- Синусоидальный (PMSM).
Форма обмотки напрямую влияет на то, как работают двигатели. Изменение электрического тока также может быть синусоидальным или трапециевидным.
Ротор состоит из нескольких магнитов с постоянным полем. Ранее для производства использовались ферритовые магниты. Но уровень их магнитной индукции достаточно низкий, поэтому их заменили изделиями из редкоземельных сплавов, которые позволяют добиться необходимого уровня индукции и в то же время сделать ротор более компактным.
Неотъемлемой частью любого бесколлекторного двигателя является датчик положения ротора. Его работа может основываться на:
- фотоэлектрический принцип;
- индуктивный принцип;
- эффект холла и другие явления.
Фотоэлектрический датчик положения состоит из трех стационарных фотоприемников, которые в свою очередь закрываются поворотным затвором. Движение синхронно с движением ротора. Благодаря двоичному коду, поступающему от датчика, ротор можно зафиксировать в шести различных положениях. Преобразованные в комбинацию управляющих напряжений сигналы регулируют автоматические выключатели по специальной схеме. Каждая фаза работы двигателя использует два ключа, а две из трех обмоток подключены к сети.
Датчик положения фотоэлектрического типа относится к категории наиболее распространенных, так как он практически безынерционный. Это также устраняет задержки в канале обратной связи.
Преимущества
Используя в работе бесколлекторный двигатель, можно заметить следующие преимущества:
— возможность использования широкого диапазона изменения скорости вращения;
— высокая динамика и скорость;
— максимальная точность позиционирования;
— низкие затраты на обслуживание;
— устройство можно отнести к взрывозащищенным объектам;
— имеет возможность выдерживать большие перегрузки в момент вращения;
— высокий КПД, который составляет более 90%;
— имеются скользящие электронные контакты, значительно увеличивающие рабочий ресурс и срок службы;
— при длительной эксплуатации не происходит перегрева электродвигателя.
Преимущества и недостатки
По сравнению с другими типами электрических машин бесколлекторный двигатель имеет ряд качественных отличий, придающих ему как выгодное преимущество, так и определенные недостатки.
К преимуществам бесщеточных двигателей относятся:
- Относительно небольшая величина магнитных потерь из-за отсутствия постоянного поля, как в классических синхронных, так и в асинхронных электродвигателях.
- Обеспечивает безопасное вращение даже при максимальной нагрузке, в отличие от коллекторных двигателей.
- За счет встроенного частотного преобразователя смена вентильного преобразователя обеспечивает широкий диапазон скоростей вращения, отличающихся плавным переходом от одной к другой.
- Хорошая динамика работы и точность позиционирования, которые могут конкурировать с шаговыми двигателями.
- Относительно высокая степень надежности и длительный срок службы за счет отсутствия скользящего контакта, в отличие от коллекторных двигателей.
- Может использоваться во взрывоопасных средах, в отличие от коллекторных двигателей постоянного и переменного тока.
К недостаткам вентильных узлов можно отнести их высокую стоимость, наличие дополнительных элементов, усложняющих последующую эксплуатацию. Существенным недостатком также является сложность управления и настройки логики перемещения рабочих органов трехфазных бесколлекторных двигателей в соответствии с изменяющимися факторами производственного процесса.
Читайте также: Самодельные механические дровоколы своими руками – лучшие варианты
Вентильный индукторный двигатель
Реактивный вентильный двигатель представляет собой устройство с переключающим магнитным сопротивлением. В нем преобразование энергии происходит за счет изменения индуктивности обмоток, которые располагаются на ярко выраженных зубьях статора при движении зубчатого магнитного ротора. Устройство получает питание от электрического преобразователя, который попеременно переключает обмотки двигателя в соответствии с движением ротора.
Вентильно-реактивный двигатель представляет собой сложную комплексную систему, в которой различные по своей физической природе компоненты работают вместе. Успешная разработка таких устройств требует глубоких знаний машиностроения и механического проектирования, а также электроники, электромеханики и микропроцессорной техники.
Современное устройство работает как электродвигатель, который работает в связке с электронным преобразователем, который изготавливается по интегральной технологии с использованием микропроцессора. Он обеспечивает высококачественное управление двигателем с лучшими показателями управления энергопотреблением.
Способы подключения асинхронного двигателя
Как мы уже узнали, асинхронный двигатель имеет три обмотки. По-современному они обозначаются английскими буквами U, V, W. Начало каждой обмотки обозначается цифрой «1», а конец обмотки цифрой «2”.
Поэтому существует два способа соединения обмоток: звезда и треугольник.
Способ соединения “звезда”
Метод «звезда» предполагает подключение одинаковых выводов обмоток (начала или конца обмоток) к одной (нулевой) точке.
В распределительной коробке двигателя это соединение будет выглядеть так.
Как видите, в данном случае с помощью железных пластин мы замкнули концы обмоток на одну общую точку.
Подключение таким способом в основном практикуется на промышленных двигателях. Часто для таких двигателей, которые не будут продаваться через розничную сеть, производитель делает соединение звездой уже внутри статора. На корпус двигателя выведено не 6 клемм, а 3. В этом случае достаточно просто подать трехфазное напряжение. Поэтому помните: Если вы видите, что у асинхронного двигателя всего 3 провода, это значит, что обмотки уже соединены в звезду”.
Способ соединения “треугольник”
Соединение «треугольник» выполняется по схеме: конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй — с началом третьей, а конец третьей — с началом первого. На точки подключения подается трехфазное напряжение питания.
Конструкция и устройство двигателя
Техническая инфраструктура формируется двумя сегментами — непосредственно из механики и комплекса управления. С точки зрения конструктивного узла агрегат во многом похож на традиционную начинку электромеханических роторных двигателей.
Соответственно в состав электродвигателя входят ротор, статор и обмотка. Также статор представляет собой набор отдельных изолированных пластин из стального сплава. Во время работы они способствуют уменьшению вихревых токов. Он содержит только обмотку, которая может иметь разное количество фаз. Наполнение элемента образовано стальным сердечником, а обмотка выполнена из медных волокон. Для защиты используется корпус, на поверхности которого также имеются средства для физического крепления.
Что касается ротора, то он образован постоянными магнитами. В зависимости от модификации может иметь до шестнадцати пар чередующихся полюсов. Ранее для изготовления роторов использовались ферритовые магниты, что было обусловлено их приемлемой ценой. Сегодня на первый план выходят рабочие характеристики бесколлекторного двигателя – особенно крутящий момент, который варьируется от 1 до 70 Нм.
Пропускная частота в среднем находится в пределах 2-4 тысяч оборотов. Для достижения таких показателей требуется магнит с высокой степенью индукции, поэтому производители перешли на использование редкоземельных сплавов. Такие магниты не только обеспечивают более высокую производительность, но и имеют меньшие габариты. Отчасти этот переход также способствовал оптимизации габаритов бесщеточного электродвигателя. Отдельно стоит рассмотреть составляющие сегмента управления.
Свойства двигателя
Такие агрегаты обладают высокой динамикой, высокой перегрузочной способностью и точным позиционированием. Благодаря тому, что они не имеют движущихся частей, возможно их использование во взрывоопасной агрессивной среде. Такие двигатели еще называют бесколлекторными, главное их преимущество по сравнению с коллекторными двигателями — скорость вращения, которая зависит от напряжения питания момента нагрузки. Еще одной важной особенностью является также отсутствие притираемых и трущихся элементов, меняющих контакты, что увеличивает ресурс использования устройства.
Подключение асинхронного двигателя к трехфазной сети
Остановимся подробнее на подключении двигателя. Как правило, завод-изготовитель маркирует не только клеммы в клеммной коробке, но и концы проводов. На самом деле это либо алюминиевые скобы, либо пластиковые или картонные бирки с номерами проводов. Обмотки в современных двигателях обозначаются как U, V, W. Начало обмоток — цифра «1», а конец — цифра «2». Как вы уже знаете, асинхронный двигатель можно включать как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник». В 90% случаев используется соединение «звезда”.
Итак, обмотки двигателя у нас соединены по схеме «звезда». Куда подаем напряжение, чтобы мотор начал свое вращение?
Оказывается, все просто. Поскольку в трехфазной сети у нас в основном 4 провода (фаза А, фаза В, фаза С, земля), поэтому мы должны использовать все 4 провода.
Также есть небольшой нюанс при подключении асинхронного двигателя к трехфазной сети. Предположим, если мы подключили двигатель по схеме выше, наш вал будет вращаться в одном направлении, скажем, по часовой стрелке.
Но если мы поменяем местами две фазы, двигатель начнет вращаться в противоположном направлении. Этот эффект называется реверсивным включением асинхронного двигателя.
Все то же самое справедливо и при подключении асинхронного двигателя по схеме «треугольник». Помните, что при включении двигателя в этом режиме надо смотреть на шильдике допустимое напряжение, на которое рассчитан этот двигатель по схеме соединения «треугольник». Если по схеме «звезда» мы можем подать на такой двигатель 380 вольт, то по схеме «треугольник» только 220 вольт.
Преимущества электродвигателей
Силовая технология с помощью клапана обеспечивает множество эксплуатационных преимуществ за счет оптимизации конструкции. Среди них стоит отметить быстродействие, гибкость настройки, точность определения положения ротора (с помощью датчика), широкие возможности технической настройки и т д.
При скромных энергозатратах можно получить высокую производительность сила. Что немаловажно, бесколлекторный двигатель использует малый ресурс механического воздействия, а это положительно сказывается на сроке службы. Низкий уровень термического воздействия на элементную базу обуславливает отсутствие перегрева, поэтому детали лишь в редких случаях требуют замены по причине износа.
Вентильные двигатели постоянного тока
Все двигатели постоянного тока можно назвать бесколлекторными. Они работают на постоянном токе. Щеточный узел предназначен для электрического объединения цепей ротора и статора. Такая деталь является наиболее уязвимой и достаточно сложной в обслуживании и ремонте.
Двигатель BLDC работает по тому же принципу, что и все синхронные устройства этого типа. Это замкнутая система, включающая в себя силовой полупроводниковый преобразователь, датчик положения ротора и координатор.
Восстановление маркировки обмоток
Если быть точнее, то маркировка обмоток необходима только для определения направления намотки витков обмотки. Конец и начало обмотки указаны только для этой цели. Дело в том, что при включении обмотки в ней начинают возникать вихревые токи, движущиеся в направлении «от начала к концу».
Если обмотки включить по принципу «начинается с начала, кончается концом», то токи суммируются, обмотки превращаются в большое сопротивление и возникает огромный суммарный ток. Мотор начнет громко гудеть и не будет вращаться. Обмотки начнут очень быстро нагреваться и двигатель сгорит. Более того, вполне возможно, что вспыхнет настоящее оранжево-голубое пламя с очень ядовитым и неприятным запахом.
Это способ определения концов и начал обмоток.
Весь процесс очень хорошо показан на видео. Автор данного видео использовал для проверки сетевое напряжение 220 вольт, чего делать крайне не советую. Используйте понижающие трансформаторы или автотрансформатор.
Особенности асинхронных агрегатов
В асинхронных двигателях ротор не вращается в обратную сторону. Его нельзя назвать противоположным синхронному устройству по взаимодействию магнитных потоков ротора и статора. Как синхронный, так и асинхронный двигатель требуют следования одного поля за другим. Другое дело, что во втором случае, например, ротор может «подхватить». Это следует за генерацией индукционного крутящего момента.
В стандартной конструкции статор генерирует электромагнитное поле, которое через определенное время заставляет ротор вращаться. Принципиальное различие между двумя типами двигателей состоит в том, что индуктор не является генератором для возбуждения магнитного поля ротора. Поэтому двигатель с постоянными магнитами асинхронного типа может автономно заставлять вращаться ротор с определенной частотой от обмотки статора.
Это не означает, что два механизма работают по отдельности, но их функции не так тесно связаны, как в случае с синхронными двигателями. То же самое относится и к скорости. Например, если синхронный блок имеет скорость вращения индуктора и ротора 3000 об/мин, то асинхронный принцип работы того же ротора может уменьшить это значение до 2910 об/мин.
Вентильные двигатели переменного тока
Такие устройства получают питание от сети. Скорость вращения ротора и движение первой гармоники магнитной силы статора полностью совпадают. Этот подтип двигателей можно использовать с большой мощностью. В эту группу входят ступенчатые и реактивные вентильные устройства. Отличительной особенностью ступенчатых устройств является дискретное угловое смещение ротора в процессе работы.
Питание обмоток выполнено с использованием полупроводниковых компонентов. Управление бесколлекторным двигателем осуществляется последовательным перемещением ротора, что создает чередование мощности с одной обмотки на другую. Это устройство можно разделить на однофазное, трехфазное и многофазное, первое из которых может содержать пусковую обмотку или фазоизменяющую цепь, а также запускаться вручную.
Система управления вентильным электродвигателем
Преобразователь в данном случае представляет собой электронную систему, подающую напряжение, частота которого не зависит от частоты питающего напряжения на обмотки двигателя.
Преобразователь комплектуется не только синхронными (вентильными) электродвигателями, но и асинхронными — там, где требуется регулирование скорости.
Существует два основных подхода (принципа) в управлении двигателями с постоянными магнитами:
- 1. Управление переключателем (6-импульсное управление);
- 2. Векторное управление.
Управление коммутацией
И еще раз обращаем ваше внимание! Скорость ротора не зависит от скорости поля, но поле адаптируется к скорости ротора. Инвертор регулирует скорость вращения ротора, изменяя ток и/или напряжение, подаваемые на обмотки.
Определение положения ротора
Для определения положения ротора существуют разные методы:
- использование датчиков (например, датчик Холла);
- без датчика.
В погружных бесколлекторных двигателях используется бездатчиковый метод определения положения ротора, поскольку использование датчиков в данном случае невозможно из-за специфики работы.
В бездатчиковом методе при вращении двигателя положение ротора определяется величиной ЭДС, наводимой в свободной фазе (на которую в данный момент не подается напряжение питания) на обмотку статора. При движении ротора ЭДС меняется в свободной фазе и переход через 0 является «меткой» положения ротора.
При таком способе управления в обмотках статора протекает ток, близкий к трапецеидальному.
Этот способ управления отличается простотой и надежностью, что позволяет управлять бесколлекторным двигателем не только на коротких дистанциях, но и на длинных дистанциях — сотни метров и даже километров, что немаловажно для маслопогруженного оборудования.
Векторное управление
Способ обеспечивает очень точное управление электродвигателем. Метод является наиболее ресурсоемким в плане математических расчетов, но развитие микропроцессорной техники позволяет это компенсировать. Использование его на коротких линиях очень эффективно, но использование на длинных ставит перед разработчиками множество препятствий, решение которых — нетривиальная задача.
Принцип работы синхронного двигателя
Синхронный двигатель клапана работает на основе взаимодействия магнитных полей ротора и статора. Схематически магнитное поле при вращении можно изобразить плюсами тех же магнитов, которые движутся со скоростью магнитного поля статора. Поле ротора также можно представить в виде постоянного магнита, который вращается синхронно с полем статора. При отсутствии внешнего крутящего момента, приложенного к валу аппарата, валы разрушаются полностью. Действующие силы притяжения проходят по всей оси полюса и могут компенсировать друг друга. Угол между ними равен нулю.
Если на вал машины действует тормозной момент, то ротор перемещается в сторону с запаздыванием. Благодаря этому силы притяжения делятся на составляющие, направленные по оси положительных показателей и перпендикулярно оси полюсов. Если приложить внешний момент, создающий ускорение, т е начать действовать в направлении вращения вала, то картина взаимодействия полей изменится совершенно на противоположную.
Направление углового смещения начинает трансформироваться в противоположное, а в связи с этим меняется направление тангенциальных сил и влияние электромагнитного момента. В этом сценарии двигатель становится тормозом, а блок действует как генератор, преобразуя механическую энергию, подаваемую на ось, в электрическую энергию. Затем он перенаправляется в сеть, питающую статор.
Когда нет ничего внешнего, явный полюсный момент начнет принимать положение, при котором ось полюсов магнитного поля статора будет совпадать с продольной. Это расположение будет соответствовать минимальному гидравлическому сопротивлению в статоре.
В том случае, если на вал машины будет приложен тормозной момент, ротор будет отклоняться, при этом магнитное поле статора будет деформироваться, так как ток стремится замкнуться по наименьшему сопротивлению. Для его определения нужны силовые линии, направление которых в каждой из точек будет соответствовать движению действия силы, поэтому изменение поля приведет к возникновению тангенциального взаимодействия.
Рассмотрев все эти процессы в синхронных двигателях, можно выявить показательный принцип обратимости различных машин, т е способность любого электрического устройства изменять направление преобразуемой энергии на противоположное.
Особенности синхронных моделей
Приведенный выше принцип работы иллюстрирует только работу синхронного двигателя. То есть реализует взаимодействие между полюсами индуктора и магнитным полем статора. Но даже в таких системах могут быть отличия. Например, как синхронные, так и асинхронные двигатели могут быть оснащены электромагнитами. В синхронных устройствах этого типа ток будет направляться на ротор, минуя щеточно-кольцевой контакт. Постоянные магниты используются в накопителях на основе жестких дисков. Существуют также перевернутые конструкции. В них токи якоря на роторе, а индукции на статоре.
Для включения синхронного двигателя требуется высокочастотное ускорение, чтобы иметь возможность регулировать вращение двух функциональных компонентов. В конструкциях, где индуктор расположен на статоре, поле ротора остается неподвижным относительно якоря. И наоборот, если устройство имеет обратную конструкцию, «временной ввод» будет выполняться в ожидании статора. Время ожидания зависит от нагрузки, с которой работает бесколлекторный двигатель, и от того, какая частота оптимальна для включения индуктора.
Бесколлекторные двигатели с постоянными магнитами
Двигатель с постоянными магнитами используется для решения серьезных оборонных и промышленных задач, так как такое устройство имеет большой запас мощности и КПД.
Эти устройства чаще всего используются в отраслях, где требуется относительно малое энергопотребление и малые габариты.
Они могут иметь самые разные габариты, без технологических ограничений. В то же время большие устройства не являются совершенно новыми, их чаще всего производят компании, пытающиеся преодолеть финансовые трудности, ограничивающие ассортимент этих устройств. У них есть свои преимущества, в том числе высокий КПД за счет потерь в роторе и высокая удельная мощность. Для управления бесколлекторными двигателями необходим частотно-регулируемый привод.
Анализ затрат и результатов показывает, что устройства с постоянными магнитами намного предпочтительнее других альтернативных технологий. Чаще всего их используют для производств с достаточно напряженным графиком работы судовых двигателей, в военной и оборонной промышленности и других подразделениях, где их количество постоянно увеличивается.
Рекламные хитрости производителей
В инструкциях к стиральным машинам производители указывают все параметры и характеристики, и пользователь, изучая их, понимает, как новинки выигрывают по многим параметрам, например, по энергоэффективности и долговечности. Компании ни в коем случае не обманывают клиентов, но иногда не соглашаются на мелкие нюансы, существенно снижающие ценность новых технологий. Это делается в рекламных целях для увеличения продаж.
Энергоэффективность
Согласно рекламным объявлениям, инверторные машины помогают экономить до 20% электроэнергии по сравнению с коллекторными моделями. Да, это правда, и экономия происходит за счет более точной регулировки нагрузки на мотор — при малом количестве белья барабан не раскручивается полностью и экономится электроэнергия.
Но самое главное, что в автомобилях наибольшее количество электроэнергии потребляет не двигатель, а ТЭНы, нагревающие воду. Поэтому реальная экономия составляет 2-5%, а при полной загрузке сводится к нулю.
Бесшумность
Коллекторные двигатели очень шумные, а инверторные работают максимально тихо и не шумят. Отчасти это правда, моторы со щетками шумят больше, но и преобразователи имеют характерный писк и свист.
Но кроме мотора звуки в стиральной машине издают насос, откачивающий воду, и крутящийся барабан.
Скорость отжима
Новинки действительно могут отжимать белье на максимальной скорости, достигающей 2000 об/мин. Это очень существенный плюс инверторной стиральной машины для покупателей, мечтающих о быстрой стирке и почти сухом белье. Но мало кто знает, что при таком центрифугировании вещи быстро приходят в негодность, а иногда вместо хорошо выкрученной вещи люди достают куски. А тонкие или шерстяные вещи заранее не предполагают сильного отжима, поэтому подумайте, насколько необходимы такие повороты.
Долговечность
Создатели инверторного двигателя позиционируют свое творение как самое долговечное на рынке на сегодняшний день.
Задайте себе вопрос – как долго вы будете пользоваться стиральной техникой. Обычно пользователи рассчитывают максимум на 15 лет, но даже за это время технологии сделают значительный шаг вперед и появятся новые, улучшенные и более технологичные модели. На коллекторную эксплуатацию установлен срок службы 10-15 лет.
Большинство покупателей беспокоятся об абразивных щетках, но и они служат до 15 лет при ежедневной нагрузке в два часа. Даже если они изнашиваются, стоимость их замены незначительна.
Изучив общую статистику ремонтов стиральных машин, можно увидеть, что нагревательные элементы, блоки управления или подшипники выходят из строя чаще, чем изнашиваются щетки.
Еще одним моментом, влияющим на долговечность, является комбинированное расположение вала барабана и двигателя. Действительно, у такой компоновки много плюсов и отсутствие различных дополнительных нагрузок, и повышенный ресурс механики, но есть и минус — один, но существенный.
При выходе из строя сальника возле электрической части вода может привести к перегоранию обмотки.
Недостатки электродвигателя
Специалисты отмечают два основных недостатка таких электродвигателей. Прежде всего, это сложность конструкции. Не механическая часть, а электронная база, обеспечивающая управление двигателем. Использование микропроцессоров, датчиков, инверторов и связанного с ними электрооборудования требует соответствующего подхода для обеспечения надежности компонентов системы. Это также увеличивает затраты на содержание оборудования.
При этом отмечается и высокая стоимость магнитов, на которых основан бесколлекторный двигатель, даже в простых однофазных вариантах. На практике пользователи стараются заменить дорогие товары и расходные материалы, одновременно упростив систему управления. Но такие меры сами по себе требуют определенных ресурсов, не говоря уже о том, что КПД двигателя снижается.
Реактивный двигатель
Реактивный реактивный двигатель работает с двухфазными обмотками, установленными вокруг диаметрально противоположных полюсов статора. Источник питания перемещается к ротору в соответствии с полюсами. Таким образом, сопротивление полностью сводится к минимуму.
Бесщеточный двигатель ручной работы обеспечивает высокоэффективную скорость привода с оптимизированным магнитным полем для реверса. Информация о расположении ротора используется для управления фазами подачи напряжения, так как это оптимально для достижения постоянного и равномерного крутящего момента и высокого КПД.
Сигналы реактивного двигателя накладываются на ненасыщенную по углу фазу индуктивности. Минимальное сопротивление полюса полностью соответствует максимальной индуктивности устройства.
Положительный момент может быть достигнут только в углах, когда показатели положительны. При низких скоростях фазный ток обязательно должен быть ограничен, чтобы защитить электронику от высоких вольт-секунд. Механизм трансформации можно проиллюстрировать линией реактивной энергии.
Силовая сфера характеризует силу, которая преобразуется в механическую энергию. В случае внезапного отключения к статору возвращается избыточная или остаточная мощность. Минимальные показатели влияния магнитного поля на работоспособность устройства являются основным отличием от аналогичных устройств.