Как работает бесщеточный двигатель

Принцип работы

повышенная надежность, снижение затрат и упрощение производства обеспечиваются отсутствием механических соединительных элементов, обмоток ротора и постоянных магнитов. При этом возможно повышение КПД за счет снижения потерь на трение в коллекторной системе. Бесщеточный двигатель может работать на переменном или постоянном токе. Последний вариант имеет заметное сходство с коллекторными двигателями. Его характерной особенностью является формирование вращающегося магнитного поля и подача пульсирующего тока. В его основе электронный переключатель, что увеличивает сложность конструкции.

Применение

Синхронные генераторы переменного тока выполняют одну важную функцию: их можно синхронизировать с другими аналогичными электрическими машинами. При этом синхронные скорости и ЭДС параллельно включенных генераторов одинаковы, а фазовый сдвиг равен нулю. Это обстоятельство позволяет использовать блоки в промышленной энергетике и подключать к резервным генераторам при превышении номинальной мощности в часы пик.

На тепловозах используются трехфазные тяговые генераторы. Переменные токи для приводных двигателей выпрямляются полупроводниковыми устройствами. Сегодня в России уже выпускаются тепловозы на базе асинхронных электродвигателей, не требующих выпрямления. В режиме торможения они действуют как асинхронные генераторы.

Синхронные генераторы устанавливаются на гибридные автомобили для объединения приводной мощности двигателя внутреннего сгорания и мощности тяговых двигателей. Развивая активную мощность при номинальной нагрузке, они экономят дорогостоящее топливо.

Есть много других приложений. Например, мобильные мини-электростанции, бытовые электрогенераторы, типа однофазного двигателя и т.п.

Устройство бесщеточного двигателя

В качестве примера рассмотрим самый популярный трехфазный бесколлекторный двигатель. Он имеет статор из листовой стали, в пазах которого размещена обмотка. Большинство двигателей этого типа имеют три обмотки, соединенные в звезду.

Ротор представляет собой постоянный магнит с количеством пар полюсов от 2 до 8. При этом южный и северный полюсы чередуются друг с другом. Ротор выполнен из специального магнитного материала, обеспечивающего необходимую плотность магнитного поля. Как правило, это ферритовые магниты, из которых изготавливают постоянные магниты.

Читайте также: Как пользоваться автоматическим выключателем АП-50

Вычисление положения

Генерация импульсов происходит в системе управления по сигналу, отражающему положение ротора. Степень напряжения и питания напрямую зависит от скорости вращения двигателя. Датчик в стартере регистрирует положение ротора и подает электрический сигнал. Вместе с магнитными полюсами, проходящими близко к датчику, изменяется амплитуда сигнала. Также существуют методы бездатчикового позиционирования, включая токовые пути и датчики. ШИМ на входных клеммах обеспечивает поддержание переменного уровня напряжения и управление мощностью.

Для ротора с постоянными магнитами не требуется источника питания, благодаря этому в обмотке ротора отсутствуют потери. Бесщеточный двигатель шуруповерта имеет малую инерцию за счет отсутствия обмоток и механизированного коллектора. Это позволяло использовать на высоких оборотах без искрения и электромагнитных помех. Большие токи и более легкий отвод тепла достигаются за счет размещения нагревательных цепей на статоре. Также стоит отметить наличие электронного встроенного устройства на некоторых моделях.

Трехфазные бесколлекторные электродвигатели

Многие бесщеточные электродвигатели для моделей самолетов питаются от постоянного тока.

Но бывают и трехфазные корпуса, где установлены преобразователи.

Они позволяют создавать трехфазные импульсы из постоянного напряжения.

Работа заключается в следующем:

1. Катушка «А» получает импульсы положительного значения. На катушке «В» — с отрицательным значением. В результате якорь начнет двигаться. Датчики фиксируют смещение и на контроллер поступает сигнал на следующую смену.
2. Катушка «А» выключается, при этом на обмотку «С» подается положительный импульс. Коммутационная обмотка «В» не изменяется.
3. На катушку «С» поступает положительный импульс, а на «А» идет отрицательный».
4. Затем в работу вступает пара «А» и «Б». На них подаются положительные и отрицательные значения импульсов соответственно.
5. Затем положительный импульс снова поступает на катушку «В», а отрицательный — на «С».
6. На последнем этапе включается катушка «А», на которую поступает положительный импульс, а на С — отрицательный.

А потом весь цикл повторяется.

Типичные неисправности

Наибольшего внимания к себе требует щеточный коллекторный механизм, где наблюдается искрение даже при работе нового двигателя. Использованные щетки следует заменять, чтобы предотвратить более серьезные неисправности: перегрев собирающих планок, их деформацию и отслоение. Кроме того, может возникнуть межвитковое замыкание обмоток якоря или статора, приводящее к значительному падению магнитного поля или сильному искрообразованию в коллекторно-щеточном переходе.

Грамотная эксплуатация устройства и профессионализм производителя в процессе сборки изделия позволяют избежать преждевременного выхода из строя универсального коллекторного двигателя.

Конструктивное исполнение

Возбудитель конструктивно выполнен в виде одного металлического шкафа одностороннего обслуживания со степенью защиты IP22 (по заказу — IP31, IP54). Доступ к защитным устройствам, системе управления, зажиму кабеля управления, к силовой части и силовым зажимам осуществляется через переднюю дверь, которая запирается на замок.

Возможно изменение конструкции системы намагничивания по техническим требованиям заказчика.

Шкаф системы возбуждения содержит:

• Устройства защиты силовых цепей.
• Устройства защиты цепи управления.
• Блок управления микропроцессорный АРВСГ со встроенным блоком питания IGBT и блоком гашения возбуждения (для двухканальных систем — два независимых полнофункциональных блока АРВСГ).
• Контактор для включения электродвигателя (подает напряжение на статор) — по желанию заказчика.
• Органы управления и индикация на передней дверце шкафа.
• Локальный/удаленный ключ
• Трансформер.

Магнитные элементы

Расположение магнитов может варьироваться в зависимости от размера двигателя, например, на полюсах или вокруг всего ротора. Изготовление качественных магнитов большей мощности возможно благодаря использованию неодима в сочетании с бором и железом. Несмотря на высокую производительность, бесщеточный двигатель шуруповерта с постоянными магнитами имеет ряд недостатков, в том числе потерю магнитных свойств при высоких температурах. Но они более эффективны и не имеют потерь по сравнению с машинами, имеющими в конструкции обмотки.

Импульсы инвертора определяют скорость вращения механизма. При постоянной частоте питания двигатель работает с постоянной скоростью в разомкнутом контуре. Соответственно, скорость вращения изменяется в зависимости от уровня частоты питающей сети.

Как осуществляется управление

Электронный блок управления позволяет менять обмотки привода. Для определения времени переключения с помощью драйвера положение ротора контролируется датчиком Холла, установленным на преобразователе частоты.

В случае отсутствия таких приборов необходимо считать обратное напряжение.

Он генерируется в катушках статора, которые в данный момент не подключены.

Контроллер представляет собой программно-аппаратный комплекс, он позволяет отслеживать все изменения и максимально точно устанавливать порядок переключения.

Особенности конструкции и принцип действия

По сути, коллекторный двигатель – это достаточно специфическое устройство, обладающее всеми достоинствами машины постоянного тока и поэтому имеющее схожие характеристики. Отличие этих двигателей в том, что корпус статора асинхронного двигателя выполнен из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. Обмотки возбуждения автомата соединены последовательно для оптимизации работы в бытовой сети 220В.

Они могут быть как одно-, так и трехфазными, благодаря возможности работать от постоянного и переменного тока, их еще называют универсальными. Кроме статора и ротора в конструкцию входят щеточный коллекторный механизм и генератор частоты вращения. Вращение ротора в коллекторном двигателе происходит в результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком обмотки возбуждения. Через щетки ток подается на коллектор, собранный из пластин с трапециевидным сечением и одного из узлов ротора, соединенных последовательно с обмотками статора.

В общем, принцип работы коллекторного двигателя можно наглядно продемонстрировать на известном со школы опыте с вращением рамки, помещенной между полюсами магнитного поля. Если по контуру течет ток, он начинает вращаться под действием динамических сил. Направление движения рамки не меняется при изменении направления тока в ней.

Последовательное соединение обмоток возбуждения обеспечивает большой максимальный момент, но появляются высокие холостые обороты, что может привести к преждевременному выходу механизма из строя.

Характеристики

Клапанный двигатель работает в установленных режимах и имеет функционал щеточного аналога, скорость которого зависит от приложенного напряжения. Механизм имеет множество преимуществ:

• отсутствие изменения намагниченности и утечки тока;
• соблюдение скорости вращения и самого крутящего момента;
• скорость не ограничена центробежной силой, действующей на коллектор и вращающуюся электрическую обмотку;
• нет необходимости в переключателе и обмотке возбуждения;
• используемые магниты легкие и компактные;
• высокий крутящий момент;
• энергонасыщенность и экономичность.

Бесщеточный мотор преимущества и недостатки

Бесщеточный двигатель гарантирует более длительный срок службы, потому что на самом деле нет щетки, которая могла бы его изнашивать. Они могут работать более 1000 часов. Бесщеточные двигатели более энергоэффективны, чем щеточные.

Однако изначально они стоили дороже, чем коллекторные двигатели. Вам также необходимо заменить такие устройства, как энкодеры и контроллеры.

Коллекторный двигатель очень шумный, а их бесколлекторные аналоги менее шумные. Бесщеточный двигатель также предлагает более высокое отношение крутящего момента к весу. Что-то еще? Нет необходимости иметь дело с ионизирующими искрами от выключателя и электромагнитными помехами.

Использование

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами в основном используется в устройствах мощностью менее 5 кВт. В более мощном оборудовании его использование нерационально. Также стоит отметить, что магниты в этом типе двигателя особенно чувствительны к высоким температурам и сильным полям. Альтернативы индукции и щетке лишены таких недостатков. Двигатели широко используются в электрических мотоциклах, вождении автомобилей благодаря отсутствию трения в коллекторе. Среди функций необходимо выделить равномерность крутящего момента и тока, что обеспечивает снижение акустического шума.

Регулирование частоты

Есть 2 способа получить требуемые частотные параметры:

1. Сконструируйте генератор с определенным числом полюсов электромагнита.
2. Обеспечить правильную расчетную скорость вала.

Например, в тихоходных гидротурбинах, вращающихся со скоростью 150 об/мин. /мин для регулирования частоты число полюсов синхронных генераторов увеличено до 40.

В случае дизельных силовых установок при частоте вращения 750 об/мин. /мин, оптимальное количество полюсов 8.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Коллекторные двигатели постоянного тока

Уникальной особенностью сборочных машин является обратимость этих устройств. Что подразумевается под этим?

• Все просто! Эти устройства могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора постоянного тока при правильном соединении статора и ротора двигателя.
• При подключении машины постоянного тока к источнику питания в роторной и статорной обмотках устройства начинает протекать ток. И тут и там моментально образуются электромагнитные поля — якоря и возбуждения. Взаимодействие между этими полями создает на роторе определенный электромагнитный момент (М).
• Этот момент вращается, не оказывает тормозящего действия, как в генераторе тока.
• В течение действия момента М якорь приходит в движение. В этом случае электрическая энергия потребляется из питающей сети.
• Когда ротор начинает двигаться, в обмотке начинает индуцироваться ЭДС, как мы описали в предыдущей главе.

Сборка двигателей постоянного тока – правило правой руки поможет определить направление магнитного поля обмотки якоря

• Направление ЭДС легко определяется по правилу левой руки, подробное описание которого представлено на рисунке выше.
• Интересно, что эта ЭДС будет направлена ​​в противоположную сторону току, питающему ротор, поэтому эту силу называют противоЭДС, то есть она замедляет якорь.
• Если не вдаваться в формулы и расчеты, то можно просто сказать, что с увеличением электромагнитного момента, то есть при увеличении нагрузки на вал двигателя, увеличивается усилие в обмотке якоря (на входе в двигатель).
• Мы знаем, что напряжение, подаваемое на двигатель, остается постоянным, а значит, из-за увеличения нагрузки увеличивается ток, питающий ротор.
• Другими словами, скорость якоря будет прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна току привода. Увеличение тока увеличивает крутящий момент при постоянном крутящем моменте нагрузки
• Если говорить еще проще, зажмите чем-нибудь вал двигателя. При этом вращение уменьшится, а ток возрастет. Увеличивайте ток без нагрузки на вал, он будет больше раскручиваться, все просто.

Интересно знать! Если нагрузка на вал настолько сильна, что во время работы заставит его вращаться в обратную сторону, двигатель перейдет в генераторный режим.

Разновидности двигателей постоянного тока

Коллекторный двигатель постоянного тока для компактных приложений

Все двигатели постоянного тока можно разделить по мощности и назначению:

• Самые маленькие образцы имеют мощность в единицах ватт.
• Их обычно устанавливают в небольшие устройства и детские игрушки. Их рабочее напряжение колеблется в пределах 3-9 вольт, которое может питаться от обычных аккумуляторов.
• Строение основных рабочих органов таких двигателей следующее: трехполюсный ротор, коллектор с соответствующим количеством пластин, двухполюсный статор, роль которого выполняют постоянные магниты.
• Коллекторные двигатели постоянного тока средней мощности мощностью в десятки ватт.
• Их конструкция несколько иная: многополюсный ротор и коллектор, щеточный аппарат с двумя или четырьмя щетками, четырехполюсный статор с постоянными магнитами.

Двигатели постоянного тока

• Мощные устройства, производящие и потребляющие сотни и тысячи ватт энергии, имеют практически такое же устройство, только вместо маломощных постоянных магнитов в них используются электрические.

Способы возбуждения двигателей постоянного тока

Способы подключения двигателей постоянного тока

Существует четыре способа возбуждения двигателя постоянного тока.

Независимое возбуждение

Нетрудно догадаться, что при такой схеме якорь двигателя питается от основного источника питания — от сети, генератора или выпрямителя, а обмотка возбуждения подключается к дополнительному источнику.

• Обмотка возбуждения имеет регулировочный реостат, позволяющий управлять режимами работы двигателя.
• В цепь обмотки ротора включен пусковой реостат. Цель состоит в том, чтобы ограничить ток при запуске двигателя.
• Особенностью такой схемы является то, что токи возбуждения не зависят от токов нагрузки, а значит, магнитный поток двигателя практически не будет зависеть от нагрузки. То есть зависимость от скорости и крутящего момента будет линейной.
• Существенным недостатком такого двигателя является то, что если его включить без нагрузки, скорость вращения будет очень высокой, что может привести даже к выходу из строя. Ток в обмотке якоря резко возрастает, что может вызвать круговой пожар.
• От работы двигателя в этом режиме защищает автоматика, отключающая электропитание.

Интересно знать! Чисто теоретически работа в этом режиме не может заставить скорость вращения ротора постоянно увеличиваться. Он перестанет расти, когда противо-ЭДС достигнет значения напряжения питания.

• При разрыве цепи возбуждения при работе такого двигателя при условии, что нагрузка на валу близка к номинальной, двигатель остановится, так как электромагнитный момент будет меньше нагрузки на валу. В этом случае также резко возрастет ток на обмотке якоря, что приведет к перегреву и другим неприятным последствиям.

Параллельное возбуждение

Параллельная цепь возбуждения

В этой схеме обе обмотки питаются от одного источника. В схему также входят два реостата – регулировочный и пусковой.

• Несмотря на то, что они подключены к одной и той же сети, ток остается фактически независимым, а это означает, что ток в обмотке возбуждения также не будет зависеть от тока в обмотке якоря.
• Мотор с таким подключением имеет те же характеристики, что и независимый.
• Однако есть разница – такой двигатель будет работать только в том случае, если напряжение источника питания останется неизменным.

Последовательное возбуждение

Схема с последовательным возбуждением

Обмотка возбуждения включена последовательно с якорем.

• Для ограничения пускового тока в схему может быть включен пусковой реостат, а также может быть включен регулировочный реостат.
• При таком соединении токи обмоток уже зависят друг от друга. При включении реостата они будут равны, а значит, магнитный поток будет зависеть от нагрузки.
• Магнитная система машины не насытится до тех пор, пока ток обмотки якоря не составит 80-90% от номинального тока. Магнитный поток будет изменяться прямо пропорционально току, за счет чего скоростная характеристика устройства будет мягкой.
• С увеличением тока скорость такого двигателя уменьшается. Это связано с увеличением падения напряжения на сопротивлении цепи обмотки якоря, а также с увеличением магнитного потока.
• Когда ток становится больше номинального, зависимости от скорости вращения и момента становятся линейными, так как магнитопровод становится насыщенным, то есть при изменении тока магнитный поток уже не будет изменяться.

Механические свойства двигателя

• Механическая характеристика такого двигателя имеет гиперболический вид. При малой нагрузке магнитный поток сильно уменьшится, а скорость вращения увеличится, что также может привести к разгону двигателя.
• Это обстоятельство ограничивает использование этих устройств в системах с холостым ходом или малой нагрузкой.

Интересно знать! Минимально допустимая нагрузка для двигателей с последовательным возбуждением составляет 20-25 % от номинального значения. Чтобы двигатель не запускался без нагрузки, он соединяется с трансмиссией через жесткую глухую муфту или шестерню. Ременные передачи и фрикционы использовать нельзя, так как может произойти поломка, а последствия вы уже знаете.

Интересно, что, несмотря на этот недостаток, эти двигатели очень распространены, особенно там, где есть изменение нагрузки и сложные условия пуска, например в электровозах, электромобилях, тепловозах и так далее.

И это очень легко объяснить — при мягкой характеристике увеличение нагрузки не приводит к резкому увеличению тока и потребления энергии, что позволяет этим устройствам лучше справляться с перегрузками. Не стоит забывать и о высоком пусковом моменте, которого лишены ранее рассмотренные варианты двигателей.

Комплект поставки:

В комплект входят:

• Шкаф системы возбуждения;
• Комплект технической документации на русском языке: паспорт, техническое описание и руководство пользователя, комплект схем и чертежей, описание сервисного ПО (на электронном носителе);
• Электронные носители с документацией и сервисным ПО;
• Комплект запасных частей (состав по техническому заданию заказчика).

Точный комплект поставки указан в паспорте на товар.

Основные технические данные:

Имя параметра	Важность
Номинальное напряжение питания, В	380
Частота напряжения питания, Гц	50
Номинальный ток на обмотку намагничивания, А	восемь
Номинальное напряжение обмотки намагничивания, В	120
Коэффициент усиления (устанавливается настройкой)	1,75
Время буста, сек (задается настройкой)	50
Напряжение питания цепей управления, В	~220, =200 (ШУ)
Номинальное напряжение для цепей измерения напряжения статора, В	~100 (~380 для низковольтных двигателей)
Номинальный ток цепей измерения тока статора, А	5
Количество каналов управления	1 (2 — по запросу)
Габаритные размеры (ширина х глубина х высота), без плинтуса, мм	600x500x1600

Система возбуждения обеспечивает:

1. Тестовый режим на заглушенном двигателе, при котором проверяется работа системы управления, защиты, силового преобразователя;
2. Автоматическое возбуждение при пуске двигателя в зависимости от тока статора с блокировкой в ​​зависимости от времени и тока статора двигателя;
3. Автоматическое и ручное управление током возбуждения в заданном настройкой диапазоне тока возбуждения двигателя;
4. Стабилизация заданного тока возбуждения с точностью не менее 2%;
5. Режимы АРВ: — стабилизация тока возбуждения; — поддержание коэффициента мощности двигателя (cosφ);
6. Плавное переключение с автоматического режима на ручной и обратно;
7. Автоматический переход из автоматического режима в ручной режим регулирования тока возбуждения, при выходе из строя цепей измерения тока или напряжения статора;
8. Ограничение максимального и минимального тока возбуждения — в пределах уставок максимального и минимального тока возбуждения; — ограничение минимального реактивного тока статора;
9. Локальное и внешнее изменение уставки возбуждения;
10. Автоматическое гашение тока возбуждения разрядной цепи при выключении двигателя;
11. Форсировать возбуждение до уставки принудительного тока, когда напряжение статора двигателя падает на 5 — 15 % от номинального значения (задается настройкой);
12. При отсутствии напряжения статора этот параметр не увеличивается;
13. Автоматическое снижение тока намагничивания до заданного значения в случае перегрузки по току ротора. Момент срабатывания защиты от перегрузки определяется тепловой моделью ротора по зависимости i2t;
14. Непрерывный автоматический контроль изоляции ротора;
15. Сохранение работоспособности двигателя при кратковременном отключении питания с последующей ресинхронизацией.

Защиты системы возбуждения:

1. От внутренних и внешних коротких замыканий в цепях транзисторного преобразователя (программная и быстродействующая аппаратная защита);
2. От длительной асинхронной работы двигателя (по реактивному току статора);
3. От потери возбуждения работающего двигателя;
4. От недопустимых перегрузок возбуждения;
5. От ложного возбуждения до выключенного двигателя при неисправности в контактном блоке выключателей;
6. От неисправности вспомогательных контактов выключателя;
7. От низкого напряжения статора;
8. От длительного запуска двигателя;
9. От перенапряжения на обмотке возбуждения;
10. От перегрева ротора;
11. От аварийного снижения сопротивления изоляции. Устройство контроля изоляции (IMD) обеспечивает измерение и контроль сопротивления изоляции цепей ротора двигателя независимо от наличия рабочего напряжения. Диапазон измеряемых сопротивлений от 100 Ом до 2 МОм, время измерения не более одной секунды. Устройство формирует предупредительные сигналы при падении уровня изоляции, настройки этих релейных сигналов задаются программно.

Система управления:

Одноканальная система возбуждения имеет микропроцессорный блок управления АРВСГ, в который встроены: набор датчиков, исполнительные схемы, дискретные входы/выходы, силовая часть на основе IGBT-транзисторов и автономная схема гашения поля, а также внешний блок питания и защиты.

Двухканальная система возбуждения имеет два независимых полнофункциональных блока АРВСГ — основной и резервный. Блоки полностью идентичны. В каждый блок встроены: набор датчиков, исполнительные схемы, дискретные входы/выходы, силовая часть на IGBT-транзисторах и автономная схема гашения поля, а также внешние источники питания и устройства защиты.

Переключение между основным и резервным блоками управления при работе двигателя может осуществляться как вручную — с помощью органов управления на передней панели, так и автоматически — при выходе из строя одного из блоков управления без остановки электродвигателя. Переключение между блоками осуществляется без толчка.

Система управления ведет журнал событий, в котором фиксируются все основные изменения в работе возбудителя и статистическая информация.

Система управления построена на базе программируемых микроконтроллеров и выполняет следующие функции по контролю, управлению и мониторингу системы возбуждения:

• Контроль возбуждения и предотвращение аварийных режимов синхронного двигателя;
• Защита двигателя и намагничивания;
• Сбор информации о состоянии (включено, выключено) всего коммутационного оборудования системы возбуждения;
• Сбор информации о режимах работы возбудителя;
• Вся информация выводится на локальную консоль (панель оператора) и сохраняется в памяти контроллера с указанием последовательности событий.
• Сбор статистической информации за всю историю работы блока возбуждения.
• Имеется USB-интерфейс для настройки и тестирования.
• Для настройки, управления и передачи данных в АСУ ТП возможен заказ следующих интерфейсов в различных сочетаниях и количествах: — Интерфейс: RS485, Ethernet, канал токовой петли 4-20мА (входы/выходы) — Протоколы: MODBUS , Профибус
• Осциллограммы параметров двигателя во всех режимах работы.
• Время запуска цифровых блоков управления не более 0,001 сек после включения питания.

Функции резервирования системы возбуждения:

1. Резервирование регуляторов намагничивания (для двухканальных систем намагничивания) Автоматически дублирующаяся (двухканальная) цифровая система управления, состоящая из двух одинаковых полнофункциональных регуляторов, переносится с одного регулятора на другой в случае выхода из строя одного из них , либо по команде оператора) при этом переключение происходит без удара и не влияет на работу двигателя.

Для обеспечения плавного перехода контроллеры непрерывно контролируют друг друга и обмениваются информацией о состоянии основных параметров по высокоскоростной шине.

Критерии оценки качества регуляторов, нарушение которых приводит к вводу в эксплуатацию резервного регулятора:

• Наличие источника питания
• Наличие связи с резервным устройством
• Наличие управляющих напряжений питания
• Возможность использования каналов управления транзисторами
• Применимость схем измерения тока ротора
• Схемы измерения тока исправного статора

Двухканальная конструкция возбудителя также сводит к минимуму время настройки при замене вышедшего из строя контроллера на исправный — нужно просто скопировать настройки (командами с панели оператора) и ввести в работу.

2. Резервирование питания цепей управления возможно по следующим схемам:

• (стандарт) от двух источников =220 и ~220В
• (опционально) от двух источников =220, ~380В и аккумулятор

Панель оператора с блоком осциллографирования и регистратором событий

Панель оператора увеличивает информационные возможности. Панель оператора отображает подробную информацию о работе возбудителя и двигателя, позволяет изменять настройки, просматривать архивы событий и статистику, копировать необходимую информацию на внешние станции.

Просмотр статистики и осциллограмм с регистратора событий возможен с помощью ПО Ajuster (через интерфейс) и панели оператора. Панель оператора предлагает расширенный сервис регистрации событий:

• записывать осциллограммы и статистику на SD-карту (можно получить для расследования инцидента)
• осциллограмма представляет собой непрерывную запись в течение 30 дней с частотой 100 записей в секунду всех параметров регулятора
• осциллограмму и статистику можно скопировать на USB-накопитель или по сети на удаленный серверный диск
• доступ к файлам возможен через Ethernet по защищенному протоколу SSH
• с помощью панели оператора можно увидеть осциллограмму любого события, в пределах произвольно заданного интервала времени «до» и «после» события.

Генераторы с компаундным возбуждением и компенсирующей ёмкостью

Наиболее простым в техническом исполнении является бесщеточный генератор с составным возбуждением и компенсирующей емкостью, подключенной к дополнительной обмотке. Такой генератор представляет собой видную синхронную машину с обмоткой возбуждения в роторе.

Обмотка возбуждения разделена на две секции, концы каждой из которых закрыты через диод. Таким образом, индуцированный ток в обмотке возбуждения может протекать только в одном направлении, создавая постоянное магнитное поле.

Статор имеет две обмотки: первичную и вторичную. Нагрузка подключена к основной обмотке. К дополнительной обмотке подключен компенсирующий конденсатор. Основная обмотка занимает 2/3 пазов статора и еще 1/3 пазов.

Генератор работает следующим образом. Когда ротор начинает вращаться, в обмотках нет тока. Однако магнитопроводы статора и ротора имеют остаточную намагниченность. За счет последнего в обмотках начинает индуцироваться ток. Поскольку ток в обмотке ротора из-за диодов может протекать только в одном направлении, магнитопровод ротора начинает намагничиваться. В этом случае вращающееся магнитное поле, создаваемое ротором, индуцирует электродвижущую силу в обмотках статора. Поскольку дополнительная обмотка статора нагружена на конденсатор, через нее начинает протекать переменный ток.

Этот переменный ток создает переменное, но не вращающееся магнитное поле статора, которое индуцирует электродвижущую силу в обмотке ротора. Под действием этой электродвижущей силы в обмотке ротора возникает ток, который выпрямляется диодами и еще больше намагничивает ротор. Это, в свою очередь, вызывает увеличение электродвижущей силы и тока в обмотках статора, что, в свою очередь, еще больше намагничивает ротор. Процесс возбуждения протекает лавинообразно до тех пор, пока магнитопроводы статора и ротора не перейдут в режим насыщения. В основной обмотке статора возникает электродвижущая сила номинальной величины. Генератор готов к подключению к нагрузке.

При подключении нагрузки к основной обмотке в ней возникает ток, создающий собственное магнитное поле. Если бы возбуждение генератора оставалось на том же уровне, то напряжение на выходных зажимах уменьшалось бы по двум причинам: падение напряжения на внутреннем сопротивлении и смещение магнитного поля относительно оси обмотки статора. Однако обмотки статора устроены таким образом, что их магнитные оси повернуты на 90 градусов. Благодаря этому магнитное поле ротора вращается в сторону основной обмотки, что увеличивает ЭДС индукции в ней. Чем больше ток в основной обмотке, тем больше вращение магнитного поля ротора. Это стабилизирует выходное напряжение генератора. Такой метод регулирования называется составным.

Генератор с составным возбуждением прост по конструкции, имеет небольшой вес и стоимость, что обусловило его широкое применение в переносных бензоэлектрических установках («бензиновых электростанциях»). В то же время данный тип генератора имеет ряд недостатков, а именно:

• генератор может быть только однофазным;
• при подключении к генератору нагрузки с нелинейным сопротивлением (например, нагреватель, подключенный через диод) процесс композиции нарушается — напряжение на выходе генератора может сильно завышаться.
• кПД генератора относительно невысок, так как значительная часть энергии переменного магнитного поля теряется на перемагничивание магнитопроводов, работающих в режиме, близком к насыщению.

Почему бесщеточный инструмент такой дорогой

Главный недостаток такого средства – высокая цена. Это связано с наличием дорогой силовой платы и электронного управления. Благодаря этому электродвигатель становится более надежным.

Но высокая стоимость такого инструмента иногда становится решающим фактором при покупке инструмента. Каждый пользователь сам решает, какой шуруповерт лучше щеточный или бесщеточный. И многие склоняются к более дешевому продукту.

Важно! Замена деталей бесщеточными инструментами всегда стоит дорого.

Щеточный электромотор

Коллекторный двигатель создает крутящий момент непосредственно от подаваемого на него тока с помощью внутреннего коммутатора, стационарных магнитов (постоянных или электромагнитных) и вращающихся электромагнитов.

Преимуществами коллекторных двигателей являются низкие производственные затраты, высокая надежность и простота регулирования скорости. Недостатки щеточных двигателей: высокие затраты на техническое обслуживание и короткий срок службы при высокой интенсивности использования.

Техническое обслуживание включает в себя регулярную замену графитовых щеток, а также очистку или замену коллектора. Эти компоненты важны для передачи электрической энергии на обмотку ротора.

Видео: Принцип работы генератора

Генераторы – электрические машины для преобразования механической, тепловой и других видов энергии в электрическую. Среди всех прочих наибольшей популярностью пользуются генераторы, преобразующие энергию вращения в электричество. Есть много источников этого типа движения:

• двигатель внутреннего сгорания;
• вращающиеся колеса автомобиля;
• вода течет по лопастям водяной мельницы и т.д.

Как правило, щеточные узлы используются в конструкции генераторов для передачи постоянного тока на вращающийся якорь, который действует как постоянный магнит. Щетки из-за своей механической конструкции являются их слабым звеном. Щеточный узел требует регулярного обслуживания, очистки и замены деталей, подверженных износу. Бесщеточные схемы возбуждения лишены этого недостатка.

Устройство, плюсы и минусы

Электрошуруповерты отличаются друг от друга принципом питания: есть сетевые с блоком питания 220 вольт и портативные, оснащенные аккумулятором. Кроме того, модели могут быть оснащены ударным механизмом. Других принципиальных нововведений за последнее десятилетие не вводилось, за исключением одного — бесщеточного механизма.

Щеточный шуруповерт

Самый распространенный тип – коллекторный двигатель устанавливается на большинство моделей. Принцип действия прост: обмотки меняются механически и в цепи якоря. Контакты являются коллектором, а передача энергии осуществляется благодаря подпружиненным щеткам.

Сильные стороны:

• старая, надежная техника;
• низкая стоимость запчастей;
• простота и понятность ремонта.

Ошибка:

• коллектор приводит к потерям энергии, а значит, к снижению КПД;
• возникновение искр, нагрев двигателя;
• взаимозависимость оборотов и крутящего момента;
• потеря мощности при обратном ходе;
• быстрый износ;
• потеря скорости под нагрузкой.

У щеточного мотора много недостатков, но их можно оправдать дешевизной комплектующих и простотой ремонта — это более доступный вариант.