Сколько режимов работы электрических машин вы знаете

Режимы работы электродвигателей

Возможные режимы работы электроприводов отличаются огромным многообразием по характеру и длительности циклов, значениям нагрузок, условиям охлаждения, соотношения потерь в период пуска и установившегося движения и т.п., поэтому изготовление электродвигателей для каждого из возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла.

На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов — номинальные режимы , для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели .

Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины , относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными электрической машины. Заводы-изготовители гарантируют при работе электродвигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.

Электриопривод конвейера

Различают следующие режимы работы двигателей под нагрузкой в зависимости от ее длительности : продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

При продолжительном режиме двигатель работает без перерыва, причем рабочий период настолько велик, что нагрев двигателя достигает установившейся температуры.

Продолжительная нагрузка может быть постоянной или изменяющейся. В первом случае температура не изменяется, во втором — изменяется вместе с изменением нагрузки. С малоизменяющейся нагрузкой в этом режиме работают двигатели конвейеров, лесопильных рам и др., с переменной продолжительной нагрузкой работают двигатели различных металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков.

При кратковременном режиме двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а в течение паузы охлаждается до температуры окружающей среды. Продолжительность кратковременной работы ГОСТ на электрические машины устанавливает равной 10, 30, 60 и 90 мин.

При повторно-кратковременном режиме двигатель за период работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы — охладиться до температуры окружающей среды. В этом режиме двигатель действует с непрерывно чередующимися периодами работы под нагрузкой и вхолостую, или паузами.

Основные режимы работы электрических машин

Продолжительность включения электротехнического изделия (электротехнического устройства, электрооборудования) — отношение времени пребывания во включенном состоянии электротехнического изделия (электротехнического изделия, электрооборудования), работающего в повторно-кратковременном режиме, к длительности цикла (ГОСТ 18311-80).

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения ПВ = [tp/(tp + tо)] 100 %, где tp и tо — время работы и паузы при продолжительности цикла ( t ц = t р+ t о) не более 10 мин.

Повторно-кратковременный режим бывает:

с продолжительностью включения ПВ = 1 5, 25, 40 и 60% и продолжительностью цикла 10 мин,
с частыми пусками при ПВ = 15, 25, 40 и 60 % и числом включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции 1,2, 1,6, 2,5 и 4,
с частыми пусками и электроторможением при тех же номинальных ПВ, числе включений и коэффициенте инерции,
перемежающийся с продолжительностью цикла 10 мин при нагрузках ПВ= 15, 25, 40 и 60%,
перемежающийся с электроторможением и частыми реверсами, число которых в час составляет 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции 1,2, 1,6, 2,5 и 4.

Электродвигатель на производстве

Режимы работы электродвигателей по ГОСТ

Действующим ГОСТ предусматриваются 8 номинальных режимов , которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 — S8.

Продолжительный режим работы S1 — работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.

Продолжительный режим работы электродвигателя S1

Кратковременный режим работы S2 — работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.

Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.

Кратковременный режим работы электродвигателя S2

Повторно-кратковременный режим работы S3 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах:

ПВ = (t р / ( t р + t п)) х 100%

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3

Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60.

Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.

Режимы S1 — S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными электромашиностроительными заводами в каталоги и паспорт машины.

Номинальные режимы S4 — S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних.

номинальные режимы работы элетрических машин

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов S4: t п и t н — время пуска и торможения

Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5

Перемежающийся режим работы S6 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура машины не достигает установившегося значения.

Перемежающийся режим работы S6: to — время холостого хода

Электродвигатель крана

Перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.

Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7

Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.

Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8

Режимы работы электродвигателей

Учет режима работы имеет большое значение при подборе двигателя. Мощности двигателей, указанные в каталогах, приведены для режима S1 и нормальных условий работы, кроме двигателей с повышенным скольжением.

Если двигатель работает в режиме S2 или S3, он нагревается меньше, чем в режиме S1, и поэтому он допускает большую мощность на валу.

При работе в режиме S2 допустимая мощность может быть повышена на 50 % при длительности нагружения 10 мин, на 25 % — при длительности нагружения 30 мин, на 10% — при длительности нагружения 90 мин.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Режимы работы электрических машин

Режим работы электрической машины — это установленный порядок чередования периодов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможения, пуска и реверса во время ее работы.

Режимы работы электродвигателей в электроприводах различных рабочих машин разнообразны и определяются технологическими процессами, реализуемыми этими рабочими машинами. Для иллюстрации этих режимов работы используют нагрузочные диаграммы.Такая диаграмма представляет собой графически выраженную зависимость параметра, характеризующего нагрузку приводного двигателя (мощности Р, момента М или силы потребляемого тока I) от продолжительности t отдельных этапов, составляющих время работы электропривода. В действительности нагрузочная диаграмма двигателя может иметь вид графика любой формы: прямой горизонтальной линии, если нагрузка двигателя в рассматриваемый отрезок времени не изменялась, либо кривой линии с плавным переходом от одного уровня нагрузки к другому, если нагрузка изменялась. Плавность перехода уровней нагрузки обусловлена инерционностью процессов в электроприводе. Для упрощения расчета требуемой мощности двигателя криволинейный график нагрузочной диаграммы разбивают на прямолинейные участки, в пределах которых нагрузка условно остается неизменной (рис. 2.10). Чем больше участков с различной нагрузкой, тем меньше ошибка такой замены, но тем сложнее последующие расчеты.

Снимок

Согласно действующему стандарту ГОСТ 183—74 существует три основных режима работы двигателей, различающиеся характером изменения нагрузки.

Продолжительный режим S1

1. Продолжительный режим S1 — когда при неизменной номинальной нагрузке Рном работа двигателя продолжается так долго, что температура перегрева всех его частей успевает достигнуть установившихся значений τ_уст (тау установившееся).

Различают продолжительный режим с неизменной нагрузкой Р = const (рис. 2.11, а) и продолжительный режим с изменяющейся нагрузкой (рис.2.11, б). Например, электроприводы насосов, транспортеров, вентиляторов работают в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, а электроприводы прокатных станков, металлорежущих станков и т.п. работают в продолжительном режиме с изменяющейся нагрузкой.

Кратковременный режим S2

2. Кратковременный режим S2 — когда периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя (рис. 2.11, в).
При этом периоды работы (нагрузки) двигателя tр настолько кратковременны, что температуры нагрева всех частей двигателя не достигают установившихся значений, а периоды отключения двигателя настолько продолжительны, что все части двигателя успевают охладиться до температуры окружающей среды (допускается превышение температуры не более чем на 1 ºС).

Стандартом установлена длительность периодов нагрузки 10; 30; 60 и 90 мин. В условном обозначении кратковременного режима указывается продолжительность периода нагрузки, например S2 — 30 мин.

В кратковременном режиме работают электроприводы шлюзов, разного рода заслонок, вентилей и других запорных устройств, регулирующих подачу рабочего вещества (нефть, газ, вода и др.) посредством трубопровода к объекту потребления.

Повторно-кратковременный режим S3

3. Повторно-кратковременный режим S3 — когда кратковременные периоды работы двигателя t_р чередуются с периодами отключения двигателя (паузами) t_п, причем за период работы t_p превышение температуры не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Общее время работы двигателя в повторно-кратковременном режиме разделяется на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью

При повторно-кратковременном режиме работы график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рис. 2.11, г). При достижении двигателем установившегося значения температуры перегрева, соответствующего повторно-кратковременному режиму τ_уст.к, температура перегрева двигателя продолжает колебаться от τ_min до τ_max . При этом τ_уст.к меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если режим работы двигателя был продолжительным (τ_уст.к < τ_уст). Примерами повторно-кратковременного режима являются работа электроприводов лифтов, подъемных кранов, экскаваторов и других устройств, для которых характерна цикличность (чередование периодов работы с паузами). При этом продолжительность цикла t_ц = t_р+t_п не должна превышать 10 мин.

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения, %,

ПВ = (tр/tц) *100

Действующим стандартом предусмотрены номинальные повторно-кратковременные режимы с ПВ 15, 25, 40 и 60 % (для продолжительного режима ПВ= 100 %). В условном обозначении повторно-кратковременного режима указывают величину ПВ, например, S3 — 40%.

При переводе двигателя из продолжительного режима (ПВ = 100%) в повторно-кратковременный режим мощность двигателя, по сравнению с его мощностью в продолжительном режиме, может быть увеличена: при ПВ = 60% на З0%, при ПВ = 40% на 60%, при ПВ = 25% — в 2 раза, при ПВ = 15 % — в 2,6 раза.

Рассмотренные три номинальных режима считаются основными. В каталогах на двигатели, предназначенные для работы в каком-либо из этих режимов, указаны номинальные данные, соответствующие режиму работы.

Помимо рассмотренных трех основных режимов, стандартом предусмотрены еще и дополнительные режимы:
повторно-кратковременный режим S4 с частыми пусками, с числом включений в час 30, 60, 120 или 240;

повторно-кратковременный режим S5 с частыми пусками и электрическим торможением в конце каждого цикла;

перемежающийся режим S6 с частыми реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S7 с частыми пусками, реверсами и электрическим торможением;

перемежающийся режим S8 с двумя и более разными частотами вращения.

Режимы работы электродвигателей

Режимы работы электродвигателей – это определенный порядок чередования периодов, который характеризуется:

продолжительностью и величиной нагрузки;
условиями охлаждения;
частотой пуска и отключений;
частотой реверса;
соотношениями потерь в периоды установившегося движения и пуска.

Так как существует множество режимов, выпуск двигателей для каждого из них нецелесообразен, поэтому серийные двигатели проектируются согласно ГОСТ для работы в восьми номинальных режимах. Номинальные данные содержатся в паспорте электродвигателя. Оптимальное функционирование агрегата гарантируется при его эксплуатации при номинальной нагрузке и в номинальном режиме.

Основные режимы работы электродвигателей

Существуют три основных (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный) и пять дополнительных режимов работы, условно маркированных согласно международной классификации S1-S8. Отечественные электромашиностроительные заводы в обязательном порядке включают номинальные данные на основные режимы в каталоги и паспорт агрегата.

Продолжительный режим (S1) предусматривает длительный и беспрерывный рабочий период, во время которого двигатель нагревается до установившейся температуры. Он может «подразделяться» на два вида:

Режим с постоянной нагрузкой (без изменения температуры в период работы). В нем функционируют двигатели конвейеров, электроприводы вентиляторов и насосов.
Режим с изменяющейся нагрузкой (температура поднимается или падает с изменением нагрузки). Он используется при работе металлорежущих, деревообрабатывающих и прокатных станков.

Кратковременный режим работы электродвигателя (S2) характеризуется непродолжительным рабочим периодом (по стандартам 10, 30, 60, 90 минут) без нагрева двигателя до установившейся температуры с последующим его охлаждением во время паузы до температуры окружающей среды. В этом режиме действуют электроприводы запорных устройств (вентилей, шлюзов, заслонок и т.д.). В паспорте двигателя указывается продолжительность рабочего периода (например, S2 – 60 мин.).

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя (S3) – режим, при котором в течение рабочего периода нагрев двигателя не достигает установившейся температуры, а во время паузы не происходит охлаждения до температуры окружающей среды. Он характеризуется непрерывным чередованием периодов работы под нагрузкой и вхолостую. Так функционируют электроприводы подъемных кранов, экскаваторов и лифтов, то есть устройств, действующих циклично.

Дополнительные режимы работы электродвигателей

Дополнительные режимы обозначены маркерами S4-S8. Они введены для более удобного эквивалентирования произвольных режимов и расширения номенклатуры номинальных режимов.

S4 – повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов. Каждый цикл работы включает в себя:

длительный период пуска, в течение которого пусковые потери оказывают влияние на температуру узлов агрегата;
период функционирования при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
паузу, во время которой не предусмотрено охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.

S5 – повторно-кратковременный режим с электрическим торможением. В цикл работы входят:

долгое время пуска;
время работы при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
период быстрого электрического торможения;
период работы вхолостую без охлаждения до температуры окружающей среды.

S6 – перемежающийся режим работы. Цикл работы состоит из:

периода функционирования с постоянной нагрузкой;
паузы.

В течение обоих периодов температура двигателя не достигает установившегося значения.

S7 – перемежающийся режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов. В каждый цикл включены:

длительный период пуска;
время действия машины с постоянной нагрузкой;
быстрое электрическое торможение.

Паузы данным режимом не предусмотрены.

S8 – перемежающийся режим с разными частотами вращения (2 или более). В цикл входят периоды:

работы с неизменной частотой вращения и постоянной нагрузкой;
работы при других неизменных нагрузках, причем каждой из них соответствует определенная частота вращения.

Как и предыдущий, этот режим не содержит пауз.

Если вы знаете характеристики работы электродвигателей, вам не составит труда выбрать агрегат, оптимально подходящий для ваших целей. Указанная в каталогах мощность двигателя предусматривает его эксплуатацию в нормальных условиях в режиме S1 (если это не двигатель с повышенным скольжением). Превышение мощности при режиме S2 допустимо не более чем на 50% в течение 10 минут, 25% в течение 30 минут и 10% в течение 90 минут.

Электродвигатели

Электрический двигатель, сокращенно электродвигатель — электрическая машина, с помощью которой электрическая энергия преобразуется в механическую, для приведения в движение различных механизмов. Электродвигатель является основным элементом электропривода.

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

Стандартная конструкция вращающегося электродвигателя

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

Принцип работы двигателя

1. Согласно закону Ампера на проводник с током I в магнитном поле будет действовать сила F.

2. Если проводник с током I согнуть в рамку и поместить в магнитное поле, то две стороны рамки, находящиеся под прямым углом к магнитному полю, будут испытывать противоположно направленные силы F

Принцип работы электродвигателя

Принцип действия электродвигателя

3. Силы, действующие на рамку, создают крутящий момент или момент силы, вращающий ее.

4. Производимые электродвигатели имеют несколько витков на якоре, чтобы обеспечить больший постоянный момент.

Принцип работы двигателя

5. Магнитное поле может создаваться как магнитами, так и электромагнитами. Электромагнит обычно представляет из себя провод намотанный на сердечник. Таким образом, по закону электромагнитной индукции ток протекающий в рамки будет индуцировать ток в обмотки электромагнита, который в свою очередь будет создавать магнитное поле.

Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

Универсальный
Репульсионный

КДПТ с обмоткой возбуждения
- Независимое
- Последовательное возбуждения
- Параллельное
- Комбинированное
- БДПТ
  (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
- ВРД
  (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
- Трехфазный
  (многофазный)
  - АДКР
  - АДФР
  - с пусковой обмоткой
  - с экранированными полюсами
  - с асимметричным магнитопроводом
  - СДОВ
    (с контактными кольцами и щетками) —>
  - СДПМ 5 —>
    - СДПМВ
    - СДПМП
    - Гибридный
    Примечание:
    1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
    2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
    3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
    4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
    5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
    Аббревиатура:
    - КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
    - БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
    - ЭП — электрический преобразователь
    - ДПР — датчик положения ротора
    - ВРД — вентильный реактивный двигатель
    - АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
    - АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
    - СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
    - СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
    - СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
    - СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
    - СРД — синхронный реактивный двигатель
    - ПМ — постоянные магниты
    - ЧП — частотный преобразователь
    Типы электродвигателей
    
    Коллекторные электродвигатели
    
    Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.
    
    Универсальный электродвигатель
    
    Может работать на переменном и постоянном токе. Широко используется в ручном электроинструменте и в некоторых бытовых приборах (в пылесосах, стиральных машинах и др.). В США и Европе использовался как тяговый электродвигатель. Получил большое распространение благодаря небольшим размерам, относительно низкой цены и легкости управления.
    
    Коллекторный электродвигатель постоянного тока
    
    Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую. Преимуществами электродвигателя постоянного тока являются: высокий пусковой момент, быстродействие, возможность плавного управления частотой вращения, простота устройства и управления. Недостатком двигателя является необходимость обслуживания коллекторно-щеточных узлов и ограниченный срок службы из-за износа коллектора.
    
    Бесколлекторные электродвигатели
    
    У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.
    
    Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].
    
    Асинхронный электродвигатель
    
    Наиболее распространенный электродвигатель в промышленности. Достоинствами электродвигателя являются: простота конструкции, надежность, низкая себестоимость, высокий срок службы, высокий пусковой момент и перегрузочная способность. Недостатком асинхронного электродвигателя является сложность регулирования частоты вращения.
    
    Cинхронный электродвигатель
    
    Синхронные двигатели обычно используются в задачах, где требуется точное управление скоростью вращения, либо где требуется максимальное значение таких параметров как мощность/объем, КПД и др.
    - С обмоткой возбуждения
    - С постоянными магнитами
    - Реактивный
    - Гистерезисный
    - Реактивно-гистерезисный
    - Шаговый
    Специальные электродвигатели
    
    Серводвигатель
    
    Серводвигатели не являются отдельным классом двигателей. В качестве серводвигателя могут использоваться электродвигатели постоянного и переменного тока с датчиком положения ротора. Серводвигатель используется в составе сервомеханизма для точного управления угловым положением, скоростью и ускорением исполнительного механизма. Для работы серводвигатель требует относительно сложную систему управления, которая обычно разрабатывается специально для сервопривода.
    
    Основные параметры электродвигателя
    - Момент электродвигателя
    - Мощность электродвигателя
    - Коэффициент полезного действия
    - Номинальная частота вращения
    - Момент инерции ротора
    - Номинальное напряжение
    - Электрическая постоянная времени
    - Механическая характеристика
    Момент электродвигателя
    
    Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.
    
    ,
    - где M – вращающий момент, Нм,
    - F – сила, Н,
    - r – радиус-вектор, м
    Справка: Номинальный вращающий момент М_ном, Нм, определяют по формуле
    
    ,
    - где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
    - n_ном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]
    Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.
    
    Справка: В английской системе мер сила измеряется в унция-сила (oz, ozf, ounce-force) или фунт-сила (lb, lbf, pound-force)
    
    1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
    1 lb = 4,448222 N (Н)
    
    момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)
    
    1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
    1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)
    
    Мощность электродвигателя
    
    Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.
    
    Механическая мощность
    
    Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.
    
    ,
    - где P – мощность, Вт,
    - A – работа, Дж,
    - t — время, с
    Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].
    
    ,
    - где s – расстояние, м
    Для вращательного движения
    
    ,
    - где – угол, рад,
    ,
    - где – углавая скорость, рад/с,
    Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя
    
    Справка: Номинальное значение — значение параметра электротехнического изделия (устройства), указанное изготовителем, при котором оно должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.
    
    Коэффициент полезного действия электродвигателя
    
    Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.
    
    ,
    - где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
    - P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
    - P₂ — полезная мощность (механическая), Вт
    - электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
    - магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
    - механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
    - дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.
    КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.
    
    Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.
    
    Частота вращения
    - где n — частота вращения электродвигателя, об/мин
    Момент инерции ротора
    
    Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси
    
    ,
    - где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
    - m — масса, кг
    Справка: В английской системе мер момент инерции измеряется в унция-сила-дюйм (oz∙in∙s 2 )
    
    1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )
    
    Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением
    
    ,
    - где – угловое ускорение, с -2 [2]
    ,
    
    Справка: Определение момента инерции вращающейся части электродвигателя описано в ГОСТ 11828-86
    
    Номинальное напряжение
    
    Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].
    
    Электрическая постоянная времени
    
    Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.
    
    ,
    - где – постоянная времени, с
    Механическая характеристика
    
    Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.
    
    Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей
    
    Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.
    
    Сравнение механических характеристик электродвигателей разных типов при ограниченном токе статора
    
    Зависимость мощности от скорости вращения вала для двигателей разных типов при ограниченном токе статора
    Похожие публикации: