Меню

Электродвигатели постоянного тока погрузчик

Электродвигатели постоянного тока погрузчик

Электродвигатели электротягачей, злектротележек и электропогрузчиков

Для механизации цехового и напольного транспортного процесса были выбраны, электротягачи, электротележки и электропогрузчики в качестве простых подъемно-транспортных устройств. Они просты в обслуживании, обладают бесшумным и плавным ходом, большой маневренностью, высокой производительностью, незначительными эксплуатационными расходами, удобством погрузки и разгрузки, отсутствием вредных газов и др. Большая часть

перечисленных положительных качеств машин возможна благодаря тому, что приводом длц них служат электродвигатели. Непосредственная связь между машиной и ее электродвигателем onpeделяет условия работы- и основные параметры. Принято электродвигатели, применяемые на электротягачах, электротележках и электропогрузчиках, разделять на две основные группы в зависимости от их назначения. К первой группе, относятся тяговые электродвигатели, которые служат прежде всего для привода машин при изменении их местоположения, ко второй группе — вспомогательные электродвигатели, которые применяются для привода насосов гидравлических систем, а также двигателей в электро-сервоуправлении.

Работа тяговых двигателей проходит в исключительно тяжелых условиях знакопеременных напряжений, меняющихся в очень широких пределах. Нри движении машины возникает вибрация из-за неровностей дороги и толчков при ускорении и торможении. Степень влияния этих факторов зависит от скорости движения, твердости шин и способа подвески двигателя. Тяговые двигатели подвергаются внешним воздействиям, обусловленным окружающей средой (пыль, грязь, влага, снег и др.). Тяговый электродвигатель должен выдерживать большие перегрузки, связанные с необходимостью развивать значительные тяговые усилия во время пускового процесса и при преодолении больших уклонов. Согласно стандарту ( БДС 5250-64) электродвигатели для электротягачей, электротележек и электропогрузчиков должны выдерживать при номинальном напряжении и начальной температуре коллектора 70°С без функциональных повреждений и остаточных деформаций следующие перегрузки: для тяговых электродвигателей— ток, в два раза больший номинального, в течение 2 мин; для вспомогательных электродвигателей — ток, в полтора раза больший номинального тока, в течение 1 мин. При преодолении больших уклонов допускается перегрузка электродвигателей трехкратным номинальным током в течение полуминуты, а перед этим электродвигатель должен работать в течение часа с нагрузкой, равной 90% номинальной.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Компоновка накладывает жесткие ограничения на габаритные размеры электродвигателей. Электродвигатель должен быть доступным и удобным для осмотра, ремонта и обслуживания. Питание электродвигателей от аккумуляторных батарей с ограниченной емкостью приводит к значительному уменьшению напряжения и повышению тока, а как следствие этого — к снижению частоты вращения и ухудшению охлаждения машины. Несмотря на это, электродвигатели должны быть экономичными, т. е. обладать высоким коэффициентом полезного действия, устойчивыми характеристиками, обеспечивающими – максимальное использование-их мощности в различных условиях работы и минимальный расход энергии. Самыми подходящими оказались электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (сериесные электродвигатели) и со смешанным возбуждением (компаундные электродвигатели), что определяет .исключительное их распространение в производстве машин напольного транспорта.

Рассмотрим принципиальное устройство тягового электродвигателя постоянного тока. Он состоит из двух частей: неподвижной — статора и подвижной — ротора. Статор состоит из корпуса, полюсов и возбуждающих катушек. Стальной корпус чаще всего имеет вид полого цилиндра или призмы, а к нему болтами крепятся полюсы. На полюсах смонтированы возбуждающие катушки из медного провода с изоляцией. В двигателях постоянного тока имеются главные и дополнительные полюсы. Электродвигатели машин напольного транспорта имеют только главные полюсы.

Ротор представляет собой пакет отдельных листов из электротехнической жести, насаженных на вал. По периферии роторных листов находятся, штампованные пазы, в которых уложены секции роторных обмоток из медного провода с изоляцией. Все выводы роторной обмотки присоединены к пластинам коллектора, также насаженного на вал. Коллектор представляет собой полый Цилиндр, собранный из клиновидных медных пластин, изолированных друг от друга. По коллектору скользят щетки (медно-графитовые, угольно-графитовые и др.), поставленные в гнезда щеткодержателя и прижимающиеся к коллектору под действием пружины. Щеткодержатели закреплены неподвижно’ к щеткодержа-тельным кулачкам бруса или к переднему щиту двигателя. Обычно число групп щеткодержателей равняется числу полюсов! При вращении ротора щеткодержатели остаются неподвижными по отношению к полюсам статора. При необходимости, однако, они могут быть повернуты на некоторый угол и, таким образом, занимать различные положения относительно полюсов электродвигателей. Статор закрывается двумя щитами (передний — со стороны коллектора и задний). В щитах находятся два шариковых подшипника, на которых установлен ротор. Электрический ток, протекающий через роторные и статорные обмотки, создает соответствующие электромагнитные поля, которые противодействуют друг другу. В результате этого взаимодействия ротор вращается в определенном направлении.

При малых нагрузках частота вращения сериесного электродвигателя значительно увеличивается, поэтому не допускается опробование такого двигателя при холостом ходе. При больших нагрузках сериесный двигатель продолжает работать, хотя и при малой частоте вращения. Его ток увеличивается значительно медленнее по сравнению с нагрузкой. Это очень ценное качество — им объясняется предпочтение сериесного двигателя всем другим типам двигателей для транспортных целей.

Частоту вращения тягового электродвигателя можно регулировать двумя способами: изменением напряжения на его клеммах и регулированием тока, протекающего через обмотку возбуждения. При увеличении питающего, напряжения частота вращения электродвигателя тоже увеличивается, а при уменьшении его —уменьшается.

Если в цепи сериесного электродвигателя включить последовательно резистор, напряжение на клеммах двигателя станет ниже напряжения источника питания. Так регулируют вращение электродвигателя при его запуске; резистор называют пусковым. Этот способ не является экономичным, так как большая часть электрической энергии превращается резистором в тепло. Если на электрокаре работают два двигателя, изменять напряжение можно посредством включения двигателей последовательно или параллельно.

Этим способом регулируют частоту вращения электродвигателей без потери электроэнергии.

При уменьшении величины тока, протекающего через обмотку возбуждения, частота вращения электродвигателя увеличивается и, наоборот, при повышении величины тока — уменьшается. В этом случае электрический ток можно регулировать, включив параллельно обмотке возбуждения резистор, через который проходит часть тока. Тот же эффект достигается параллельным соединением последовательно включенных катушек возбуждения. Способ регулирования частоты вращения электродвигателя определяется принятой электрической схемой.

Питание силовой цепи принято осуществлять тремя рабочими напряжениями — 24, 40 и 80 В. Выбор определяется характером работы, весовыми ограничениями и др. Например, для машин с ручным управлением необходимый энергетический запас сравнительно низок, но требования к весу и объему высоки, поэтому здесь преобладает напряжение 24 В. Однако это напряжение неудобно для тягачей и универсальных электропогрузчиков, где необходим больший электрический запас, вследствие чего значительно увеличиваются токи, поэтому рабочее напряжение значительно увеличивается— используется напряжение 80 В. Экспериментальным путем установлено, что не следует использовать токи интенсивностью свыше 250 А. В качестве номинальных напряжений для проектируемых электродвигателей приняты величины 22, 30 и 75 В. Эти напряжения соответствуют величинам, принятым за номинальные, с учетом дополнительных спадов напряжения на клеммах электродвигателей. Выбор напряжения влияет и на габариты электродвигателя, а именно: габариты уменьшаются при использовании более высокого напряжения.

Номинальные обороты вспомогательных двигателей определяются оборотами насосов. Для насосов типа «Плеси» за частоту вращения для всей серии вспомогательных двигателей принято 2800 об/мин. Частоту вращения тяговых двигателей выбирают в зависимости от передачи и передаточного отношения. Этот вопрос следует разрешать в отношении всего комплекта двигатель — передача определением технического и экономического оптимума.

Нормальная работа электродвигателя зависит от правильного выбора его мощности для данной машины с учетом нагрева двигателя, коммутации и ряда других факторов. При определении мощности тягового двигателя исходят из необходимой мощности при полной нагрузке и движении с максимальной скоростью по горизонтальной дороге.

Перегрузки при трогании с места и преодолении наклона не учитываются, так как их сравнительно легко переносят принятые конструкции тяговых двигателей. Согласно стандарту БДС 5250-64 тяговые электродвигатели проектируют на кратковременный режим работы с продолжительностью рабочего периода, равной 15, 30, 45 и 60 мин. Режим работы вспомогательных электродвигателей является тоже кратковременным и имеет стандартную относительную продолжительность рабочего периода, равную 5, 10, 15, 25 и 40%. Вспомогательные электродвигатели работают со смешанным возбуждением.

Многообразие конструкций тяговых электродвигателей обусловливается главным образом различием в способах подвески и различием приводов ведущих колес для различных типов машин.

Существуют три конструкции тяговых электродвигателей.

Ко второй группе относятся машины с одним ведущим лриво-чом для обоих ведущих колес посредством дифференциала автомобильного типа. Выведен один конец вала, который осуществляет связь с зубчатой передачей. Электродвигатели предназначены как для горизонтального монтажа, так и для монтажа с наклоном.

В третью группу входят электродвигатели, предназначенные для осуществления колонного привода. По конструкции они отличаются от первой и второй групп и предназначены для вертикального монтажа. Вал имеет два выведенных конца. Нижний служит для связи с редуктором, а на верхнем насажен тормозной диск, выполняющий также функцию вентилятора.

Конструкция вспомогательных электродвигателей для электропогрузчиков в значительной степени определяется насосом, для привода которого они предназначены. У них выведен один конец вала, оканчивающийся конусом 1:10 или шлицами. Тремя видами шлицевого соединения охвачены все насосы и электродвигатели болгарских электропогрузчиков.

Производство ГХО «Балканкар» в Болгарии началось с электротележек. Для моделей электротележек были созданы следующие типы электродвигателей: ДС 1,5/410; ДС 1,54/4/11 и ДС 1,3/4/9. Позднее в электродвигателе ДС 1,54/4/11 квадратный статор был заменен на ‘круглый и двигатель обозначили как ДС. 1,5/4/11. Если к перечисленным двигателям добавить двигатель ДС 5/8/14, то получим все типы электродвигателей для электротележек, находящихся в производстве. В новопроектируемых электротележках основным двигателем является двигатель ДСА 3/3,8/18.

Модели четырехопорных универсальных электропогрузчиков построены . на базе электродвигателей ДС 3,6/8/10,. ДС 5/8/14, ДСВ 6,3/8/10, а в новопроектируемых заложены двигатели ДСА 5/7,5/14, ДСА 6,3/7,5/10 и ДСА 7,5/5/8,5.

В трехопорных универсальных электропогрузчиках находят применение следующие типы электродвигателей: ДС 1,7/2,4/15, ДС 1,2/2,2/28, ДС 1,3/2,2/17 и ДС 1,5/2,2/18.

Для электропогрузчиков с ручным управлением применяются три типа тяговых электродвигателей: ДС 0,6/2,2/14,5, ДК 0,8/2,4/10 и ДК 1,1/2,2/11.

Для штабелеров созданы электродвигатели ДС 2,1/2,4/21 и ДС 2,4/2,2/21.

Электропогрузчики с центром тяжести между опорами приводятся в движение электродвигателем ДС 2,1/2,4/18.

Для электропогрузчиков с боковым выдвижением подъемного Устройства применяют двигатели модели четырехопорных универсальных электропогрузчиков.

Для электротележек с низким подъемом применяют электродвигатели соответствующей модели, производными которой они являются. Только для ЕН 101 • спроектирован специальный электродвигатель ДС 1,2/4/8,5.

Для электротягачей применяются тяговые электродвигатели-ЕТ 501-ДК 1,1/2,4/11, ЕТ 506- ДСА 3/3,8/18 и ЕТ 511- ДСВ 6,3/8/10.

Читайте также:  Первая помощь при поражении током при отсутствии признаков жизни

Для вспомогательных насосных электродвигателей разработан и предлагается ряд двигателей, приведенных в приложении 8.

В качестве вспомогательных электродвигателей для электро-сервоуправления и для сервоуправления применяют двигатели следующих типов: ДК 1,2/8/20, ДК 0,45/7,5/28, ДС 0,04/2,2/14 и ДК 0,45/3,8/28.

За последние годы произошло много изменений и усовершенствований электродвигателей. Стремление создать с,амый подходящий тип электродвигателя для машин привело к конструированию двигателя бесстаторного типа, а для более эффективной комбинации между двигателем и передачей были созданы колеса с индивидуальными моторами.

6. Фары, звуковой сигнал, разъединитель, контакторное табло и др.

В осветительной и сигнальной аппаратуре применяют фары автомобильного типа, производимые в Болгарии.

Машины оснащены спереди двумя лобовыми фарами с дальним и ближним светом или только одним из них. Кроме того, спереди монтируются и комбинированные осветительные фары, выполняющие роль указателей габаритов и пути (рис. 3). В некоторых конструкциях электропогрузчиков для освещения спереди используют лобовые фары на шарнире.

Для освещения электротележки с кабиной водителя применяют осветительную фару типа «плафон» (как у автомобилей). Стеклоочистители переднего ветрового стекла приводятся в движение электродвигателем, таким же, как у автомобиля. Другим автомобильным элементом является масляный стоп-ключ типа СКМ . Он предназначен для включения и отключения стоп-сигнала и осуществления необходимых блокировок при торможении машины. Стоп-ключ СКМ состоит из гидравлической (масляной кнопки) и электрической (микропереключателя) частей. Микропереключатель имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. Масляный стоп-ключ приводится в действие давлением 10 кг/см2 и работает при 24В номинального напряжения и 4А номинального тока. Силовая и оперативная цепи защищены от короткого замыкания предохранителями. Предохранители имеют плавкую вставку, которую выбирают по номинальному току цепи. Разветвления в оперативной цепи осуществляются с помощью лустерклемм.

Для соединения между электрическим устройством и аккумуляторной батареей служит штепсельный разъем, называемый разъединителем. Название его происходит от назначения, так как разъединитель служит как для разъединения при необходимости аккумуляторной батареи от остальной части электрического устройства, так и для подключения аккумуляторной батареи к токо-выпрямителю. С помощью разъединителя при аварии в электрическом устройстве водитель может быстро отключить питающую аккумуляторную батарею. Это назначение разъединителя определяет и его месторасположение — обычно он находится на легко доступном для водителя месте. Разъединитель, применяемый в болгарских машинах, снабжен двумя видами контактов — одни для оперативной и осветительно-сигнальной цепи, рассчитанные на 10А, а другие для силовой цепи, рассчитанные на 100 А.

Контакторы, предохранители и лустерклеммы собраны и смонтированы на изолированной плите и образуют так называемый приборный щит электрического устройства, прикрепляемый к ша.сси машины четырьмя болтами. Обычно этот щит монтируют в доступном месте, так как находящиеся на нем приборы подлежат осмотру, регулированию и замене во время эксплуатации электрокара и электропогрузчика. Электрические соединения меж; ДУ приборами, смонтированными на щите, осуществляются медными изолированными проводами, называемыми мостами.

Звуковая сигнализация состоит из звукового сигнала К-58 и кнопки сигнала. Сигнал рассчитан на номинальное напряжение 12 В и работает нормально в диапазоне от 10,9 до 14,4В с потреблением тока до 2,5А. К бакелитовому корпусу звукового сигнала прикреплены магнитопровод, контактная система и конденсатор, шунтирующий контактный зазор. Якорь и резонаторный диск для обертонов прикреплены неподвижно к мембране, которая шестью винтами присоединена к бакелитовому корпусу. Настройка сигнала на чистый и подходящий по силе звук осуществляется винтом, расположенным на задней части корпуса. Сигнал прикреплен к шасси болтом, проходящим через отверстие кронштейна. Питание сигнала подается двумя проводами, смонтированными на клеммах с винтовой связью, расположенных сзади на бакелитовом корпусе. Сигнал приводится в действие нажатием специальной кнопки с одним замыкающим контактором, который смонтирован на руле электрокара.

Источник

Электрический двигатель постоянного тока

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

Схематическое изображение простейшего ДПТ

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.

Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Схемы подключения обмоток статора

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Ротор с тремя обмоткамиРисунок 3. Ротор с тремя обмотками Якорь со многими обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Схема электромотора с многообмоточным якорем

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Принцип работы ДПТ

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

Читайте также:  Оказание первой медицинской помощи при ударе электрическим током кратко

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному



Источник

Электродвигатели постоянного тока погрузчик

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОКАРОВ И ЭЛЕКТРОПОГРУЗЧИКОВ

Тяговые электродвигатели электрокар и электропогрузчиков

Все электрокары и электропогрузчики снабжаются электродвигателями постоянного тока.

Действие электродвигателя постоянного тока (простейшая схема его представлена на рис. 56) состоит в следующем.

В магнитном поле (в нашем случае оно создается постоянным магнитом) помещается обмотка из медной изолированной проволоки — якорь с обмотками (на рис. 56 она представлена в виде рамки 4). По обмотке пропускается постоянный ток от какого-либо источника тока. Вокруг проводника, по которому протекает электрический ток, образуется магнитное поле. Так как кроме магнитного поля, создаваемого током, протекающим по проводнику, имеется еще магнитное поле постоянного магнита, то в результате их взаимодействия возникает сила, стремящаяся повернуть проводник в сторону, показанную стрелкой наверху (рис. 57, б). Направление действия этой силы (а следовательно, и направление вращения) определяется по правилу левой руки, которое гласит: если левую руку расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь (из северного полюса магнита в южный), а пальцы расположить по направлению движения тока в проводнике (считается, что ток идет от положительного полюса к отрицательному), то отставленный в сторону большой палец покажет направление движения проводника (в нашем случае — против часовой стрелки).

Коллектор, предназначенный для поддержания неизменным направления тока в обмотке электродвигателя при ее вращении, в данном случае состоит из двух медных полуцилиндров, изолиро-ранных друг от друга и соприкасающихся со щетками 1 и 2.
Как видно из рис. 57, рамка будет поворачиваться против часовой стрелки (рис. 57, а) до тех пор, пока не займет положение, показанное на рис. 57, б. В этом случае ток в ее цепи прекратится, но она по инерции будет поворачиваться до тех пор, пока не займет

положение, показанное на рис. 57, в.

В этом положении ток по рамке опять пойдет в прежнем направлении, т. е. он будет создавать магнитное поле, стремящееся во взаимодействии с полем магнита повернуть рамку против часовой стрелки.

Если бы коллектора не было, то рамка, придя в положение, показанное на рис. 57, в, должна остановиться, так как, согласно правилу левой руки, сила взаимодействия магнитных полей рамки и магнита будет стремиться возвратить рамку в положение, показанное на рис. 57, б.

Неподвижная часть электродвигателя постоянного тока, называемая станиной или статором, выполняется из стали или чугуна в виде кольцевого ярма, на котором крепятся стальные полюсные башмаки с обмотками. Эти обмотки служат для создания постоянного магнитного поля.

Подвижная часть (якорь) устроена следующим образом: на стальную ось надеты плотно стянутый набор стальных дисков с пазами для укладки обмотки и коллектор — цилиндр с укрепленными на нем медными пластинами, изолированными друг от друга слюдой. В пазы якоря укладывается обмотка из медной изолированной проволоки, выводы которой припаиваются к коллекторным пластинам. Якорь вставляется в статор, который закрывается крышками с подшипниками для оси якоря. Ток подводится к щеткам якоря электродвигателя, которые укреплены на траверсе щеткодержателями.

Рис. 56. Схема устройства электродвигателя постоянного тока:
1 и 2 — щетки; 3 — коллектор; 4 —рамка из медной проволоки; 5 — постоянный магнит

Рис. 57. Схема различных положений (а, б, в) рамки электродвигателя в магнитном поле: знак (+) означает, что ток идет от наблюдателя; знак (—) означает, что ток идет к наблюдателю

Электродвигатели постоянного тока по способу подключения обмотки возбуждения делятся на электродвигатели с последовательным, параллельным и смешанным возбуждением. Каждый из этих видов имеет свои преимущества и недостатки.

На электрокарах отечественного производства применяются электродвигатели с последовательным возбуждением (сериесные двигатели). Преимущество сериесных электродвигателей состоит в том, что они имеют большой пусковой момент, т. е. при трогании с места развивают значительное усилие, что очень важно при перевозке грузов.

Недостатком электродвигателей с последовательным возбуждением является «мягкая» характеристика, означающая, что с повышением нагрузки скорость вращения двигателя сильно снижается.

В двигателе с последовательным возбуждением (сериесные) магнитный поток возбуждения создается обмоткой, включенной последовательно с якорем. Сила тока возбуждения в этом случае будет равна силе тока, протекающего через якорь, а ток якоря, в свою очередь, зависит от нагрузки на валу. Вследствие этого при увеличении нагрузки на якорь возрастает магнитный поток возбуждения и скорость вращения ротора двигателя уменьшается, и наоборот.

Поэтому скоростная характеристика двигателя в зависимости от момента на его валу будет «мягкой», т. е. круто падающей с увеличением нагрузки на двигатель. Эти двигатели обладают еще одной особенностью: у них при увеличении нагрузки на вал двигателя ток в якоре и обмотке возбуждения будет возрастать, что приводит к увеличению момента на его валу. Это может продолжаться до предела «выносливости» двигателя. Таким образом, сериесный двигатель может выдерживать перегрузки, вследствие чего он очень подходит для машин с меняющейся нагрузкой (для привода электрокаров, троллейбусов, трамваев, электровозов).

Так как скорость двигателя обратно пропорциональна величине магнитного потока возбуждения, то при отсутствии нагрузки на двигатель ток в цепи якоря и обмОтки возбуждения будет мал, а это приведет к тому, что скорость вращения якоря достигнет очеуь большого значения (режим работы двигателя на разнос). Разнос двигателя может вызвать тяжелые повреждения обмотки якоря под действием центробежной силы.

Схема устройства тягового электродвигателя показана на рис. 58. Как видно из рис. 58, обмотка возбуждения соединяется последовательно с якорем. Для изменения направления вращения

необходимо менять местами или выводы обмотки возбуждения, или провода, идущие к щеткам якоря. Электрокары большинства конструкций имеют один тяговый двигатель.

У двигателей с последовательным возбуждением, применяемых на электрокарах, вращающий момент на валу пропорционален квадрату силы тока в обмотке якоря, т. е. если мы увеличим силу тока в обмотке якоря в 2 раза, то момент по валу возрастает в 4раза. Это очень важное преимущество этих двигателей.

Из сказанного можно сделать следующие выводы: тяговый электродвигатель может развивать очень большие усилия на валу при малом числе оборотов, при уменьшении силы тока в обмотке якоря резко падает усилие на его валу, а число оборотов увеличивается.

Рассмотрим технические данные тяговых электродвигателей.

Рис. 58. Электрическая схема тягового электродвигателя с последовательным возбуждением:
1—якорь; 2—щетки; 3 — обмотка возбуждения

Источник



Компоненты электропогрузчиков (Часть 2)

Этой статьей наш журнал заканчивает публикацию глав из книги «100 лет вилочному погрузчику», выпущенной бельгийской компанией TVH (100 Years Forklift Trucks. Belgium: TVH Forklift Parts N.V., 2005), посвященных наиболее важным компонентам погрузчиков.

Электродвигатель

Главным компонентом вилочного электропогрузчика, ответственным за производительность, безусловно, нужно считать силовой агрегат. В настоящее время в индустрии производства этого вида напольного транспорта явственно прослеживается тенденция к использованию двигателей переменного тока. С самого начала создания электропогрузчиков и до 1990-х годов в их конструкции применяли обычные двигатели постоянного тока (DC): достойной альтернативы им в тот период просто не было. Только после 1990 г. в промышленное производство погрузчиков почти одновременно пришли два новых типа двигателей: переменного тока низкого напряжения (АС-двигатель) и электродвигатель c независимым возбуждением (Separately Excited Motor, SEM). У SEM-агрегатов отсутствуют контакторы направления дви­жения. Ослабление возбуждения для ускорения больше не нужно, и торможение осуществляется регенеративно. В изготовлении двигатель с независимым возбуждением мало отличается от обычного DC-двигателя. Кроме этого двигатель и управление в этом случае не должны специфически соответствовать друг другу, поэтому в традиционной промышленности производства погрузчиков АС-двигатель несколько отодвинут на второй план. Тем не менее с конца 1990-х конструкторы вновь обратили внимание на эту конструкцию электропривода. Действительно, АС-двигатели технологичны в изготовлении и имеют целый ряд определенных преимуществ. В частности, в них не используются угольные щетки, которые надо регулярно заменять вследствие истирания о коллектор. Поэтому такие двигатели не требуют обслуживания и могут быть сделаны герметичными, т. е. полностью защищенными от попадания в них пыли, грязи или влаги.

Читайте также:  При диаметре 1мм ток

К тому же благодаря высокочастотному управлению АС-двигатели обеспечивают лучший возврат (рекуперацию) электроэнергии. Впервые такие двигатели стала применять на моделях своих вилочных погрузчиков с противовесом известная немецкая компания Still.

Двигатели постоянного (1) и переменного (2) тока

Электронные системы

Техника управления двигателем также полностью изменилась. С 1920-х по 1950-е годы при производстве погрузчиков применяют Carbon Pile – систему управления, которая состоит из нескольких угольных колец в качестве сопротивления и последовательно включает их в цепь питания двигателя движения. При нажатии на педаль скорости угольные кольца прижимаются, в результате чего уменьшается электрическое сопротивление и увеличивается скорость машины.

Следующей ступенью развития (с конца 1940-х до начала 1960-х годов) стал барабанный контроллер, который при нажатии педали скорости замыкал определенные участки металлического сопротивления. Благодаря изменению сопротивления регулировалась скорость вращения ротора двигателя. Другим техническим решением, которое нашло применение в 1950-е годы, стала система из многих выключателей, которые через микропереключатели педали скорости включали и отключали пусковое сопротивление с различными шагами. В начале 1960-х годов при производ­стве вилочных погрузчиков стали применять электронные системы управления на тиристорах или с выключателями нагрузки и SCR-управлением (Silicon Controlled Rectifier). Системы управления SCR сравнительно громоздкие, поскольку, чтобы включать или выключать в них главный тиристор, необходим комплексный контур с конденсаторами и индуктивной катушкой.

В 1980-е годы сделан еще один важный шаг: начинается использование микропроцессоров, которые изобрели в 1971 г. Faggin, Hоff и Mazor. C внедрением микропроцессоров управление стало более компактным и быстродействующим. Микропроцессоры могут также быстрее обнаруживать отклонения в работе двигателя и тем самым быстрее выполнять необходимое регулирование. Был создан и выключатель нагрузки – биполярный транзистор. Вообще, транзистор изобрели в 1947 г. Bardeen, Brattain и Shockley, но до этого он не мог переключать высокое напряжение тяговых аккумуляторных батарей (АКБ). Новый выключатель нагрузки легче срабатывает, чем SCR-управление, ему не нужен комплексный контур включения главного тиристора. Система управления с биполярным транзистором к тому же меньше и дешевле. Правда, и она не лишена недостатков, один из которых – и достаточно существенный – то, что система может работать только при невысоком напряжении, не более 36 В. С появлением на рынке другого вида выключателя нагрузки – на основе силовых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник MOSFET (Metal Oxid Silicon Field Effect Transistor) управление
не только облегчилось, он и срабатывает очень быстро и без потерь энергии, его можно без проблем подключать параллельно и таким образом регулировать даже большое напряжение, а значит, применять на тяжелых вилочных погрузчиках. Выключатели MOSFET пригодны для регулировки напряжения АКБ до 96 В. В настоящее время для переключения такого высокого напряжения применяют другую технику – на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT (Integrated Gate Bipolar Transistor). Она почти так же легко срабатывает, как MOSFET, и столь же надежна, как SCB-управление.

Транзисторный блок МОSFЕТ

Транзисторный блок IGBT

Транзисторный блок SCR

С внедрением этих технических новшеств системы управления стали компактней, эффективней, мощней и надежней, а их стоимость – ниже. Благодаря применению высокочастотной техники в зарядных устройствах АКБ можно заряжать за кратчайшее время до максимально больших значений тока. В частности, метод Pitstop позволяет провести зарядку во время обеденной паузы и других перерывов в работе погрузчика, а значит, АКБ можно эксплуатировать более продолжительное время или, наоборот, для выполнения той же работы может быть выбрана АКБ меньшей емкости.

Применение электронных систем на вилочных погрузчиках с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) прежде всего повышает производительность, безопасность, комфорт и удобство пользования машиной, поскольку электроника своевременно предупреждает о возникновении опасных ситуаций. Примерами таких систем может служить Curve Speed Reduction, разработанная немецкой компанией Jungheinrich (элемент безопасности, который улучшает устойчивость машины к опрокидыванию, снижая ее скорость в зависимости от угла поворота) или System for Active Sаfеtу (SAS) японского концерна Toyota. В системе SAS управление осуществляется электроникой на основе данных, поступающих от датчиков, например, высоты подъема груза, скорости движения и угла поворота машины. Как только значение какого-либо из параметров или их совокупности достигает критической величины, компьютер выдает сигнал на стопорение маятникового движения задней оси с помощью гидроцилиндра.

Электрические кабельные соединения сегодня также имеют принципиально иной вид. Благодаря новым разработкам в области электроники нашли применение схемы последовательной передачи информации. В конце XX столетия это привело к созданию шины обмена данных Can-bus, в которой вместо обычной многожильной кабельной стренги имеется всего два провода для связи и передачи цифровой информации и два провода для подвода напряжения (при использовании внешнего источника питания). Данные принимаются электронными системами вилочного погрузчика и в цифровой форме передаются по каналу связи. Каждый пакет данных имеет свой собственный, неизменный адресный код, который распознается «интеллектуальной» внешней станцией, благодаря чему информация попадает к нужной системе или узлу погрузчика, где включает освещение, увеличивает частоту вращения двигателя и т. п. Эти особенности Can-bus-систем предоставляют совершенно новые возможности получать дополнительную информацию, например, о сбоях в работе агрегатов или их перегрузке.

Такие шины обмена данными повсеместно стали промышленным стандартом. Типичными примерами применения электроники на вилочных погрузчиках с ДВС стали система управления двигателем, основанная на Can-bus-системе, и электронное управление, которое сейчас входит в серийную комплектацию прежде всего тяжелых вилочных погрузчиков.

Шаccи

«Дай мне точку опоры, на которой я мог бы стоять, и я поверну землю», – говорил Архимед. Действительно, опора – основа любого рычажного механизма. Это в равной мере относится к вилочному погрузчику: от его фронтальной и боковой устойчивости напрямую зависят его грузоподъемность и предельно допустимые нагрузки. Необходимая динамическая устойчивость достигается в случае, если шасси и надстройка сконструированы так, что все колеса машины постоянно контактируют с дорожным покрытием. Для этого нужны как можно бo’льшая колесная база и как можно более низкий центр тяжести. По этой причине у современных вилочных погрузчиков при одинаковой длине шасси диаметр колес меньше, а колесная база больше по сравнению с прежними моделями. Электропогрузчики, у которых АКБ расположена непосредственно на шасси посередине колесной базы, имеют очень низкий центр тяжести и благодаря этому высокую устойчивость. Статистика конца 1990-х годов показывает, что около 25,3% всех смертельных случаев, связанных с работой на вилочных погрузчиках, вызвано их опрокидыванием и лишь 14,4% – падением груза. Именно поэтому норматив Европейского Союза EN 1726 ставит перед изготовителями весьма жесткие требования: чтобы снизить риск бокового и фронтального опрокидывания при нормальной работе, вилочные погрузчики должны пройти нормативные испытания на устойчивость и не иметь остаточных деформаций.

Ведущий мост дизельного погрузчика EFG 400 Jungheinrich

Наивысшие требования по безопасности предъявляют к вилочным погрузчикам большой грузоподъемности и машинам, которые используют для работ на открытых площадках. Для них жесткое сварное цельное шасси является обязательным стандартом исполнения. При этом двигатель, коробка передач и дифференциал должны быть установлены как можно ниже. Серьезным прогрессом в обеспечении устойчивости погрузчиков стала система активной стабилизации SAS (Sуstem for active Stability), которой оборудуют 7-ю серию погрузчиков фирмы Toyota. SAS превентивно срабатывает в ситуациях, когда по­грузчику угрожает опрокидывание вбок, вперед или назад.

По сигналам от датчиков система анализирует, находится ли погрузчик в потенциально опасной ситуации, и при необходимости активирует функцию безопасности. Принцип работы сенсорного датчика, который используется для замеров отклонений машины в стороны, такой же, как спутниковой навигационной системы.

Аккумуляторные батареи

В процессе совершенствования электропогрузчиков их стали оснащать более тяжелыми АКБ, т. е. все большей емкости, по­этому производительность машин с появлением каждой новой модели по­стоянно возрастает. Так, предшествующие поколения вилочных по­грузчиков оснащали АКБ емкостью 200 А·ч, а сегодня их комплектуют аккумуляторными батареями емкостью от 600 до 750 А·ч, что увеличивает их грузоподъемность и время работы без подзарядки. Что касается принципа действия АКБ, то здесь не было особых прорывов, однако сами изделия стали больше и мощнее. Можно отметить и прогpeсc, достигнутый в отношении сокращения времени зарядки и организации циркуляции жидкости в батарее. Электроника используется для превентивного контроля АКБ и позволяет контролировать температуру, уровень жидкости в ячейках, дефекты ячеек и потоки энергии. С помощью высокочастотных зарядных устройств АКБ можно за короткое время заряжать до очень больших значений тока.

С 1990-х годов на рынке представлены батареи с циркуляцией кислоты. Благодаря прогрессу в технологии рекуперации теперь погрузчики могут работать более продолжительное время. Так, теперь АКБ сохраняет работоспособность в течение 8-часовой рабочей смены. Основной принцип не нов. Еще в 1980-е годы фирма Still создала систему, которая возвращала высвобождающуюся в процессе торможения погрузчика энергию обратно в аккумулятор. Таким образом может экономиться достаточно большой процент мощности АКБ.

В начале 1970-х годов фирма Clark, первый в мире изготовитель вилочных погрузчиков, реализовала возможность выбора между двумя значениями напряжения на вилочных погрузчиках с электроприводом. Это позволяет при необходимости передвигаться с большими скоростями, если оператор выберет режим максимальной мощности или режим экономии с пониженным энергопотреблением.

Источник

Adblock
detector