Меню

Мощность электродвигателя для транспорта

Электродвигатели для электротранспорта.

Под электродвигателем понимается устройство, которое применяется для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного элемента электрической машины. Процесс преобразования преимущественно основан на взаимодействии магнитных полей обмоток основных элементов двигателя – ротора и статора. Данные электромашины нашли широкое применение во многих промышленных сферах как элементы приводов электрического транспорта и электрического инструмента, в устройствах автоматизации и т.п.

В настоящее время существует достаточно большое число различных видов электрических двигателей, которые отличаются друг от друга принципом действия, конструкцией и другим параметрам. Рассмотрим наиболее распространенные типы электродвигателей.

По принципу работы выделяют магнитоэлектрические и гистерезисные электродвигатели. Гистерезисные электродвигатели не получили широкого распространения ввиду своей дороговизны и низкого коэффициента полезного действия (КПД), хотя они имели достаточно простую конструкцию и высокие пусковые характеристики. В настоящее время в основном выпускают магнитоэлектрические электродвигатели.

По типу питающего напряжения принято разделять электрические двигатели на те, которые работают от постоянного тока, от переменного тока и универсальные электродвигатели.

По своей конструкции электрические двигатели делятся на устройства с горизонтально или вертикально расположенным валом.

Существуют еще достаточно большое число классификаций (например, по назначению, климатическому исполнению, степени защиты и т.п.), но наиболее важными являются классификации, приведенные выше.

На рисунке показана полная классификация электрических двигателей.

Электродвигатели постоянного тока

На рисунка ниже показана структура электродвигателя постоянного тока. Принцип работы данного устройства базируется на известном многим законе Ампера. Если поместить рамку из проволоки внутри магнитного поля, можно наблюдать ее вращение. Возникший в рамке ток будет формировать вокруг себя магнитное поле, которое будет взаимодействовать со внешним и, тем самым, и наблюдается вращение рамки.

В наиболее современных вариантах данных электродвигателей в качестве рамки используется специальный якорь с обмотками. На данные обмотки подается электрический ток, что приводит к возникновению магнитного поля вокруг якоря. Взаимодействие данного поля с внешним магнитным полем приводит якорь во вращательное движение. Все обмотки якоря объединены в общий узел, который получил название коллектора. Чаще всего он выполняется в виде кольца из ламели, которое зафиксировано на валу якоря. В процессе вращения вала щетки поочередно подают напряжение питания на обмотки сквозь ламели коллектора. За счет этого наблюдается равномерное вращение вала. Очевидно, что чем больше обмоток будет создано на якоре, тем более равномерным будет его вращение.

Обычно электродвигатели, работающие на постоянном токе, используются в качестве приводных механизмов электрического транспорта или промышленных установок. Данные устройства имею целый ряд преимуществ, к числу которых относятся:

— возможность проведения регулировки частоты вращения вала с помощью управления напряжением питания на обмотках;

— достаточно высокий КПД;

— возможно создания опытных образцов электродвигателей с незначительными геометрическими размерами;

— простая схема управления;

— возможность работы в генераторном режиме;

— высокий пусковой момент.

Электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по методам возбуждения. Выделяют:

— электродвигатели с постоянными магнитами, которые имеют небольшие габариты и используются, в основном, в микроприводах;

— электродвигатели с электромагнитным возбуждением, которые получили широкое распространение в настоящее время. Чаще всего их классифицируют по методу подключения обмотки статора на:

— электродвигатели с параллельным возбуждением;

— электрические двигатели с последовательно подключенной обмоткой статора;

— электродвигатели с независимым возбуждением;

— электродвигатели со смешанным возбуждением.

Электродвигатели переменного тока

Электрические двигатели переменного тока нашли широкое применение в приводах любых устройств. Чаще всего принято различать два вида данных электрических двигателей (в зависимости от разности между скоростью вращения статора и частотой вращения ротора) – синхронные и асинхронные электродвигатели. Рассмотрим их подробнее.

Асинхронные электрические двигатели приобрели высокую популярность вследствие своей простоты и незначительной цены. Главным отличием данного типа электрических двигателей является наличие эффекта скольжения. Под ним понимается разница между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электродвигателя и скорость вращения ротора.

Читайте также:  Литровая мощность способы повышения мощности двигателей

На рисунке приведена конструкция асинхронного электрического двигателя. Напряжение на роторе формируется благодаря переменному магнитному полю обмоток статора электродвигателя. В результате процесса вращения происходит взаимодействие поле подвижной и неподвижной частей устройства, которое имеет место вследствие воздействия возникших вихревых токов.

Асинхронные электрические двигатели классифицируются в зависимости от обмоток неподвижной части следующим образом:

— однофазные асинхронные электродвигатели;

— двухфазные асинхронные электродвигатели;

— трех- и многофазные асинхронные электрические двигатели.

В зависимости от конструкции подвижной части асинхронные электродвигатели разделяются на электродвигатели с короткозамкнутым ротором и электродвигатели с фазным ротором.

На рисунке приведена конструкция синхронного электрического двигателя.

По аналогии с асинхронными электрическими двигателями, процесс вращения ротора связан со взаимодействием магнитных полей в самом роторе и статоре. Скорость вращения подвижной части данного электрического двигателя напрямую зависит от частоты поля, которое формируется обмотками неподвижной части двигателя.

Каждая из обмоток неподвижной части электродвигателя питается напряжением от трехфазного источника. К электрическим магнитам подвижной части прикладывается постоянное напряжение. Процедура запуска двигателя и его разгона происходит в асинхронном режиме, для чего на подвижной части имеется одна специальная обмотка. Постоянное напряжение необходимо подавать только после того, как подвижная часть разгонится до номинальной частоты при асинхронном режиме работы.

Существует также отдельная группа электродвигателей, в которую относятся так называемые универсальные электрические двигатели, которые могут работать как от источников переменного, так и от источников постоянного напряжения. Конструктивно данные устройства очень похожи на электродвигатели, работающие от источников постоянного напряжения. Основное отличие заключается в конструкции магнитной системы и обмоток подвижной части электродвигателя.

Каждая разновидность электродвигателя обладает свои набором плюсов и минусов. Для того, чтобы сделать грамотный выбор необходимого электродвигателя, необходимо учитывать условия эксплуатации, необходимую частоту вращения ротора, тип нагрузки и многие другие характеристики.

Источник



Тяговые электродвигатели и их использование на электротранспорте

Тяговый электродвигатель (рис.1) — устройство, которое способно преобразовывать поступающую электрическую энергию (переменного и постоянного тока) в механическую. Такой тип двигателей используется для приведения в движение следующих видов транспорта:

  • электровоза,
  • тепловоза,
  • троллейбуса,
  • трамвая,
  • электромобиля.

Главное отличие таких силовых агрегатов от электродвигателей больших мощностей состоит в том, что им необходимы определенные условия для монтажа, а также достаточно ограниченное место для размещения. В результате этого и возникла спецификация конструкции, которой характеризуется тяговый электродвигатель.

В отличие от электродвигателей общего назначения тяговые способны вести свою работу во множестве режимов. Данные режимы сопровождаются изменением в частоте вращения ротора.

К лассификация тяговых двигателей

Существуют следующие разновидности данных устройств:

  • по используемому току (постоянные и переменные),
  • по конструкции (линейные и вращающиеся),
  • по типу (синхронные и асинхронные),
  • по системе передачи усилия (индивидуальный и групповой),
  • по способу питания (от контакной сети и от аккумулятора).

Зачастую эксплуатация такого устройства, как тяговый электродвигатель, может быть связана с механическими и тепловыми перегрузками, толчками и тряской. Именно поэтому его конструкция отличается повышенной прочностью узлов и деталей — как в механической, так и электрической части. Также токовые части обладают специальной влагостойкой и теплостойкой изоляцией.

Использование тяговых двигателей в электротра нс порте

В связи с активным внедрением в жизнь человека экологичных машин возникла потребность в использовании такого устройства, как тяговый электродвигатель для автомобиля. Именно он является главной движущей силой в такого рода транспортных средствах. В основе его работы лежит электромагнитная индукция. Движущая сила возникает в замкнутом контуре в результате изменения магнитного потока.

Чаще всего сам двигатель размещается между продольными балками спереди от батареи. В качестве конструкции передачи к ведущим колесам используется задний мост с карданной передачей. Допустимо использование цепной передачи в случае трехколесных моделей электромобилей. В такой ситуации монтаж осуществляет на подрамнике на задней оси.

Читайте также:  Формула для расчета мощности водяного нагревателя

Тяговый электродвигатель для автомобиля может быть как переменного, так и постоянного тока. Главная его задача состоит в передаче крутящего момента. Такой двигатель несколько отличается от классической электромеханической машины за счет своих компактных размеров и большой мощности.

Тяговый электродвигатель для электромобиля допустимо использовать в системе «мотор–колесо» (рис. 2), которая еще не нашла активного применения и чаще всего ее можно заметить только в концепт-карах. В качестве исключения можно назвать электромобиль Volage, который поступит в продажу в скором времени.

Тяговый электродвигатель постоянного тока обладает рядом преимуществ, а именно:

  • компактные размеры и малый вес,
  • простота эксплуатации,
  • длительный срок службы,
  • отсутствие вредного воздействия на окружающую среду,
  • отличный КПД,
  • возможность рекуперации.

Стоит заметить, что существенные недостатки попросту отсутствуют, но один из них состоит в несовершенстве источников тока, которые и не позволяют внедрить эту технологию в массовое производство. Однако технический прогресс не стоит на месте, а значит, в скором времени практически каждый крупный производитель транспортных средств наладит производство автомобилей на электрических двигателях.

Источник

Мощность электродвигателя: формула, правила расчета, виды и классификация электродвигателей

В электромеханике существует много приводов, которые работают с постоянными нагрузками без изменения скорости вращения. Их используют в промышленном и бытовом оборудовании как, например, вентиляторы, компрессоры и другие. Если номинальные характеристики неизвестны, то для расчетов используют формулу мощности электродвигателя. Вычисления параметров особенно актуальны для новых и малоизвестных приводов. Калькуляция выполняется с использованием специальных коэффициентов, а также на основе накопленного опыта работы с подобными механизмами. Данные необходимы для правильной эксплуатации электрических установок.

Что такое электродвигатель?

Электрический двигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Работа большинства агрегатов зависит от взаимодействия магнитного поля с обмоткой ротора, которая выражается в его вращении. Функционируют они от источников питания постоянного или переменного тока. В качестве питающего элемента может выступать аккумулятор, инвертор или розетка электросети. В некоторых случаях двигатель работает в обратном порядке, то есть преобразует механическую энергию в электрическую. Такие установки находят широкое применение на электростанциях, работающие от потока воздуха или воды.

Электродвигатели классифицируют по типу источника питания, внутренней конструкции, применению и мощности. Также приводы переменного тока могут иметь специальные щетки. Они функционируют от однофазного, двухфазного или трехфазного напряжения, имеют воздушное или жидкостное охлаждение. Формула мощности электродвигателя переменного тока

где P — мощность, U — напряжение, I — сила тока.

Приводы общего назначения со своими размерами и характеристиками находят применение в промышленности. Самые большие двигатели мощностью более 100 Мегаватт используют на силовых установках кораблей, компрессорных и насосных станций. Меньшего размера используют в бытовых приборах, как пылесос или вентилятор.

Конструкция электрического двигателя

Привод включает в себя:

  • Ротор.
  • Статор.
  • Подшипники.
  • Воздушный зазор.
  • Обмотку.
  • Коммутатор.

Ротор — единственная подвижная деталь привода, которая вращается вокруг своей оси. Ток, проходя через проводники, образует индукционное возмущение в обмотке. Формируемое магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами статора, что приводит в движение вал. Их рассчитывают по формуле мощности электродвигателя по току, для которой берется КПД и коэффициент мощности, в том числе все динамические характеристики вала.

Подшипники расположены на валу ротора и способствуют его вращению вокруг своей оси. Внешней частью они крепятся к корпусу двигателя. Вал проходит через них и выходит наружу. Поскольку нагрузка выходит за пределы рабочей зоны подшипников, ее называют нависающей.

Читайте также:  Западно сибирская плита перекрыт осадочным чехлом мощностью

Статор является неподвижным элементом электромагнитной цепи двигателя. Может включать в себя обмотку или постоянные магниты. Сердечник статора выполнен из тонких металлических пластин, которые называют пакетом якоря. Он призван снижать потери энергии, что часто происходит с твердыми стержнями.

Воздушный зазор — расстояние между ротором и статором. Эффективным является небольшой промежуток, так как он влияет на низкий коэффициент работы электродвигателя. Ток намагничивания растет с увеличением размера зазора. Поэтому его всегда стараются делать минимальным, но до разумных пределов. Слишком маленькое расстояние приводит к трению и ослаблению фиксирующих элементов.

Обмотка состоит из медной проволоки, собранной в одну катушку. Обычно укладывается вокруг мягкого намагниченного сердечника, состоящего из нескольких слоев металла. Возмущение индукционного поля происходит в момент прохождения тока через провода обмотки. В этот момент установка переходит в режим конфигурации с явными и неявными полюсами. В первом случае магнитное поле установки создает обмотка вокруг полюсного наконечника. Во втором случае, в распределенном поле рассредотачивается слотов полюсного наконечника ротора. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку, которое сдерживает магнитное возмущение.

Коммутатор используют для переключения входного напряжения. Состоит из контактных колец, расположенных на валу и изолированных друг от друга. Ток якоря подается на щетки контактов ротационного коммутатора, который приводит к изменению полярности и заставляет вращаться ротор от полюса к полюсу. При отсутствии напряжения мотор прекращает крутиться. Современные установки оборудованы дополнительными электронным средствами, которые контролируют процесс вращения.

Принцип действия

По закону Архимеда ток в проводнике создает магнитное поле, в котором действует сила F1. Если из этого проводника изготовить металлическую рамку и поместить ее в поле под углом 90°, то края будут испытывать силы, направленные в противоположную сторону относительно друг друга. Они создают крутящий момент относительно оси, который начинает ее вращать. Витки якоря обеспечивают постоянное кручение. Поле создается электрическими или постоянными магнитами. Первый вариант выполнен в виде обмотки катушки на стальном сердечнике. Таким образом, ток рамки генерирует индукционное поле в обмотке электромагнита, которое порождает электродвижущую силу.

Рассмотрим более подробно работу асинхронных двигателей на примере установок с фазным ротором. Такие машины работают от переменного тока с частотой вращения якоря, не равной пульсации магнитного поля. Поэтому их еще называют индукционными. Ротор приводится в движение за счет взаимодействия электрического тока в катушках с магнитным полем.

Когда во вспомогательной обмотке отсутствует напряжение, устройство находится в состоянии покоя. Как только на контактах статора появляется электрический ток, образуется постоянное в пространстве магнитное поле с пульсацией +Ф и -Ф. Его можно представить в виде следующей формулы:

n пр = n обр = f 1 × 60 ÷ p = n 1

n пр — количество оборотов, которое совершает магнитное поле в прямом направлении, об/мин;

n обр — число оборотов поля в обратном направлении, об/мин;

f 1 — частота пульсации электрического тока, Гц;

p — количество полюсов;

n 1 — общее число оборотов в минуту.

Испытывая пульсации магнитного поля, ротор получает начальное движение. По причине неоднородности воздействия потока, он будет развиваться крутящий момент. По закону индукции, в короткозамкнутой обмотке образуется электродвижущая сила, которая генерирует ток. Его частота пропорциональна скольжению ротора. Благодаря взаимодействию электрического тока с магнитным полем создается крутящий момент вала.

Для расчетов производительности существуют три формулы мощности асинхронного электродвигателя. По сдвигу фаз используют

S = P ÷ cos (alpha), где:

S — полная мощность, измеряемая в Вольт-Амперах.

P — активная мощность, указываемая в Ваттах.

alpha — сдвиг фаз.

Под полной мощностью понимаются реальный показатель, а под активной — расчетный.

Виды электродвигателей

По источнику питания приводы разделяют на работающие от:

  • Постоянного тока.
  • Переменного тока.

Источник

Adblock
detector