Klasifikace elektromotorů

V předchozím tématu "Klasifikace elektromotorů" jsem vysvětlil různé typy kartáčového stejnosměrného motoru (BDC), které stejně jako na následujícím diagramu:

Dnes vysvětlím bezkartáčový dc motor (BLDC) a indukční motory střídavého proudu následujícím způsobem.

Můžete si projděte následující související témata, která chcete zkontrolovat, a dobré následující informace.

• Základní komponenty elektrických motorů

2- Bezkartáčové stejnosměrné motory

U kartáčů DC motory jsou mechanický komutátor a související kartáče problematické z několika následujících důvodů:

1. Dochází k opotřebení kartáče a dramaticky se zvyšuje v nízkotlakém prostředí.

2. Jiskry z kartáčů mohou způsobit výbuchy, pokud prostředí obsahuje výbušné materiály.

3. Rf šum z kartáčů může rušit blízké televizory nebo elektronická zařízení atd.

Bezkartáčové proudové motory (BLDC) jsou jedním z typů motorů, které rychle získávají na popularitě. Motory BLDC se používají v průmyslových odvětvích, jako jsou spotřebiče, automobilový průmysl, letectví, spotřebitel, zdravotnické, průmyslové automatizační zařízení a přístrojové vybavení.

Jak název napovídá, motory BLDC nepoužívat kartáče ke zmírnění; místo toho jsou elektronicky komutovány.

Motory BLDC mají mnoho výhod oproti kartáčovým stejnosměrným motorům a indukčním motorům, některé z nich jsou:

1. Lepší otáčky oproti charakteristikám točivého momentu.

2. Vysoká dynamická odezva.

3. Vysoká účinnost.

4. Dlouhá životnost.

5. Bezhluchý provoz.

6. Vyšší rozsahy otáček.

Kromě toho je poměr točivého momentu dodávaný k velikosti motoru vyšší, což je užitečné v aplikacích, kde jsou prostor a hmotnost rozhodujícími faktory.


Konstrukce

Motory BLDC jsou typem synchronního motoru. To znamená, že magnetické pole generované statorem a magnetické pole generované rotorem se otáčí na stejné frekvenci.

Motory BLDC jsou k dodáváně v jednofázové, dvoufázové a 3fázové konfiguraci. Odpovídá svému typu, stator má stejný počet vinutí. Z nich jsou 3fázové motory nejoblíbenější a nejrozšířenější.



1 - Stator

Stator motoru BLDC se skládá ze skládaných ocelových laminací s vinutím umístěným ve slotech, které jsou axiálně řezány podél vnitřní periferie.

Většina motorů BLDC má tři statorové vinutí spojené hvězdným způsobem. Každé z těchto vinutí je postaveno s četnými cívkami propojenými tak, aby vytvořily vinutí. Jedna nebo více cívek jsou umístěny ve slotech a jsou propojeny tak, aby se vinutí. Každé z těchto vinutí je rozloženo po okrajích statoru a tvoří rovnoměrný počet pólů.

V závislosti na schopnosti napájení lze zvolit motor se správným napěťovým výkonem statoru. Čtyřicet osm voltů nebo méně napěťových motorů se používá v automobilovém průmyslu, robotice, malých pohybech paží a tak dále. Motory se 100 volty nebo vyššími výkony se používají v zařízeních, automatizaci a průmyslových aplikacích.


2 - Rotor

Rotor je vyroben z permanentního magnetu a může se pohybovat od dvou do osmi pólových párů s alternativními severními (N) a jižními (S) póly.

Na základě požadované hustoty magnetického pole v rotoru je pro rotor vybrán správný magnetický materiál. Feritové magnety se tradičně používají k tomu, aby se permanentní magnety.



3- Hall senzory

• Na rozdíl od kartáčového stejnosměrného motoru je dojíždění motoru BLDC řízeno elektronicky. Pro otáčení motoru BLDC by měla být vinutí statoru napájena v sekvenci. Je důležité znát polohu rotoru, abyste pochopili, které vinutí bude nabito energií po energizující sekvenci. Poloha rotoru je snímat pomocí hall effect senzorů zabudované do statoru.

• Většina motorů BLDC má tři Hall senzory zabudované do statoru na neřídící části motoru.

• Kdykoli magnetické póly rotoru procházejí v blízkosti hallových senzorů, dávají vysoký nebo nízký signál, což naznačuje, že pól N nebo S prochází v blízkosti senzorů. Na základě kombinace těchto tří signálů Hallových senzorů lze určit přesnou sekvenci dojíždění.

• Na základě fyzické polohy Hallových senzorů existují dvě verze výstupu. Hallské senzory mohou být při posunu fáze 60° nebo 120° k sobě. Na základě toho výrobce motoru definuje pořadí dojíždění, které by mělo být při řízení motoru dodržováno.

Poznámka: Hallské senzory vyžadují napájení. Napětí se může pohybovat od 4 voltů do 24 voltů. Požadovaný proud se může pohybovat od 5 do 15 příušnice.

Teorie provozu

• Každá sekvence dojíždění má jedno z vinutí napájených na pozitivní energii (proud vstupuje do vinutí), druhé vinutí je negativní (proud opouští vinutí) a třetí je v neinovlaném stavu.

• Točivý moment vzniká díky interakci mezi magnetickým polem generovaným statorovými cívkami a permanentními magnety rotoru.

• Aby motor běžel, magnetické pole produkované vinutím by mělo posunout polohu, protože rotor se pohybuje, aby dohnal statorové pole. To, co je známé jako "Šestikrokové dojíždění", definuje sekvenci napájení vinutí.

• V šestichodovém dojíždění se najednou používají pouze dvě ze tří vinutí bezkartáčového stejnosměrného motoru. Kroky jsou ekvivalentní 60 elektrickým stupňům, takže šest kroků se otáčí o celých 360 stupňů. Jedna úplná smyčka o 360 stupňovém stupni může ovládat proud, protože existuje pouze jedna aktuální cesta. Šestikrokové dojíždění je obvykle užitečné v aplikacích vyžadujících vysokou rychlost a frekvence dojíždění. Šestichodový bezkartáčový stejnosměrný motor má obvykle nižší účinnost točivého momentu než sinávlnový komutovaný motor.

Typické motorové aplikace BLDC

Typ řízení motoru BLDC můžeme rozdělit do tří hlavních typů:

1. Konstantní zatížení.

2. Různé zatížení.

3. Polohovací aplikace.

1 - Aplikace s konstantním zatížením:
Jedná se o typy aplikací, kde je proměnná rychlost důležitější než udržování přesnosti rychlosti při nastavené rychlosti. Akcelerace a zpomalení se navíc dynamicky nemění. V těchto typech aplikací je zatížení přímo spojeno s hřídelí motoru.
Například ventilátory, čerpadla a dmychadla se pod tyto typy aplikací slévá. Tyto aplikace vyžadují nízkonákladové řadiče, většinou pracující v otevřené smyčce.


2 - Aplikace s různým zatížením:
Jedná se o typy aplikací, kde se zatížení motoru liší v rozsahu otáček. Tyto aplikace mohou vyžadovat přesnost vysokorychlostního řízení a dobré dynamické odezvy.
Například

• Domácí spotřebiče: podložky, sušičky a kompresory.

• V automobilovém průmyslu řízení palivového čerpadla, elektronické řízení řízení, řízení motoru a ovládání elektrických vozidel.

• V letectví existuje několik aplikací, jako jsou odstředivky, čerpadla, ovládání robotických ramen, ovládání gyroskopu a tak dále.

Tyto aplikace mohou používat zařízení pro zpětnou vazbu rychlosti a mohou běžet v částečně uzavřené smyčce nebo v úplné uzavřené smyčce.


3- Polohovací aplikace:
Většina průmyslových a automatizačních typů aplikací patří do této kategorie. Aplikace v této kategorii mají nějaký druh přenosu výkonu, což by mohly být mechanické převody nebo časovače nebo jednoduchý systém poháněný pásy. V těchto aplikacích je důležitá dynamická odezva otáček a točivého momentu. Tyto aplikace mohou mít také časté obrácení směru otáčení.
Tyto systémy většinou pracují v uzavřeném okruhu.


Nakonec je porovnání mezi kartáčovým stejnosměrným motorem (BDC) a bezkartáčovým stejnosměrným motorem (BLDC) zobrazeno na obrázku níže.

Za druhé: STŘÍDAvé motory

Motory střídavého proudu (AC) používají elektrický proud, který v pravidelných intervalech mění směr.

Hlavní výhodou stejnosměrných motorů oproti střídavým motorům je, že otáčky je obtížnější ovládat pro střídavé motory. Aby to kompenzovaly, mohou být střídavé motory vybaveny pohony s proměnnou frekvencí, ale vylepšené řízení otáček se spojuje se sníženou kvalitou výkonu.


Typy střídavých motorů:

Střídavé motory, které se dnes běžně používají, mohou být rozděleny do dvou širokých kategorií:

1. Indukční (asynchronní) motory.

2. Synchronní motory.

3. Lineární motory.

Tyto dva typy motorů se liší v tom, jak je excitace pole rotoru dodávána takto:

U indukčních motorů neexistuje excitace excitace excitace rotoru a proud je místo toho indukován do vinutí rotoru kvůli rotujícímu magnetickému poli statoru.

U synchronních motorů se na vinutí rotoru aplikuje excitace pole. Tento rozdíl v excitaci pole vede k rozdílům v vlastnostech motoru, což vede k různým požadavkům na ochranu a řízení pro každý typ motoru.


1- Indukční motor


Indukční motory jsou nejběžnějšími motory používanými pro různá zařízení v průmyslu.

Indukční motor: Tzv. protože napětí je indukováno v rotoru (tedy není třeba kartáčů), ale aby k tomu došlo, otočte se než rotor musí při nižších otáčkách magnetické pole, aby se umožnila existence indukovaného napětí.

Proto je zapotřebí nový termín pro popis indukčního motoru, kterým je skluz.


Skluz:


Hnací točivý moment může existovat pouze v případě, že je ve stínícím kroužku indukovaný proud. Je určen proudem v prstenci a může existovat pouze v případě, že v prstenci existuje kolísání. Proto musí být rozdíl v rychlosti stínícího kroužku a rotujícího pole. Proto se elektromotor pracující podle výše popsaného principu nazývá "asynchronní motor".

Rozdíl mezi synchronní rychlostí (Ns) a rychlostí stínícího kroužku (N) se nazývá "slip" (s) a vyjadřuje se jako procento synchronní rychlosti.

S= (Nsyn – Nm)/ Nsyn

Kde je to uklouznutí? Slip je jednou z nejdůležitějších proměnných v řízení a provozu indukčních strojů.

s = 0: pokud rotor běží synchronní rychlostí.

s = 1: je-li rotor nehybný.

s je –ve: pokud rotor běží rychlostí vyšší než synchronní rychlost.

s je +ve: pokud rotor běží rychlostí nižší než synchronní rychlost.



Výhody:

1. Jednoduchý design, robustní, nízkonákladová, snadná údržba.

2. Široká škála výkonu: zlomkový výkon až 10 MW.

3. Spusťte v podstatě konstantní rychlostí od bez zatížení až po plné zatížení.

4. Jeho rychlost závisí na frekvenci zdroje energie.

5. Nejoblíbenější motor dnes v nízkém a středním koňském rozsahu.

6. Velmi robustní ve stavebnictví.

7. nahradili stejnosměrné motory v oblastech, kde nelze použít tradiční stejnosměrné motory, jako je těžební nebo výbušné prostředí Dvou typů v závislosti na konstrukci motoru; Veverková klec nebo skluzový prsten.

Nevýhody:

1. Není snadné mít ovládání s proměnnými otáčky.

2. Vyžaduje výkonový elektronický pohon s proměnnou frekvencí pro optimální řízení otáček.

3. Většina z nich běží se zaostávajícím faktorem síly.

Princip činnosti:

• Stator je obvykle připojen k síti, a tak je stator magnetizován.

• Stator magnetické pole přeruší vinutí rotoru a vytváří indukované napětí v vinutí rotoru.

• Protože vinutí rotoru jsou zkratována, jak pro veverkovou klec, tak pro rotor rány a indukované proudy proudu v vinutí rotoru.

• Rotorový proud vytváří další magnetické pole.

• Točivý moment se vyrábí v důsledku interakce těchto dvou magnetických polí.

Konstrukce:


Indukční motor má dvě hlavní části

1 - Stator

Tohle je nehybná část motoru. Tělo z litiny nebo lehké slitiny obsahuje prstenec z tenkých křemíkových ocelových desek (o tloušťce asi 0,5 mm). Desky jsou od sebe izolovány oxidací nebo izolačním lakem. "Laminace" magnetického obvodu snižuje ztráty hysterezí a vlčími proudy.

Desky mají zásuvky pro statorové vinutí, které vytvoří rotující pole, do které se vejde (tři vinutí pro třífázový motor). Každé navíjení se sytí z několika cívek. Způsob, jakým jsou cívky spojeny dohromady, určuje počet párů pólů na motoru a tím i rychlost otáčení.



2 - Rotor


Tohle je mobilní část motoru. Stejně jako magnetický obvod statoru se skládá ze skládaných desek izolovaných od sebe a tvořících válec klíčovaný k hřídeli motoru.


Typy indukčních motorů

Indukční motory se klasifikují podle typu rotoru takto:

Rotor veverkové klece:

Skládá se z tlustých vodicích tyčí zapuštěných do paralelních slotů. Tyto tyče jsou zkratovány na obou koncích pomocí zkratových kroužků.



B- Rotor rány:

Má třífázové, dvouvrstvé, distribuované vinutí. Je navinutá pro tolik pólů jako stator. Tři fáze jsou vnitřně zapojeny a ostatní konce jsou připojeny k protiskluzovým kroužkům namontovaných na hřídeli s kartáči, které na nich spočívají.


Každý ze dvou výše uvedených typů indukčních motorů lze rozdělit do dvou hlavních skupin takto:


I- Jednofázové indukční motory:


Ty mají pouze jedno statorové vinutí, pracují s jednofázovým napájecím zdrojem, mají rotor veverčí klece a vyžadují zařízení pro nastartování motoru. Jedná se o zdaleka nejběžnější typ motoru používaného v domácích spotřebičích, jako jsou ventilátory, pračky a sušičky prádla, a pro aplikace až do výkonu 3 až 4 koňské síly.

Jednofázové indukční motory jsou také s rotorem rány, který má vynikající počáteční a zrychlující vlastnosti, a jsou ideální pro obsluhu hodnot, zemědělské motorové aplikace, kladkostroje, stroje na údržbu podlahy, vzduchové kompresory, prádelní zařízení a těžební zařízení.


II- Třífázové indukční motory:


Rotující magnetické pole je produkováno vyváženým třífázovým napájením. Tyto motory mají vysoké výkonové schopnosti, mohou mít veverkovou klec nebo rotory zranění (i když 90% má rotor veverčí klece) a jsou samona startovací. Odhaduje se, že asi 70% motorů v průmyslu je tohoto typu, používá se například v čerpadlech, kompresorech, dopravních pásech, těžkých elektrických sítích a bruskách. Jsou k dispozici v hodnocení 1/3 až stovky koňských sil.


Nyní se podívejme na první klasifikaci indukčních motorů na základě výše uvedených typů:


1- Jednofázový, Veverková klec, Indukční motor:


Tato kategorie má mnoho typů, jak je znázorněno na obrázku níže.

A- Indukční motory se stíněnou tyčí


Princip výstavby a provozu:

Motory se stinným pólem mají pouze jedno hlavní vinutí a žádné navíjení. Startování je použití konstrukce, která zazvoní na souvislou měděnou smyčku kolem malé části každého sloupu motoru. Tato "zastíní" tuto část pólu, což způsobí, že magnetické pole ve stínované oblasti zaostává za polem v nezastíněné oblasti. Reakce obou polí otáčí hřídel.


Výhody:

1. Vzhledem k tomu, že motoru se stíněným pólem chybí počáteční vinutí, startovací spínač nebo kondenzátor, je elektricky jednoduchý a levný.

2. Rychlost lze ovládat pouze různým napětím nebo vícepísmovým vinutím.

3. Mechanicky konstrukce motoru se stíněnou tyčí umožňuje výrobu ve vysokém objemu.

4. Ty jsou obvykle považovány za "jednorázové" motory, což znamená, že jsou mnohem levnější na výměnu než na opravu.

Nevýhody:

1. Jeho nízký počáteční točivý moment je obvykle 25% až 75% jmenovitého točivého momentu.

2. Jedná se o vysokoskluzový motor s rychlostí chodu 7% až 10% pod synchronní rychlostí.

3. Obecně platí, že účinnost tohoto typu motoru je velmi nízká (pod 20%).

Aplikace:
Nízké počáteční náklady se hodí pro motory se stinnou tyčí pro aplikace s nízkým výkonem nebo lehkým výkonem. Možná jejich největší využití je u vícerychlostní ventilátory pro domácí použití. Nízký točivý moment, nízká účinnost a méně robustní mechanické vlastnosti však dělají motory se stíněnou tyčí nepraktické pro většinu průmyslových nebo komerčních použití, kde jsou normou vyšší rychlosti cyklu nebo nepřetržitá služba.


V dalším tématu budu pokračovat ve vysvětlování dalších typů jednofázového indukčního motoru veverkové klece. Takže, prosím, nás nás nás