Принцип работы электродвигателя
Вместе с батареями электродвигатель образует систему, преобразующую электрическую энергию в механическую для движения. Можно с уверенностью сказать, что он представляет собой сердце автомобиля или электромобиля, технического оборудования самого разного плана.
В его конструкции присутствуют статор, ротор (может быть внутренний и внешний), щеточно-контактный и подшипниковый узлы, вентилятор. Все это заключено в кожух.
Для своих целей можно использовать разные типы электродвигателей. Это могут быть синхронные и асинхронные двигатели, одно- и трехфазные, типа BLDC. Они имеют разную мощность, рассчитаны на разные условия подключения и эксплуатации.
Электродвигатель должен:
- Уметь развивать значительный крутящий момент, начиная с нулевой скорости;
- Обеспечить значительные пиковые мощности, чтобы обеспечить беспроблемную работу при экстремальных нагрузках и скачках напряжения в сети;
- Иметь максимально простую систему управления;
- Быть легким и компактным;
- Стоит относительно недорого;
- Имеют высокий КПД;
- Действовать как генератор при замедлении транспортного средства.
Таким образом, идеальный двигатель должен иметь превосходные характеристики, такие как высокий пусковой крутящий момент, высокую удельную мощность и хорошую энергоэффективность.
Чтобы двигатель заработал, существует несколько схем подключения, самые распространенные среди них — звезда и треугольник.
Преимущества и недостатки
К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:
- высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
- более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
- зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
- на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
- может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.
Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:
- сложную конструкцию;
- более сложный пуск;
- необходимость использования вспомогательных устройств и блоков;
- такие электродвигатели сложнее регулировать по числу оборотов;
- ремонт и обслуживание также обойдется дороже, чем асинхронные электродвигатели.
Запуск трехфазных двигателей
Пуск со звезды на треугольник используется в трехфазных двигателях, оборудованных клеммной колодкой с шестью выводами для начала и конца обмотки, что позволяет подключать обмотки двигателя как звездой, так и треугольником.
Треугольник
Соединение треугольником состоит в соединении конца обмотки данной фазы с началами обмотки следующей фазы. Соединенные таким образом обмотки образуют замкнутую цепь и по внешнему виду напоминают треугольник.
Затем общие точки обмоток подключаются к следующим фазам питающей сети. Это соединение вообще не использует нейтральную точку. При соединении по схеме треугольник каждая обмотка имеет межфазное напряжение, обычно оно составляет 400 В.
- Когда обмотки двигателя соединены треугольником, ток, потребляемый двигателем из сети, в 3 раза превышает ток, потребляемый при соединении звездой. Кроме того, электромагнитный крутящий момент и, следовательно, мощность двигателя в этом случае в три раза выше.
- Используя переключатель звезда-треугольник, мы можем запустить двигатель, соединенный звездой, что снизит потребление тока от сети, а затем, когда двигатель достигнет соответствующей скорости вращения, необходимо переключить обмотки статора в треугольник, чтобы двигатель мог обеспечить требуемую мощность.
- В старых решениях переключение обычно производилось вручную оператором, в настоящее время для этой цели используются специальные контакторы и релейные системы, которые переключаются автоматически через заданное время.
Соединение обмоток двигателя треугольником должно соответствовать номинальному напряжению питающей сети. При питании двигателя от трехфазной сети номинальным напряжением 400 В соединение обмоток в треугольник соответствует напряжению 400 В, а при соединении звездой напряжение питания понижается на корень из трех. Это означает, что при соединении звездой напряжение будет в 1,7 раза ниже номинального напряжения питающей сети.
Звезда
Соединение звездой — это соединение концов всех трех обмоток с одной общей точкой, а остальных трех концов с последовательными фазами питающей сети.
Таким образом, каждая из обмоток статора соединяется одним концом с нейтральным проводом (нейтралью), а другим концом — с фазным проводом.
Следовательно, каждая из этих обмоток имеет фазное напряжение. Обычно он не используется для подключения всех обмоток к нейтрали, поскольку в этом нет необходимости.
- Пусковой крутящий момент трехфазного двигателя, подключенного звездой, значительно меньше, чем у прямого пуска, примерно 50% от номинального крутящего момента.
- Запуск с пониженным напряжением питания и, следовательно, с пониженным пусковым моментом, вызывает также снижение пускового тока, который обычно находится в диапазоне от 1,8 до 2,6 номинального тока в зависимости от типа двигателя и типа нагрузки.
- Существенным ограничением в использовании этого метода является низкий пусковой момент, поэтому этот метод может использоваться только тогда, когда механическая нагрузка двигателя во время пуска мала, или нагрузка увеличивается с более высокой скоростью, близкой к номинальной. скорость.
- Эта нагрузка характерна для вентиляторов, насосов и центрифуг.
Выбор схемы подключения
При необходимости, особенно в случае, если надо перейти с 380В на 220В, схему подключения можно менять. Когда скорость близка к номинальной, обмотку следует переключать по схеме треугольника.
- Слишком раннее переключение обмоток со звезды на треугольник исключает преимущества этого метода пуска.
- При этом произойдет резкий скачок текущего значения к характеристическому значению треугольника. При правильном времени запуска этот ход минимален.
- Переключатель звезда-треугольник для двигателей большей мощности состоит из трех контакторов и реле времени, на котором мы устанавливаем выдержку времени с последующим переключением треугольником и питанием двигателя полным сетевым напряжением.
- Этот запуск возможен только для 3-фазных двигателей, которые имеют 6 клемм на клеммной колодке.
Электрическая система с тремя выводами (другими словами «имеет три ножки») называется тройником, потому что в результате такого соединения мы получаем систему с тремя электрическими клеммами.
Как подключить однофазный асинхронный мотор
В любом асинхронном электродвигателе, рассчитанном на питание от однофазной сети 220 В, имеется две обмотки — пусковая и рабочая. В качестве «коллектора» используется цилиндрическая болванка из алюминия, которая насажена на валу. Можно даже отметить, что цилиндр на роторе является, по сути, короткозамкнутой обмоткой. Существует множество схем для включения асинхронного мотора, но применяется на практике немного:
- С использованием балластного сопротивления, подключенного к обмотке пуска.
- С включенным конденсатором на обмотке запуска.
- При помощи кнопочного или релейного пускателя, стартового конденсатора, включенного в цепь обмотки пуска.
Очень часто применяется комбинация кнопочного или релейного пускателя, а также постоянно включенного рабочего конденсатора. Вместо реле очень часто используется электронный ключ на тиристоре. При помощи этого переключателя производится подключение однофазного электродвигателя с дополнительной группой конденсаторов.
