Klasifikácia elektrických motorov

V predchádzajúcej téme&„Klasifikácia elektrických motorov &“ som vysvetlil rôzne typy kartáčovaného jednosmerného motora (BDC), ktoré ako na nasledujúcom obrázku:

Dnes vysvetlím bezkomutátorový jednosmerný motor (BLDC) a striedavé indukčné motory.

Nasledujúce súvisiace témy si môžete prečítať a prečítať si ich.

• Základné komponenty elektrických motorov

2- Bezkartáčové jednosmerné motory

V kefových jednosmerných motoroch je mechanický komutátor a súvisiace kefy problematické z niekoľkých dôvodov nasledovne:

1. Dochádza k opotrebovaniu kefy a v prostredí s nízkym tlakom sa dramaticky zvyšuje.

2. Iskry z kefiek môžu spôsobiť výbuch, ak prostredie obsahuje výbušné materiály.

3. RF šum z kefiek môže rušiť blízke televízory alebo elektronické zariadenia atď.

Bezkartáčové jednosmerné motory (BLDC) sú jedným z typov motorov, ktoré si rýchlo získavajú na obľube. Motory BLDC sa používajú v odvetviach ako spotrebiče, automobilový priemysel, letecký a kozmický priemysel, spotrebný tovar, zdravotníctvo, zariadenia pre priemyselnú automatizáciu a prístrojové vybavenie.

Ako naznačuje názov, motory BLDC nepoužívajú na komutáciu kefy; namiesto toho sú elektronicky komutované.

Motory BLDC majú oproti kartáčovaným jednosmerným motorom a indukčným motorom mnoho výhod, medzi nimi niekoľko z nich:

1. Lepšia charakteristika rýchlosti oproti krútiacemu momentu.

2. Vysoká dynamická odozva.

3. Vysoká účinnosť.

4. Dlhá životnosť.

5. Bezhlučná prevádzka.

6. Vyššie rozsahy otáčok.

Pomer krútiaceho momentu k veľkosti motora je navyše vyšší, čo je užitočné v aplikáciách, kde sú kritickými faktormi priestor a hmotnosť.


Konštrukcia

Motory BLDC sú typom synchrónneho motora. To znamená, že magnetické pole generované statorom a magnetické pole generované rotorom sa otáča na rovnakej frekvencii.

Motory BLDC sa dodávajú v jednofázových, 2-fázových a 3-fázových konfiguráciách. Zodpovedajúci svojmu typu má stator rovnaký počet vinutí. Z nich sú najobľúbenejšie a najpoužívanejšie trojfázové motory.



1- stator

Stator motora BLDC pozostáva zo stohovaných oceľových laminácií s vinutiami umiestnenými v štrbinách, ktoré sú axiálne rezané pozdĺž vnútorného obvodu.

Väčšina motorov BLDC má tri hviezdicové vinutia statora. Každé z týchto vinutí je konštruované s mnohými cievkami navzájom prepojenými do vinutia. Jedna alebo viac cievok je umiestnených v štrbinách a sú navzájom prepojené, aby vytvorili vinutie. Každé z týchto vinutí je distribuované po obvode statora, aby vytvorilo párny počet pólov.

V závislosti od schopnosti riadiaceho zdroja je možné zvoliť motor so správnym menovitým napätím statora. Štyridsaťosem voltov alebo menej napäťových motorov sa používa v automobilovom priemysle, robotike, pohyboch krátkych ramien a podobne. Motory s napätím 100 voltov alebo vyšším sa používajú v spotrebičoch, automatizácii a priemyselných aplikáciách.


2- Rotor

Rotor je vyrobený z permanentného magnetu a môže sa líšiť od dvoch do ôsmich párov pólov so striedavým severným (N) a južným (S) pólom.

Na základe požadovanej hustoty magnetického poľa v rotore je na výrobu rotora zvolený vhodný magnetický materiál. Feritové magnety sa tradične používajú na výrobu permanentných magnetov.



3- Hallove senzory

• Na rozdiel od kartáčovaného jednosmerného motora je komutácia motora BLDC riadená elektronicky. Na otáčanie motora BLDC by mali byť vinutia statora napájané postupne. Je dôležité poznať polohu rotora, aby ste pochopili, ktoré vinutie bude napájané podľa sekvencie napájania. Poloha rotora sa sníma pomocou senzorov Hall Effect zabudovaných do statora.

• Väčšina motorov BLDC má tri Hallove senzory zabudované do statora na nebežnom konci motora.

• Kedykoľvek magnetické póly rotora prechádzajú blízko Hallových senzorov, vysielajú vysoký alebo nízky signál, čo naznačuje, že v blízkosti senzorov prechádza pól N alebo S. Na základe kombinácie týchto troch signálov Hallových senzorov je možné určiť presnú postupnosť komutácie.

• Na základe fyzickej polohy Hallových senzorov existujú dve verzie výstupu. Hallove senzory môžu mať navzájom fázový posun 60 ° alebo 120 °. Na základe toho výrobca motora definuje komutačnú postupnosť, ktorú je potrebné pri ovládaní motora dodržiavať.

Poznámka: Hallove snímače vyžadujú napájanie. Napätie sa môže pohybovať od 4 voltov do 24 voltov. Požadovaný prúd sa môže pohybovať od 5 do 15 mumpsu.

Teória prevádzky

• Každá komutačná sekvencia má jedno z vinutí napájané na kladný výkon (prúd vstupuje do vinutia), druhé vinutie je záporné (prúd z vinutia vychádza) a tretie je v stave bez napätia.

• Krútiaci moment sa vytvára v dôsledku interakcie medzi magnetickým poľom generovaným cievkami statora a permanentnými magnetmi rotora.

• Aby motor bežal, magnetické pole vytvárané vinutím by malo posunúť polohu, keď sa rotor pohybuje, aby dohnal pole statora. To, čo je známe ako „šesťstupňová komutácia“, definuje postupnosť napájania vinutí.

• Pri šesťstupňovej komutácii sa súčasne použijú iba dve z troch bezkartáčových vinutí motora DC. Kroky sú ekvivalentné 60 elektrickým stupňom, takže v šiestich krokoch dôjde k úplnému otočeniu o 360 stupňov. Jedna plná 360-stupňová slučka môže ovládať prúd, pretože existuje iba jedna prúdová cesta. Šesťstupňová komutácia je typicky užitočná v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoké rýchlosti a komutačné frekvencie. Šesťstupňový bezkartáčový jednosmerný motor má zvyčajne nižšiu účinnosť krútiaceho momentu ako sínusový komutovaný motor.

Typické aplikácie motora BLDC

Typ riadenia motora BLDC môžeme kategorizovať do troch hlavných typov:

1. Konštantné zaťaženie.

2. Rôzne zaťaženie.

3. Polohovacie aplikácie.

1- Aplikácie s konštantným zaťažením:
Ide o typy aplikácií, v ktorých je variabilná rýchlosť dôležitejšia ako udržiavanie presnosti rýchlosti pri nastavenej rýchlosti. Okrem toho sa miera zrýchlenia a spomalenia dynamicky nemení. V týchto typoch aplikácií je zaťaženie priamo spojené s hriadeľom motora.
Medzi tieto typy aplikácií patria napríklad ventilátory, čerpadlá a dúchadlá. Tieto aplikácie vyžadujú lacné regulátory, väčšinou pracujúce v otvorenej slučke.


2- Aplikácie s rôznym zaťažením:
Toto sú typy aplikácií, kde sa zaťaženie motora líši v rozsahu rýchlostí. Tieto aplikácie môžu vyžadovať presnosť vysokorýchlostného riadenia a dobré dynamické reakcie.
Napríklad,

• Domáce spotrebiče: práčky, sušičky a kompresory.

• V automobilovom priemysle ovládanie palivového čerpadla, elektronické ovládanie riadenia, ovládanie motora a elektrické ovládanie vozidla.

• V letectve existuje niekoľko aplikácií, ako sú odstredivky, čerpadlá, ovládače robotických ramien, ovládače gyroskopov a podobne.

Tieto aplikácie môžu používať zariadenia so spätnou väzbou rýchlosti a môžu bežať v čiastočne uzavretej slučke alebo v úplnej uzavretej slučke.


3- Polohovacie aplikácie:
Do tejto kategórie patrí väčšina priemyselných a automatizovaných typov aplikácií. Aplikácie v tejto kategórii majú nejaký druh prenosu energie, ktorým môžu byť mechanické prevody alebo časovacie pásy, alebo jednoduchý systém poháňaný remeňom. V týchto aplikáciách je dôležitá dynamická odozva rýchlosti a krútiaceho momentu. Tieto aplikácie môžu tiež často meniť smer otáčania.
Tieto systémy väčšinou pracujú v uzavretej slučke.


Nakoniec je porovnanie medzi kartáčovaným jednosmerným motorom (BDC) a bezkartáčovým jednosmerným motorom (BLDC) znázornené na obrázku nižšie.

Za druhé: striedavé motory

Motory na striedavý prúd (AC) používajú elektrický prúd, ktorý v pravidelných intervaloch mení svoj smer.

Hlavnou výhodou jednosmerných motorov oproti striedavým motorom je, že je ťažšie ovládať rýchlosť pre striedavé motory. Aby sa to vykompenzovalo, môžu byť striedavé motory vybavené meničmi frekvencie, ale vylepšená regulácia otáčok je spojená so zníženou kvalitou výkonu.


Typy striedavých motorov:

AC motory, ktoré sa dnes bežne používajú, možno rozdeliť do dvoch širokých kategórií:

1. Indukčné (asynchrónne) motory.

2. Synchrónne motory.

3. Lineárne motory.

Tieto dva typy motorov sa líšia tým, ako je budenie poľa rotora dodávané nasledovne:

V prípade indukčných motorov nedochádza k externému pôsobeniu budenia rotora a namiesto toho sa do vinutí rotora indukuje prúd v dôsledku magnetického poľa rotujúceho statora.

Pri synchrónnych motoroch je na vinutie rotora aplikované budenie poľa. Tento rozdiel v budení poľa vedie k rozdielom v charakteristikách motora, čo vedie k rôznym požiadavkám na ochranu a riadenie pre každý typ motora.


1- Indukčný motor


Indukčné motory sú najbežnejšími motormi používanými pre rôzne zariadenia v priemysle.

Indukčný motor: Takzvaný, pretože napätie je indukované v rotore (teda nie sú potrebné kefy), ale aby sa to stalo, musí otáčanie rotora ako rotora pri nižšej rýchlosti magnetického poľa umožniť existenciu indukovaného napätia.

Preto je na opis indukčného motora, ktorý je sklz, potrebný nový termín.


Sklz:


Hnací moment môže existovať iba vtedy, ak je v tieniacom prstenci indukovaný prúd. Je určený prúdom v prstenci a môže existovať iba vtedy, ak dôjde k variácii toku v kruhu. Preto musí byť rozdiel v rýchlosti v tieniacom prstenci a rotačnom poli. Preto sa elektrický motor pracujúci na vyššie uvedenom princípe nazýva „asynchrónny motor“.

Rozdiel medzi synchrónnou rýchlosťou (Ns) a rýchlosťou tieniaceho krúžku (N) sa nazýva „sklz“ (s) a je vyjadrený ako percento synchrónnej rýchlosti.

S=(Nsyn - Nm)/ Nsyn

Kde je sklz? Sklz je jednou z najdôležitejších premenných v riadení a prevádzke indukčných strojov.

s=0: ak rotor beží synchrónne.

s=1: ak je rotor nehybný.

s je –ve: ak rotor beží rýchlosťou nad synchrónnou rýchlosťou.

s je + ve: ak rotor beží rýchlosťou nižšou ako synchrónna rýchlosť.



Výhody:

1. Jednoduchý dizajn, robustný, nízka cena, jednoduchá údržba.

2. Široký rozsah výkonových tried: zlomkový výkon do 10 MW.

3. Bežte v zásade konštantnou rýchlosťou od voľnobehu po plné zaťaženie.

4. Jeho rýchlosť závisí od frekvencie zdroja energie.

5. Najpopulárnejší motor súčasnosti v rozmedzí nízkych a stredných koní.

6. Veľmi robustná konštrukcia.

7. Vymenili ste jednosmerné motory v oblastiach, kde nie je možné použiť tradičné jednosmerné motory, ako napríklad v ťažobnom alebo výbušnom prostredí dvoch typov v závislosti od konštrukcie motora; Veveričia klietka alebo sklzný prsteň.

Nevýhody:

1. Nie je ľahké ovládať variabilnú rýchlosť.

2. Na optimálne ovládanie rýchlosti vyžaduje výkonový elektronický pohon s premenlivou frekvenciou.

3. Väčšina z nich beží s oneskorujúcim účinníkom.

Princíp činnosti:

• Stator je zvyčajne pripojený k mriežke, a preto je stator magnetizovaný.

• Magnetické pole statora preruší vinutia rotora a vytvorí indukované napätie vo vinutí rotora.

• Pretože vinutia rotora sú skratované, pre veveričkovú klietku aj navinutý rotor, a vo vinutiach rotora prúdi indukovaný prúd.

• Prúd rotora vytvára ďalšie magnetické pole.

• Krútiaci moment vzniká v dôsledku interakcie týchto dvoch magnetických polí.

Konštrukcia:


Indukčný motor má dve hlavné časti

1- stator

Toto je nepohyblivá časť motora. Telo z liatiny alebo z ľahkej zliatiny má prstenec z tenkých plechov zo silikónovej ocele (hrubý asi 0,5 mm). Dosky sú od seba izolované oxidáciou alebo izolačným lakom. „Laminácia“ magnetického obvodu znižuje straty hysteréziou a vírivými prúdmi.

Dosky majú zárezy pre vinutia statora, ktoré vytvoria rotujúce pole, do ktorého sa zmestí (tri vinutia pre 3-fázový motor). Každé vinutie je tvorené niekoľkými cievkami. Spôsob spájania cievok určuje počet párov pólov na motore a tým aj rýchlosť otáčania.



2- Rotor


Toto je mobilná časť motora. Rovnako ako magnetický obvod statora pozostáva z naukladaných dosiek izolovaných od seba a tvoriacich valec pripevnený k hriadeľu motora.


Typy indukčných motorov

Indukčné motory sú klasifikované podľa typu rotora nasledovne:

A- Rotor klietky vo veveričke:

Skladá sa z hrubých vodivých tyčí uložených v rovnobežných štrbinách. Tieto tyče sú na oboch koncoch skratované pomocou skratovacích krúžkov.



B- Rotor rany:

Má trojfázové, dvojvrstvové, distribuované vinutie. Je navinutý na toľko pólov ako stator. Tri fázy sú vnútorne zapojené a ostatné konce sú spojené s klznými krúžkami namontovanými na hriadeli, na ktorých ležia kefy.


Každý z vyššie uvedených dvoch typov indukčných motorov je možné rozdeliť do dvoch hlavných skupín takto:


I- Jednofázové indukčné motory:


Tieto majú iba jedno vinutie statora, pracujú s jednofázovým napájaním, majú rotor klietky vo veveričke a vyžadujú zariadenie na naštartovanie motora. Toto je zďaleka najbežnejší typ motora používaného v domácich spotrebičoch, ako sú ventilátory, práčky a sušičky, a pre aplikácie s výkonom do 3 až 4 koní.

Jednofázové indukčné motory sa dodávajú aj s navinutým rotorom, ktorý má vynikajúce štartovacie a akceleračné vlastnosti, a sú ideálne pre hodnotné operátory, poľnohospodárske motorové aplikácie, kladkostroje, stroje na údržbu podláh, vzduchové kompresory, práčovne a ťažobné zariadenia.


II- Trojfázové indukčné motory:


Rotujúce magnetické pole je produkované vyváženým trojfázovým napájaním. Tieto motory majú vysoké výkonové možnosti, môžu mať veveričkovú klietku alebo vinuté rotory (aj keď 90% má rotor vo veveričkovej klietke) a sú samočinné. Odhaduje sa, že asi 70% motorov v priemysle je tohto typu a používa sa napríklad v čerpadlách, kompresoroch, dopravných pásoch, elektrických sieťach pre vysoké zaťaženie a brúskach. Sú k dispozícii v hodnoteniach 1/3 až stoviek koní.


Teraz sa pozrime na prvú klasifikáciu indukčných motorov na základe vyššie uvedených typov:


1- Jednofázová klietka s veveričkou, indukčný motor:


Táto kategória má mnoho typov, ako je znázornené na obrázku nižšie.

A- Indukčné motory so zatieneným pólom


Princíp konštrukcie a prevádzky:

Tienené pólové motory majú iba jedno hlavné vinutie a žiadne štartovacie vinutie. Začíname s použitím konštrukcie, ktorá obklopuje súvislú medenú slučku okolo malej časti každého z pólov motora. Toto „zatieni“ túto časť pólu, čo spôsobí, že magnetické pole v tieňovanej oblasti zaostáva za poľom v netienenej oblasti. Reakcia dvoch polí spôsobí, že sa hriadeľ otáča.


Výhody:

1. Pretože v tienistom motore chýba štartovacie vinutie, štartovací spínač alebo kondenzátor, je elektricky jednoduchý a lacný.

2. Rýchlosť je možné ovládať iba meniacim sa napätím alebo vinutím s viacerými kohútikmi.

3. Mechanicky konštrukcia tienených pólov umožňuje veľkoobjemovú výrobu.

4. Tieto motory sa zvyčajne považujú za „jednorazové“, čo znamená, že ich výmena je oveľa lacnejšia ako oprava.

Nevýhody:

1. Jeho nízky rozbehový krútiaci moment je typicky 25% až 75% menovitého krútiaceho momentu.

2. Jedná sa o vysoko sklzový motor s rýchlosťou jazdy 7% až 10% pod synchrónnymi otáčkami.

3. Účinnosť tohto typu motora je spravidla veľmi nízka (pod 20%).

Aplikácie:
Nízke počiatočné náklady vyhovujú zatieneným pólovým motorom pre aplikácie s nízkym výkonom alebo pre ľahké zaťaženie. Asi ich najväčšie využitie je vo viacrýchlostných ventilátoroch na použitie v domácnosti. Ale nízky krútiaci moment, nízka účinnosť a menej robustné mechanické vlastnosti robia zatienené pólové motory nepraktickými pre väčšinu priemyselných alebo komerčných použití, kde sú normou vyššie cykly alebo nepretržitá prevádzka.


V ďalšej téme budem pokračovať v vysvetľovaní ďalších typov jednofázových indukčných motorov s klietkou vo veveričke. Pokračujte preto v sledovaní.