Индукционный двигатель принцип работы

Принцип работы трёхфазного индукционного двигателя

Что можно сказать об электродвигателе? Такой мотор является таким электромеханическим девайсом, который преобразует электрическую энергию в механическую энергию. В случае работы переменного тока, который является трёхфазным, наиболее часто применяющимся мотором является трехфазный индукционный мотор, ведь данный вид мотора не требует никакого стартового устройства. Можно также сказать, что данный двигатель является самозапускающимся индукционным мотором.

Для того чтобы лучше понять принцип действия трёхфазного индукционного двигателя , необходимо иметь достаточно чёткое представление об основной особенности, которая присуща конструкции данного мотора. Данный электродвигатель имеет две части, которые можно назвать основными. А именно, это статор и ротор. Чтобы хорошо представлять себе работу данного устройства нужно знать достаточно об этих составляющих.

Статор

Статор данного индукционного двигателя сделан из определённого количества слотов, для того чтобы получилась трёхфазная обмотка, которая подключена к источнику переменного тока, являющегося трёхфазным. Трёхфазная обмотка размещена в слотах таким образом, что она производит магнитное поле, которое является вращающимся. Это происходит после третьей фазы. Обмотка должна получать питание в виде переменного тока.

Ротор

Ротор данного индукционного мотора содержит многослойный сердечник, который имеет цилиндрическую форму. Этот сердечник с параллельными слотами, которые могут держать элементы, проводящие электрический ток. В роли таких элементов в данном случае выступают тяжёлые медные или алюминиевые стержни, которые подходят к каждому слоту и они замкнуты конечными кольцами.

Слоты не то что бы абсолютно параллельны оси вала. Они несколько скошены. Это обусловлено тем, что такое расположение уменьшает магнитный гудящий шум и может помочь избежать потери скорости данного мотора

О том, как работает этот двигатель

Создание магнитного поля, которое вращается

Статор мотора содержит смещённые перекрытые обмотки. Электрический угол смещения составляет 120º. Тут основная обмотка или же статор подключены к источнику тока, который является переменным и трёхфазным. Это обстоятельство уже, в свою очередь, служит причиной возникновения такого магнитного поля, которое вращается, причём вращается оно с синхронной скоростью.

Секреты вращения:

Согласно закону Фарадея “электродвижущая сила, которая вызвана в какой-либо электрической схеме, является следствием процента изменения магнитного потока, который идёт через схему”. Так как обмотка ротора в индукционном моторе тоже замкнута через внешнее сопротивление или прямо замкнуто замыкающим кольцом, и отрезает магнитное поле статора (вращающееся), электродвижущая сила появляется на медном стержне ротора, и благодаря этой силе электрический ток течёт через элемент ротора, который специально для этого предназначен.

Здесь относительная скорость между вращающемся магнитным потоком и статичным проводящим элементом ротора является причиной возникновения электрического тока. Отсюда, исходя из закона Ленца, ротор будет вращаться непосредственно в том же направлении, чтобы относительная скорость уменьшилась.

Таким образом, исходя из принципа действия этого электрического двигателя, можно заметить, что скорость, которую имеет ротор, не должна достигать синхронной скорости, которая производится статором. Если скорости были бы равны, то не было бы такой относительной скорости, так что не возникало бы и электродвижущей силы в роторе, не было бы потока электрического тока, и поэтому не было бы крутящего момента.

Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется проскальзыванием. Вращение магнитного поля в индукционном двигателе имеет преимущество, что не нужны никакие электрические связи с ротором.

Пора подвести итоги. Из перечисленных выше особенностей трехфазного индукционного мотора следует, что:

— Данный электродвигатель самозапускающийся и не нуждается в помощи какого-то другого элемента для своего старта.

— Этот мотор имеет меньше противодействия арматуры и искрообразования на щётках в силу того, что отсутствуют коммутаторы и щётки, которые могут вызывать образование искр.

— Электродвигатель данного типа прочен по конструкции, что, конечно же, является большим плюсом.

— Мотор экономичный, что делает его интересным решением во многих областях; соответственно, данный двигатель имеет неплохие перспективы, ведь он будет достаточно популярен и востребован.

— Данный электродвигатель довольно лёгок в обслуживании, что опять же позволяет назвать его перспективным, ведь данное качество интересно любому пользователю подобных устройств, который понимает важность этого нюанса.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Как Тесла изменит мир (7/10)

Часть 3: История Теслы

Кристи Николсон вспоминает свою первую встречу с Илоном Маском на одной из вечеринок в 1989 году.

«Кажется, со второго предложения он заявил, что очень много раздумывает об электрических автомобилях», – сказала Кристи. «А потом он повернулся ко мне и спросил, думаю ли я тоже об электромашинах?»

В 1989 году электрокары были достаточно странным предметом для размышлений. Чтобы понять причины, по которым Маск так был одержим мыслями об электромашинах, давайте сначала попытаемся разобраться, что вообще такое электромобили и как они работают.

В настоящее время достаточно много типичных современных машин, которые считаются более экологически чистыми по сравнению с их бензиновыми аналогами – гибридные машины, заряжаемые гибридные машины, электрические машины (или электромобили, ЭМ). Также сейчас часто обсуждается другой вид машин – автомобили на водородном топливе. Общей чертой перечисленных выше автомобилей является наличие электродвигателя.

Существует два вида электромоторов – индукционный двигатель переменного тока и вентильный двигатель постоянного тока. Ввиду того, что читающие данные строки вряд ли уже смакуют губы в предвкушении насладиться ликбезом длиной на три абзаца о различиях, давайте для простоты считать их примерно одинаковыми.

Электродвигатель – это своего рода сосиска в тесте, где электричество подаётся на внешнюю неподвижную мучную часть (статор), заставляющее сосиску (ротор) крутиться. Ротор соединён с осью, которая и вращает колёса. Как-то вот так: 29

Как работает индукционный мотор переменного тока

Одним из наиболее типичных электродвигателей является индукционный мотор переменного тока (именно такие установлены в машинах Тесла). Индукционным он называется, т.к. отсутствует физический контакт между ротором и статором – электричество в статоре создаёт вращающееся магнитное поле, которое проникает в ротор посредством электрической индукции и вызывает его вращение.

Статор генерирует вращающееся магнитное поле посылая электричество через трёх-фазовую систему: 30

Всего имеется три различных провода, каждый с чередующейся (переменной) тягой – просто посмотрите на стрелку одного цвета и вы увидите, что она бегает туда-сюда. Но эти три провода расположены таким образом, что направление тяги статора постепенно меняется по кругу. При добавлении ротора в такое магнитное поле заставляет его вращаться:

Следующие типы машин используют электродвигатель.

Гибридные машины (гибриды, гибридные электрические автомобили) несут на своём борту одновременно и электродвигатель, и бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Гибриды не втыкают в розетку – горящий бензин заряжает их батарею. Также батарея заряжается с помощью электромотора при торможении автомобиля. Как правило, джоули кинетической энергии машины во время движения оказываются потерянными при торможении и уходят в виде тепла. При регенеративном торможении часть этой кинетической энергии посылается обратно в аккумулятор, чтобы использоваться позднее. Электрический компонент гибридной машины замещает часть потребности в сжигании бензина, увеличивая расстояние, которое способна проехать машина при том же расходе топлива. Снижаются выхлопы, уменьшаются расходы на бензин. Гибриды – огромный технологический шаг по сравнению с обыкновенными автомобилями.

Но гибриды всё равно не ахти. Почему? Они только частично улучшают ситуацию с выхлопами, но не решают её – им же всё равно необходим бензин для движения. Мир, где люди на 100% передвигаются с помощью Приусов, всё равно остаётся миром в 100%-ой зависимости от нефти.

Втыкаемые в розетку гибридные машины слегка получше обыкновенных гибридов. Подобные машины (Шеви Вольт, Хонда Аккорд, Форд Фьюжн Энерджи) позволяют подзаряжать батарею автомобиля дома и, как правило, способны проехать около 16-64 км на заряде батареи, прежде чем начнётся потребление бензина. Обычно этого оказывается достаточно для большинства людей с их ежедневными потребностями – иными словами, водители могут обходиться без нужды заправляться бензином длительное время.

Но если мы подобрались так близко с электромоторами и батареями – почему же не пойти до самого конца?

Водородные машины являются полностью электрическими, но они не используют батарею. Вместо этого их нужно заправлять топливом наподобие бензиновой машины – только вместо бензина они потребляют сжатый водород. Водород смешивается с кислородом воздуха для генерирования электроэнергии, которая и питает двигатель автомобиля. Данные машины не выделяют выхлопов, т.к. продуктом сгорания является чистая вода. Здорово ведь.

Маск же не понимает, как некоторые могут приводить доводы за использования водородных автомобилей – в свою очередь большое число автомобильных компаний (Тойота, Хонда, Дженерал Моторз) в настоящее время вливают огромные средства в производство водородных машин. Чтобы разобраться в противоречиях, я прочитал 12 статей за и против данной технологии. В результате я не остался сильно убеждённым, почему водородные автомобили ждёт многообещающее будущее по сравнению с электрокарами.

Из массы недостатков водородных машин по сравнению с электрическими можно ограничиться лишь следующими:

1) Водородные машины для производства их топлива в итоге оказываются зависимы от природного газа (ископаемое горючее), в то время как производство электричества для электромобилей становится со временем только чище.

2) Запас энергии, расстояние пробега и стоимость водородных топливных элементов оказываются очень схожими с показателями батарей для электромашин, а батареи электромобилей со временем будут улучшаться и дешеветь в производстве.

3) Водород является достаточно опасным и непростым в обращении веществом, особенно очевидным это становится в сравнении с электророзетками для подзарядки электромашин.

4) В будущем, когда в норму войдёт подзарядка машины в собственном гараже, заезд на заправку будет казаться чем-то нелепым и архаичным.

А вот мнение Маска из нашей имейл переписки касательно водородных машин: «Если вы используете электричество солнечной панели для зарядки аккумулятора, то можно достичь 90% производительности. Просто и дёшево. Ежели вы попытаетесь с помощью электричества сперва разложить воду, затем отделить водород до немыслимой чистоты, сжать его до невероятного давления (или что хуже – перевести в жидкую форму), перекачать в огромный (даже для жидкого варианта) водородный бак машины и, в конце-концов, соедините топливо с кислородом – то при большом везении, вам удастся добиться 20% производительности. Дорого, сложно, громоздко и супер неэффективно. Водород проигрывает на всех уровнях, включая время заправки бака по сравнению с заменой батареи Теслы на заряженную. Стоимость водородных топливных элементов высока. Подумайте сами – если бы топливные элементы хоть в чём-то превосходили литиевые батареи – их бы как минимум использовали в спутниках, некоторые из которых стоят более $500 миллионов. Но этого не происходит.»

Наконец, мы подобрались к электромобилям (или ЭМ) типа Ниссан Лиф, БМВ ай3, Форд Форкус Электрик и Тесла Модел Эс. Электрокары просты в устройстве – они состоят из большой батареи, которую вы периодически заряжаете, и электромотора питающегося от неё. И никакой жидкости.

В теории ЭМ вполне оправданы. Давайте попробуем забыть все остальные машины на секунду и взглянем на преимущества электромотора по сравнению с бензиновым двигателем внутреннего сгорания:

Электродвигатели в большинстве случаев более удобны, чем их бензиновые аналоги. Машины на бензине вынуждены ездить на заправку. Обладатели ЭМ, как и свой телефон, втыкают свои транспортные средства на ночь в розетку для подзарядки – никаких остановок для покупки бензина. Бензиновый двигатель гораздо более сложен в устройстве по сравнению с электромотором. Бензиновый мотор состоит из более чем 200 деталей, электрический – менее чем из десяти. Бензиновым двигателям необходима коробка передач (трансмиссия), система выхлопа, шестерёнки и куча других покрытых маслом херовин. В ЭМ все эти компоненты отсутствуют, если вы заглянете под капот – вы обнаружите пустое пространство вроде багажника. Бензиновые двигатели нуждаются в моторном масле – отсюда необходимы периодические заезды на сервис для его замены. ЭМ это ни к чему. Дополнительная сложность в устройстве бензиновых машин означает, что они требуют больше обслуживания по сравнению с электромобилями.

Стоимость питания электромотора гораздо ниже стоимости питания бензинового двигателя. Даже без учёта дополнительных расходов на замену масла и ремонт, сам по себе бензин стоит гораздо дороже электричества. Давайте взглянем на цифры.

В среднем электромобиль может проехать 5 км потратив один киловатт-час (кВт⋅ч) электричества. В США стоимость кВт⋅ч составляет 12 центов. Отсюда получается, что проехать один километр на электромобиле стоит около 2,5 цента.

Высчитать стоимость для бензиновой машины немного сложнее, т.к. цены на бензин нестабильны, а расход топлива бензиновых машин сильно варьирует. При лучших раскладах в условиях необычно дешёвого бензина ($0,40 за литр) и низкого расхода топлива (скажем, 15 км/л) стоимость проехать один километр составляет те же 2,5 цента. В худшем случае при ценах на бензин в $1.08 за литр и расходе в 6 км/л проехать один километр уже стоит 18 центов. При характерном годовом пробеге в 19 тысяч км в самом лучшем варианте бензиновые машины показывают такие же результаты, как и электромобили, а в плохом варианте кататься год на бензине стоит на $3000 дороже.

Автомобили с бензиновыми двигателями являются одной из двух наиболее значимых причин в развитии энергетического и климатического кризисов. Выше мы уже обсуждали данный аспект – транспорт, сжигающий нефть, ответственен за треть всех мировых выбросов, ведёт к загрязнению городов, ставит одни страны в зависимость от других. Электромоторы функционируют без выхлопов. Да, они потребляют электроэнергию, произведённую в том числе и грязным способом, но мы обсудим этот вопрос немного позднее.

Очевидно именно поэтому Маск поведал Кристи Киколсон о своих раздумьях об электромашинах. Электромотор определённо проще, чище и является более разумным долговременным решением для использования в автомобилях.

Но при своём первом появлении, произошедшем более ста лет назад, электромоторы обладали рядом существенных недостатков, которые и предотвратили их широкое применение. А ввиду того, что электромашины перестали производиться ещё тогда, недостаточно времени и денег оказалось вложено для решения всё тех же самых недостатков. Как правило, выделяют три основных беспокойства касательно жизнеспособности электроавтомобилей:

1) Дальность. В действительности здесь заключены три следующих проблемы:

А) Хватит ли заряда батареи для поездок на дальние расстояния? Или же ЭМ годятся только для местных поездок?

Б) Куда податься в случае необходимости подзарядить батарею в пути? Не окажусь ли я на нуле посреди поля?

В) Если всё-таки удастся отыскать станцию подзарядки в пути, придётся ли мне ждать пять часов для полного заряда батареи?

Вышеперечисленные вопросы потенциальных покупателей электромашин относятся к т.н. «беспокойствам о дальности».

2) Разгон. Наиболее распространённый электромобиль в нынешние дни – машинка для перемещения по полю для игры в гольф, что не особо возбуждает автовладельцев. Никто не хочет авто, которое управляется как кусок кала, а если говорить о стремительном ускорении, на ум, как правило, приходят мощные бензиновые двигатели, а не электромоторы.

3) Цена. С самого начала электромобили стоили дороже своих бензиновых аналогов, в основном из-за высокой стоимости батареи.

Сто лет назад, в 1910 году, люди указывали на те же самые три основных проблемы электромобилей, что отчасти является причиной, почему бензиновые автомобили со временем стали доминировать на рынке. У бензиновых автомобилей имелась куча собственных проблем, но Форд умело разобрался, как с ними можно справится – он в своё время совершил то, чего никто не смог сделать для электромашин.

Я поинтересовался мнением Маска о Генри Форде. Вот его ответ: «Форд был человеком, который при появлении препятствий на своём пути, умел находить обходы – он просто-напросто решал проблемы. Он был способен сфокусироваться на нуждах потребителя, даже если сам потребитель толком не мог сообразить, что же ему нужно.»

Когда же в 2003 году Маск завершил раздумья об электромашинах и взялся, собственно, их делать, шансы были отнюдь не на его стороне. Продолжали существовать слишком большие препятствия для входа на рынок, не позволяющие автомобильным стартапам преуспеть практически в течение целого века. В условиях неучтённой стоимости углеродных выбросов, открывать компанию по продвижению электрокаров было сродни игры в баскетбол, где все остальные игроки кроме тебя могут безнаказанно совершать фолы. Доминирующие гигантские нефтяные компании делали всё в своих силах, чтобы срезать на корню любую попытку в продвижении электромашин. Более того, электрокары являлись новым типом автомобилей, развитие которых фактически оказалось остановлено с момента, когда первые производители опустили руки век назад. Дорогостоящий и долгий процесс по навёрстыванию упущенного всё ещё предстояло пройти – все из трёх перечисленных недостатков ЭМ всё ещё нужно было каким-то образом преодолеть.

Встаёт главный вопрос – электромашины не смогли преуспеть в прошлом из-за наличия неразрешимых проблем или же просто до сих пор не нашлось человека, который бы оказался своего рода Генри Фордом для электромобилей?

ИНДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) (патент РФ № 2340994)

H02K23/04 . с возбуждением постоянным магнитом?
H02K23/00 ? Коллекторные двигатели и генераторы постоянного тока с механической коммутацией; универсальные коллекторные двигатели, допускающие питание как переменным, так и постоянным током

Шкондин Василий Васильевич (RU)

Шкондин Василий Васильевич (RU)

Адрес для переписки:

121467, Москва, ул.Ельнинская, 3, кв. 71, О.В.Комардину

начало действия патента:
05.06.2007

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей постоянного тока, частности — безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использовано в различных областях техники, например в качестве мотор-колес в таких транспортных средствах, как электроприводные скутера, мотоциклы, электро-автомобили и т.д. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в снижении себестоимости электродвигателя, повышении его экономичности, исключении искрения и реактивности, создании условий для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя при сохранении его надежности и относительной простоты конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что индукторный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала, круговую раму, несущую четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, средство подачи на электромагниты электрических импульсов одинаковой полярности. При этом количество зубцов на ободе, равное n, удовлетворяет соотношению: n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

CLASS=»b560m»DE 2749820 A1, 18.05.1978. EP 1215799 A1, 19.06.2002. WO 2006025444 A1, 09.03.2006.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к области электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторным коллекторным электродвигателям низкого напряжения, и может быть использовано в качестве мотор-колес в транспортных средствах: электроприводных скутерах, мотоциклах, электро-автомобилях и т.д., а также в иных областях техники.

Широкое применение в технике, в том числе и на транспорте, нашли электродвигатели, имеющие ряд преимуществ по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, являясь экологически чистыми, надежными и экономичными.

Наиболее перспективными являются безредукторные мотор-колеса, у которых вращение колеса вызывается непосредственно электромагнитным взаимодействием магнитных систем ротора и статора. Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно; и подвижный ротор, несущий обод и содержащий, по крайней мере, две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора.

Указанное мотор-колесо имеет различные модификации и варианты исполнения (US 6384496 B1, 07.05.2002; US 6617746 B1, 09.09.2003; RU 2129965 C1, 10.05.1999; RU 2172261 C1, 20.08.2001). К преимуществам такого устройства относятся: отсутствие редуктора, использование низковольтных источников питания, отсутствие дополнительных электронных схем, возможность рекуперации энергии, небольшие габариты и вес. Комбинирование основных элементов мотор-колеса в сочетании с дополнительными устройствами позволяет создавать аналогичные по принципу работы и обладающие указанными преимуществами мотор-колеса.

Однако описанное мотор-колесо и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при трогании и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Другим недостатком является недостаточно эффективное возвращение и использование электроэнергии. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.

Известные технические решения, направленные на устранение указанных недостатков, связаны с применением высоковольтных источников питания и сложных схем управления, что делает их дорогостоящими и малонадежными в эксплуатации (US 6791226 B1, 14.09.2004; US 6727668 B1, 27.04.2004; US 6355996 B1, 12.03.2002).

Известен также электродвигатель (RU 2285997 С1), содержащий статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом, ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора, токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. К преимуществам такого устройства относятся: возможность рекуперировать электроэнергию, пониженный уровень искрения на токосъемниках, а также реверсивность при сохранении простоты конструкции и улучшении эксплуатационных характеристик.

Настоящее изобретение направлено на снижение себестоимости электродвигателя, повышение его экономичности, исключение искрения и реактивности, создание условий для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.

Индукторный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит:

— обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала;

— круговую раму, несущую четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки;

— средство подачи на электромагниты электрических импульсов одинаковой полярности.

Количество зубцов на ободе, равное n, удовлетворяет соотношению:

n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

Предпочтительно, чтобы количество электромагнитов, расположенных на круговой раме, удовлетворяло соотношению: m= 4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию0 p от общего числа витков в одной из катушек, где р=2, 3, 4, 5 и т.д. Например, если суммарное количество витков в катушках одного электромагнита равно 128 и р=5, то суммарное количество витков в катушках диаметрально противоположного электромагнита будет 124. Если р=4, то суммарное количество витков в катушках диаметрально противоположного электромагнита будет равно 120 и т.д.

На Фиг.3 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может быть использован как мотор-колесо для различных транспортных средств, например скутер с электроприводом, мотоцикл или электромобиль. Электродвигатель содержит обечайку 14, выполняющую роль защитного кожуха и непосредственно передающую вращение на колесо. Обечайка соединена посредством спиц с ободом колеса (не показано). Статор 15 электродвигателя расположен внутри ротора 16. Статор 15 имеет круговую раму 17, на которой с одинаковым шагом располагается четное количество зубцов 18. В данном случае четырнадцать зубцов. Ротор 16 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 19. В данном случае шесть. При работе электродвигателя катушки электромагнитов 19 запитываются от источника постоянного тока (не показан) через коллектор 20 и токосъемники 21. Коллектор 20 неподвижен относительно статора, а токосъемники 21 связаны с ротором и при его вращении перемещаются относительно токоведущих пластин 22.

Конструктивное исполнение и принцип действия у этого электродвигателя аналогичен описанному выше.

На Фиг.4 представлен бесколлекторный двигатель, выполненный в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения. Электродвигатель содержит обечайку 23, выполняющую роль защитного кожуха. Статор 24 электродвигателя расположен снаружи ротора 25. На статоре 24 с одинаковым шагом располагается четное число электромагнитов 26. В данном случае шесть электромагнитов. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары (фазы). Ротор 25 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число зубцов 27. В данном случае 14. Конструктивно исполнение электромагнитов и схема их коммутации аналогичны описанному выше. Электродвигатель также содержит датчик 29 углового положения ротора, который подает сигнал на электронную схему 28 для запитывания или обесточивания катушек электромагнитов 26 при прохождении мимо них зубцов 27 ротора.

Электродвигатель, изготовленный в соответствии с настоящим изобретением, демонстрирует высокие эксплутационные характеристики и надежность конструкции.

Электродвигатель имеет 14 зубцов статора (изготовлен из шихтованных пластин, сталь 2412), шесть электромагнитов ротора, обмотка каждой катушки электромагнита содержит 90 витков проводом ПЭТФ диаметром 1,06 мм. При этом электродвигатель обладает следующими параметрами:

габариты — диаметр 250 мм, ширина 100 мм;

напряжение питания — 36 В;

среднее значение тока — 12 А;

крутящий момент — 15 Н/м;

Данный электродвигатель был установлен в качестве мотор-колеса на скутер с диаметром колеса 14 дюймов. В качестве источника питания были использованы три аккумуляторные батареи по 12 В и емкостью 20 А/ч. Скутер с электрическим приводом на трековых испытаниях показал следующие характеристики:

грузоподъемность — 160 кг;

крейсерская скорость — до 60 км/ч;

длина пробега — до 100 км (при разряде батарей до уровня 10,5 В).

Для электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, отсутствие постоянных магнитов ведет к снижению конечной стоимости и улучшению масс-габаритных характеристик; отсутствие необходимости переключения полярности питания повышает экономичность электродвигателя, исключает искрение; отсутствие «залипания» на магнитах создает условия для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя, а уникальные технические характеристики электродвигателя достигаются также выбором строго определенного соотношения числа взаимодействующих электромагнитов и зубцов, их взаиморасположением и используемой схемой коммутации электромагнитов.

1. Индукторный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор, содержащий обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы из магнитомягкого материала; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, содержащий круговую раму, несущую четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; коллектор, закрепленный на корпусе статора, имеющий расположенные на изоляционной основе токопроводящие пластины, соединенные с одним полюсом источника постоянного тока и разделенные диэлектрическими промежутками, другой полюс источника постоянного тока соединен с корпусом электродвигателя; токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов, где обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой и замкнуты на корпус электродвигателя,

при этом количество зубцов статора, равное n, удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитов ротора m удовлетворяет соотношению m= 4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию0

Вентильный двигатель: конструкция, принцип работы, классификация

Постоянное совершенствование технологий и развитие точного электрооборудования приводит к созданию новых и преобразованию старых устройств. Такому совершенствованию подвергаются и электрические машины, которые неоднократно преобразовывались для получения точного позиционирования. При массовом внедрении полупроводниковых приборов появилась возможность заменить классические щетки на p-n переходы, в результате чего был создан вентильный двигатель.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно вентильный агрегат представляет собой разновидность синхронного двигателя.

В его состав входят:

• Ротор, как правило, из магнитного материала, реагирующий на воздействие электромагнитного поля.
• Статор, включающий в себя фазы обмоток, намотанные в катушки станину и диэлектрическую прокладку.
• Измерительные датчики (чаще всего Холла), позволяющие определить положение вращения вала.
• Микропроцессорный блок, формирующий импульсы, их форму, задающие частоту вращения ротора, сравнивающий показания датчиков и подаваемого переменного тока на фазные обмотки.

Пример конструкции вентильного двигателя приведен на рисунке ниже:

Рис. 1. Конструкция вентильного двигателя

Принцип работы вентильного двигателя заключается в четком позиционировании постоянных магнитов на роторе по отношению к формируемому пику электромагнитного импульса на фазных электрических обмотках. При движении магнитов датчики воспринимают информацию об их положении в пространстве и меняют пропускную способность реактивных вентильных преобразователей, что позволяет валу вращаться дальше. Таким образом, управление вращением осуществляется без использования скользящего контакта, поэтому данная категория электрических машин относится к категории бесколлекторных электродвигателей.

Статор

Конструктивно статор мало чем отличается от классических моделей синхронных и асинхронных двигателей. Это металлический цельнолитой или наборной магнитопровод, в пазах которого укладываются фазные провода. Количество обмоток якоря определяется числом подключаемых фаз и периодичностью их чередования. Чем чаще уложены обмотки статора, тем точнее контролируется вращение вентильного электродвигателя.

Полюса статора также могут характеризоваться смещением на строго определенный угол, как и его обмотки. По количеству фаз коммутации вентильные двигатели бывают двух-, трех-, четырех- и шестифазными.

Ротор

В зависимости от конструкции ротора бесконтактные двигатели могут иметь внутрироторное и внешнероторное исполнение.

Рис. 3. Внешнероторные и внутрироторные модели

Количество пар полюсов также может отличаться, но уже без каких-либо привязок к обмоткам, как правило, этот параметр варьируется от двух до шестнадцати с парным шагом.

В более старых моделях для бесколлекторных двигателей использовались постоянные магниты из ферритовых сплавов. Которые отличались доступностью и относительно более низкой себестоимостью, но имели слишком низкие показатели индукции. Однако с постепенным развитием технологий, на смену им пришли магнитные элементы из редкоземельных металлов. Этот вариант обладает более точным позиционированием, но и стоит он дороже.

Рис. 4. Вентильный двигатель с внешним ротором

Датчик положения ротора

В синхронных электродвигателях датчик необходим для осуществления обратной связи с положением вала механического устройства. В зависимости от принципа действия могут применяться датчики:

• Фотоэлектрического принципа действия;
• Трансформаторного;
• Индуктивного;
• На эффекте Холла.

Рис. 5. Датчик положения ротора

Наиболее распространенными вариантами для практической реализации стали фотоэлектрические датчики и датчики с эффектом Холла. Они обладают большей точностью и меньше запаздывают при передаче данных в канале связи. Датчики привязываются к определенным маркерам на валу и реагируют на их прохождение.

Система управления

В состав блока управления, как правило, входит микроконтроллер и электронный ключ для подключения к двух- или трехфазным обмоткам двигателя. Микроконтроллер или микропроцессор необходим для обработки получаемых с датчиков сигналов и последующего преобразования синусоидальной коммутации в более удобную форму сигнала. Электрические преобразователи выполняется на базе полупроводниковых транзисторов, соединенных по мостовой схеме. Они производят широтно-импульсную модуляцию питающего напряжения в соответствии с заданным режимом работы.

Рис. 6. Электронный ключ вентильного двигателя

Классификация

По типу питания вентильные электрические машины подразделяются на электродвигатели постоянного и переменного тока.

По способу взаимодействия магнитного поля статора и ротора встречаются синхронные, асинхронные и индукторные аппараты.

Помимо этого, в зависимости от числа задействованных фаз они разделяются на:

• Однофазные – представляю собой наиболее простой вариант, где используется минимум линий передачи питающего напряжения от блока управления к его обмоткам. Однако в некоторых позиция существует трудность пуска такого вентильного двигателя под нагрузкой.
• Двухфазные – обладают хорошей связью между обмоткой и статором. Но выдают довольно сильные пульсации, которые могут привести к негативным последствиям в работе.
• Трехфазные – наиболее распространенные варианты, способные выдать плавный пуск и нормальный режим работы вентильного двигателя. Характеризуется четным количеством обмоток и хорошими тяговыми характеристиками. К его недостаткам относят лишь чрезмерный шум во время работы.
• Четырехфазные – характеризуются минимальными пульсациями низким пусковым моментом. Но, в сравнении с другими моделями, они имеют высокую себестоимость, из-за чего применяются редко.

Рис. 7. Четырехфазный вентильный двигатель

Технические характеристики

При выборе конкретной модели важно определить ее соответствие месту установки, поэтому важно обращать внимание на следующие характеристики вентильных двигателей:

• номинальное напряжение – определяет питающую величину, которая должна подаваться на вентильный двигатель для получения номинального усилия;
• потребляемая мощность – характеристика электродвигателя, показывающая величину мощности, расходуемую на работу устройства;
• КПД – показывает соотношение полезной работы, совершаемой вентильным двигателем к израсходованной мощности;
• мощность на валу – полезная работа электрической машины, совершаемая за счет тягового усилия;
• номинальная частота – определяет количество оборотов в минуту, которые вентильный двигатель может совершать в номинальном режиме работы;
• диапазон регулировки частоты – показывает, в каких пределах можно изменять частоту оборотов вала для конкретной модели;
• номинальный крутящий момент – определяет усилие, создаваемое на валу вентильного двигателя при оптимальных параметрах работы, также в параметрах может регламентироваться пусковой и максимальный момент;
• коэффициент нагрузки – показывает, насколько снижается эффективность электрической машины, в зависимости от подъема над уровнем моря;
• габаритные размеры и масса вентильного двигателя.

Преимущества и недостатки

В сравнении с другими типами электрических машин, вентильный двигатель имеет ряд качественных отличий, дающих ему как выгодное, превосходство, так и определенные недостатки.

К преимуществам вентильных двигателей относят:

• Относительно небольшая величина магнитных потерь из-за отсутствия постоянно действующего поля, как в классических синхронных и асинхронных электродвигателях.
• Обеспечивает безопасное вращение даже с максимальной нагрузкой, в отличии от коллекторных электродвигателей.
• За счет встроенного преобразователя частоты коммутация вентильного преобразователя обеспечивает широкий спектр скоростей вращения, которые отличаются плавным переходом от одной к последующей.
• Хорошая динамика работы и точность позиционирования, способная создать конкуренцию шаговым двигателям.
• Относительно большая степень надежности и длительный срок эксплуатации без обслуживания за счет отсутствия скользящего контакта, в отличии от коллекторных двигателей.
• Может применяться во взрывоопасной среде, в отличии от электродвигателей постоянного и переменного тока со щетками.

К недостаткам вентильных агрегатов следует отнести их высокую себестоимость, наличие дополнительных элементов, усложняющих последующую эксплуатацию. Также существенным минусом считается сложность управления и задания логики перемещения рабочих органов трехфазных бесколлекторных двигателей в соответствии с меняющимися факторами производственного процесса.

Применение

Вентильные двигатели применяются во всех сферах, где требуется регулировать скорость вращения рабочего элемента. Такие синхронные приводы имеют точное позиционирование и применяются для компьютерной техники, устройств привода, винчестера, куллеров обдува и т.д.

Рис. 8. Вентильный двигатель в компьютере

Помимо этого он используется в робототехнике, строительстве спутников, летательных аппаратов. Для бытовой техники, в устройствах автомобилестроения, в медицинской сфере. Также нашел широкое применение в станочном оборудовании, горнодобывающих машинах, используется в компрессорных установках и насосных станциях.

Онлайн помощник домашнего мастера

Электродвигатели: устройство и принцип работы

Практически ни одна задача в любой области промышленности, а также в быту не обходится сегодня без применения электрического двигателя. По определению электродвигатель – это устройство, которое предназначено для преобразования энергии электрического тока во вращательное движение вала электромотора с заданными параметрами частоты, крутящего момента, допустимой нагрузки. Такое вращательное движение может использоваться как непосредственно для передачи вращения нагрузки, то есть используется прямой привод, так и подключением через редуктор, ременную передачи или другие технические решения.

В любом случае электродвигатели сегодня являются одним из самых эффективных решений в части управляемости, уровня КПД, надежности и долговечности использования. Также эл. двигатели выгодно отличает:

• точная управляемость режимом работы;
• относительная простота изготовления;
• невысокая стоимость;
• низкая периодичность обслуживания;
• возможность относительно недорогого ремонта, если сравнивать такие системы привода с двигателями внутреннего сгорания.

Именно эти особенности определяют популярность использования электромоторов разного типа и назначения:

• для решения промышленных задач;
• на электротранспорте;
• в бытовых приборах;
• в электроинструментах разного типа и назначения;
• в системах автоматики.

Краткое содержимое статьи:

Конструкция и принцип работы электродвигателя любого типа

Устройство и принцип действия любого электродвигателя достаточно просты и основаны на взаимодействии магнитных полей, которые создаются в неподвижной части электромотора или статора и в его подвижной части, размещенной на валу или ротора. Как правило, это классическая схема построения любого электромотора, хотя в технике встречаются и решения с вращающимся статором, однако сам принцип работы двигателя это не меняет.

Для создания магнитных полей, которые отталкиваются друг от другом, в результате чего приводится во вращение вал электромотора, могут использоваться:

• постоянные магниты;
• электромагниты постоянного тока;
• электромагниты переменного тока;
• электромагниты, магнитные поля в которых возникают за счет наведенных вихревых токов.

В любом случае каким бы ни был тип электродвигателя, одна система магнитных полей создается обязательно с помощью электромагнита либо обе системы полей ротора и статора создаются прохождением через их обмотки электрического тока.

В общем случае конструкция любого электромотора состоит из таких элементов:

• корпуса, который служит основой для установки статора и ротора, а также имеет элементы для крепления моторов в устройстве, элементы коммутации для подключения электропитания, ребра охлаждения и другие элементы, решающие определенное конструктивные задачи;
• магнитный или электромагнитный статор, который в большинстве промышленных решений представляет собой несколько катушек индуктивности соединенных по определенной схеме;
• вала электродвигателя, размещенного в корпусе на подшипниках разного типа;
• размещенный на валу ротора, который представляет собой систему электромагнитных катушек. В зависимости от типа электромотора она может иметь собственное электропитание, а может создавать электромагнитное поле за счет наведенных вихревых токов;
• системы подключения электропитания к ротору. При наличии такой системы питания узел подключения катушек ротора к ней, как правило представляет собой главный элемент ненадежности, требующий периодическое обслуживания. Может представлять собой систему щеточного или кольцевого типа в зависимости от типа и назначения электромотора.

Именно конструктивные особенности, а также тип питания электродвигателя определяют его основные характеристики, особенности, преимущества и недостатки и основную область применением электромотора.

Классификация электродвигателей

Сегодня в промышленной и бытовой технике используется несколько типов электромоторов, которые относятся к нескольким классам оборудования. В свою очередь двигатели классифицируют по нескольким критериям, основным из которых является тип питающего напряжения. В зависимости от питающего напряжения электродвигатели разделяют на три типа:

• постоянного тока;
• переменного тока;
• универсальные электромоторы, работающие и от постоянного, и от переменного тока.

Каждый из этих типов имеет несколько конструктивных реализаций, разделяющих большую группу электромоторов на несколько подгрупп по особенностям конструкции системы возбуждения электромагнитных полей и управления работой мотора.

Двигатели постоянного тока в свою очередь разделяются на две подгруппы:

• щеточные двигатели с разными вариантами подключения обмоток возбуждения электромагнитных полей в роторе и статоре, а также с постоянными магнитами;
• бесщеточные электромоторы постоянного тока с электронной системой управления, которая генерирует вращающееся электрическое поле заданной частоты.

Область применения двигателей постоянного тока определяется их особенностями и такими преимуществами:

• высокий коэффициент полезного действия;
• высокий крутящий момент вне зависимости от частоты вращения;
• компактные размеры по сравнению с электромоторами переменного тока равной мощности;
• простая система управления частотой и направлением вращения вала;
• возможность работы в режиме генератора в системах рекуперативного возврата электроэнергии в питающую сеть в режиме торможения.

Благодаря этим преимуществам и особенностям двигатель постоянного тока получил широкое применение для решения различных задач, связанных с:

• приводом электротранспорта разного типа;
• использованием в крановых системах;
• применением в качестве сервоприводов разного назначения;
• использованием в миниатюрных устройствах бытового и специального назначения. Как правило для этих целей используют электродвигатели с постоянными магнитами.

Наибольшее распространение в технике получили двигатели с коллектором и щетками, расположенными на роторе, которые определяют несколько основных недостатков двигателя этого типа:

• необходимость периодического обслуживания;
• значительный создаваемый шум при работе;
• возможность возникновения искр и неприятного запаха.

В зависимости от способа соединения обмоток ротора и статора в щеточных электродвигателях постоянного тока различают четыре вида коммутации обмоток, каждый из которых имеет свои преимущества, недостатки и область оптимального использования. К ним относятся:

• соединение с последовательным возбуждением электромагнитного поля;
• подключение с параллельным возбуждением;
• коммутация со смещенным возбуждением;
• использование электромотора с постоянными магнитами, как правило на статоре мотора.

Типы двигателей переменного тока

Поскольку для электроснабжения объектов используется переменное напряжения одно и трехфазного тока, наибольшее распространение получили именно двигатели переменного тока. Они широко используются как в быту, так и для решения самых разнообразных промышленных задач. По типам конструкции и принципу действия выделяют такие типы электромоторов для работы с переменным током:

• синхронные электромоторы;
• индукционные или асинхронные электродвигатели, предназначенные для работы с одно и трехфазным током;
• универсальные решения, работающие как на переменном, так и на постоянном токе.

Наибольшее распространение в промышленности получили именно индукционные асинхронные двигатели, благодаря простоте конструкции, минимальным требованиям к обслуживанию и широкому диапазону технических характеристик электродвигателей, которые позволяют решать самые разные задачи.

Главное отличие таких электромоторов от синхронных двигателей – это отсутствие необходимости подачи питания на ротор, электромагнитное поле в котором возбуждается вихревыми токами в короткозамкнутой конструкции.

До недавнего времени у таких электромоторов был один существенный недостаток – ограничение на частоту вращения ротора, связанное со стандартной частотой электропитающей сети. Также такие электромоторы без применения специальных электронных схем управления имеют такие недостатки, как:

• значительный пусковой ток;
• низкий крутящий момент на малых оборотах;
• невозможность эффективно управлять частотой вращения;
• необходимость перекоммутации обмоток для реверсивного запуска;
• сложности с запуском в цепях однофазного тока, которые решаются использованием дополнительного пускового конденсатора или использованием дополнительной пусковой обмотки.

Таких недостатков лишен электродвигатель с фазным ротором, на котором размещаются обмотки с отдельным электропитанием, подводимом через токосъемные кольца. В свою очередь это приводит к повышению сложности изготовления таких моторов, увеличению их стоимости, а также наличию элементов токосъемника, которые требуют обслуживания.

Синхронные электромоторы переменного тока также лишены перечисленных недостатков асинхронных моторов, обладают высоким крутящим моментом и постоянной скоростью вращения при изменяемым характере нагрузки, отличаются высоким КПД и небольшим реактивным сопротивлением. Однако такие электромоторы имеют и ряд существенных недостатков:

• относительная дороговизна конструкции;
• сложная схема запуска;
• наличие источника постоянного тока или выпрямителя для возбуждения электромагнитного поля;
• ряд сложностей, связанных с регулировкой частоты вращения и крутящего момента.

Поэтому в последнее время все чаще можно встретить комбинацию использования асинхронных двигателей в связке с частотными преобразователями.

Применение преобразователя частоты, позволяющего управлять частотой и амплитудой питающего напряжения значительно расширяет область применения таких моторов, повышает их экономичность и точность управления. В таких системах появляется возможность:

• запитать трехфазный двигатель даже от сети однофазного тока;
• обеспечить оптимальный режим пуска, остановки;
• управлять направлением вращения вала мотора;
• обеспечить защиту электромотора от нестабильности напряжения, пропадания напряжения на фазе, короткого замыкания, аварийного превышения нагрузки;
• значительно увеличить максимальную скорость вращения ротора по сравнению с работой при непосредственном подключении к сети переменного тока;
• обеспечить автоматизацию поддержания заданного режима работы с высокой точностью.

В любом случае, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы электромоторов для решения определенной задачи, необходимо учесть:

• назначение электродвигателя и системы, в которой он используется;
• особенности режима эксплуатации;
• требования управляемости и автоматизации процесса;
• стоимость реализации такого решения;
• расходы на обслуживание.

Поэтому при разработке любой системы, как правило, сначала определяют технические требования к режимам работы электропривода, а затем на их основе выбирают оптимальный тип электромотора, использование которого будет рационально с точки зрения стоимости внедрения и затрат на эксплуатацию.

Учитывая многообразие решений как в области различных систем электропривода, так и в области управления работой двигателями, сделать оптимальный выбор могут только специалисты с опытом разработки и внедрения таких решений.

Поэтому, когда вам требуется спроектировать решение на основе электромотора, необходимо подобрать оптимальный тип электродвигателя и его системы управления. Наша компания занимается поставкой и внедрением систем управления работой электромоторов разного типа, назначения и мощности, поэтому вы всегда можете обратиться к нашим специалистам за помощью и консультацией в подборе решения, которое будет оптимально для вашей области применения.

Реактивные индукторные двигатели

Рис. 5.1. Конструкция РИД.

Общая характеристика

Рис. 5.2. Поперечный разрез РИД. А, В, С — зубцы соответствующих фаз статора.

Реактивные индукторные двигатели (РИД, в международной классификации SRM — switched reluctant motors, принудительно переключаемые моторы) появились сравнительно недавно и сегодня получают все большее распространение. Такие двигатели имеют очень простую конструкцию (рис. 5.1, 5.2), вследствие чего они получаются дешевыми в производстве, а также надежными и требующими минимального обслуживания в эксплуатации. РИД можно назвать наиболее

универсальными, современными и перспективными электродвигателями.

РИД питаются от источника постоянного напряжения, чаще всего от выпрямителя, подключенного к промышленной сети или бортовой сети мощного транспортного средства (корабля, тепловоза, карьерного самосвала). Для управления током обмоток двигателя используют инверторы — схемы на основе транзисторов IGBT (реже — на основе выключаемых тиристоров).

То, что для работы РИД необходим довольно сложный и дорогой инвертор (как правило, с микропроцессорным управлением), является недостатком двигателя. Однако, это определяет и его преимущества — возможность очень гибкого управления, обеспечивающего регулировку момента и скорости в любых режимах работы, а также очень высокий к.п.д. (больше 90%). РИД не имеют подвижных контактов и свободны от связанных с ними проблем (искрения, износа и необходимости частого обслуживания). РИД могут работать и в генераторном режиме.

К недостаткам РИД можно отнести еще то, что его обмотки потребляют ток в импульсном режиме, и приходится принимать специальные меры, чтобы мощные импульсы тока не проникали в питающую сеть.

Устройство

РИД устроен в принципе так же, как шаговый двигатель (рис. 5.1, 5.2). Он имеет статор, набранный из отдельных фигурных колец электротехнической стали. Внутри сердечник статора имеет зубцы, на которые надеты обмотки из изолированного медного провода. Соответствующие обмотки статора соединяются между собой, образуя фазы двигателя. РИД обычно имеют не меньше 3 фаз, однако они бывают и с меньшим числом фаз.

Ротор представляет собой зубчатый цилиндр, набранный из пластин электротехнической стали. Сердечники статора и ротора набираются из отдельных пластин с целью подавления вихревых токов.

Подключение обмоток РИД и устройство инвертора показано на рис. 5.3. Катушка L₁, и конденсатор С₁ образуют фильтр, который обменивается энергией с фазами двигателя и препятствует проникновению импульсов тока РИД в сеть. Этот фильтр также подавляет пульсации напряжения выпрямителя. Катушки La, Lb, Lc — это фазы РИД.

Рис. 5.3. Подключение обмоток РИД. Устройство инвертора. Цепи управления транзисторов не показаны.

Принцип действия

Вначале рассмотрим инвертор. Попарное открытие транзисторов VT₁ и VT₂, VT₃ и VT₄, VT₅ и VT₆ подключает питание к фазам двигателя (восходящие части кривых на рис. 5.4, 5.5). Если закрывается один транзистор фазы двигателя, то эта фаза закорачивается и пропускает свой остаточный ток через соответствующий диод (спадающие части кривых в верхней части рис. 5.5). Например, если закрывается VT₁, то ток катушки La течет через VT₂ и VD₁. Если оба транзистора фазы закрываются, то катушки фазы отдают энергию конденсатору, питая его через оба диода своей фазы (спадающие до нуля части кривых на рис. 5.4, 5.5).

Принцип действия РИД похож на принцип действия шагового двигателя. Когда в обмотке какой-либо фазы течет ток, зубцы ротора притягиваются к зубцам этой фазы. После того как зубцы ротора окажутся напротив зубцов этой фазы, ток в ней отключается, и в это же время включается ток в обмотке другой фазы, зубцы которой в свою очередь начинают притягивать к себе зубцы ротора. Реально токи фаз включаются с перекрытием, так что в то время как одна фаза еще не полностью отработала, уже включается фаза, следующая ей на смену (рис. 5.4, 5.5). Благодаря этому пульсации момента двигателя получаются небольшими.

На рис. 5.2 изображен момент, когда фаза А полностью отработала, и на смену ей включается фаза В. Это примерно соответствует t = 0,069 с на рис. 5.3 и t = 0,074 с на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Токи фаз РИД в однопульсном режиме (400 об/мин).

На больших скоростях ток фазы не успевает нарасти до недопустимо больших значений за одно включение, поэтому в течение рабочего цикла фаза двигателя включается и отключается один раз. Такой режим называется однопульсным (рис. 5.4). На малых скоростях рост тока фазы приходится ограничивать периодическим отключением, поэтому он изменяется в пределах так называемого токового коридора. Такой режим называется режимом ограничения тока (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Токи фаз РИД в режиме токового коридора (200 об/мин).

Замечание. Отличие РИД от шагового двигателя состоит в том, что шаговый двигатель, как правило, останавливается после каждого переключения токов в обмотках, поворачиваясь на угол, определенный конструкцией двигателя, а РИД вращается непрерывно и плавно. Шаговые двигатели обычно сделаны так, чтобы обеспечивать малые углы поворота, а также быстрый старт, а затем резкую остановку после поворота на заданный угол. Шаговые двигатели обычно бывают небольшими, в то время как РИД могут быть и очень маленькими, и очень большими.

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учебное пособие для вузов. — 4-е издание, переработанное. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 440 с.

2. Борисов Ю.М. и др. Электротехника / Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов. — 2-е издание, переработанное и дополненное. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 552 с.

3. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины: учебник для вузов. — М.: Госэнергоиздат, 1956. — 459 с.