Устройство ротора электродвигателя: Ротор электродвигателя — что это?

Содержание

Ротор электродвигателя — что это?

В каждом аппарате, работающем от электрической энергии, используется такое устройство как электродвигатель, который состоит из статора – неподвижной части и ротора – подвижной. Далеко не каждому известно что такое ротор электродвигателя и какие его функции, поэтому, возникают ложные представления.

Состоит ротор из цилиндра, составленного из листов штампованной электротехнической стали, которые одеты на вал. По своей природе роторы бывают фазными и короткозамкнутыми. Фазные роторы имеют обмотку трёхфазного типа со схемой соединения «звезда» и вращающимися вместе с валом контактными кольцами. К данным кольцам с помощью определённых щёток возможно подключить:

  • дроссели для удержания токов ротора и стабилизации работы электродвигателя в моменты возможных перегрузок и падения оборотов;
  • источник постоянного тока;
  • пускорегулирующий реостат, для увеличения пускового момента с помощью снижения пускового тока;
  • инверторное питание, для управления моментных характеристик и оборотов двигателя.

Таким образом, фазные роторы снабжают асинхронные электродвигатели  рабочей стабильностью, позволяя использовать их в различных установках по типу мостовых кранов и других устройств, где не требуются широкая и плавна регулировка скорости электродвигателей большой мощности.

Короткозамкнутый ротор, имеющий обмотку с названием «беличье колесо» состоит из вставленных в сердечник стержней алюминиевого или медного происхождения и коротко замыкающих колец с торцевым лопастями. Для улучшения его пусковые характеристики на роторе выполняют паз специальной формы, создающий из-за своей неординарной относительно оси вращения структуры эффект вытеснения тока, вызывающего большие показатели сопротивлений, например, при пуске. Применяют такие роторы в двигателях асинхронного типа в приводах, которые не используют большие пусковые моменты, например, это могут быть водные насосы небольших мощностей без возможности регулировки рабочей скорости.

Среди всех преимуществ двигателей с короткозамкнутым ротором можно выделить:

  • практически одинаковая скорость с применением разных нагрузок;
  • допустимость больших рабочих перегрузок;
  • простота и удобство автоматизации пуска;
  • высокие показатели КПД;
  • конструктивная простота.

Как видим, хотя внешне и функционально роторы и имеют различия, влияющие существенно на область их применения, используются они в равных долях во всех сферах деятельности человека. Так, электродвигатели от Siemens изготавливаются с роторами и того и другого типа, что способствовало крупному внедрению этих агрегатов во многие производственные процессы.

Так же, кроме вышеперечисленных типов ротора стоит отметить и существование массивного ротора, состоящего из материала ферромагнитного происхождения, играющего роль магнитопровода и проводника одновременно. Быть может он не нашёл столь широкого применения как фазный ли короткозамкнутый, но имеет ряд преимуществ:

  • низкая себестоимость;
  • простота изготовления;
  • высокий пусковой момент;
  • высоких показатель механической прочности, что немаловажно в машинах работающих на высоких скоростях.
Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока

Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.   На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

  1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
  2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

  1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
  2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.


Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.

Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.

Режимы работы электродвигателя в следующей статье.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором

 Асинхронные электродвигатели с фазным ротором используются во многих приводах высокой мощности. Наиболее часто их применяют в сырьевой промышленности, например, при добыче руды и минералов или на производствах связующих веществ, таких как цемент, известняк и гипс, в различного рода дробильных установках, роликовых прессах и прокатных станах, а также в крупногабаритных вентиляторах, насосах и конвейерах.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором используются во многих приводах высокой мощности. Наиболее часто их применяют в сырьевой промышленности, например, при добыче руды и минералов или на производствах связующих веществ, таких как цемент, известняк и гипс, в различного рода дробильных установках, роликовых прессах и прокатных станах, а также в крупногабаритных вентиляторах, насосах и конвейерах.

К сожалению, наиболее прочные и наиболее экономичные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели обладают свойством, из-за которого их пуск непосредственно от сети затруднен, а в некоторых случаях невозможен. Так, в состоянии покоя и на небольших оборотах в момент пуска они создают лишь малый крутящий момент, хотя при этом требуют очень сильный ток, превышающий номинальный ток электродвигателя в несколько раз. Поэтому работающая от привода машина, технологический процесс и сеть до привода ограничивают применение данного простейшего концепта привода.

Например, для работы загруженного прокатного стана нужен очень большой крутящий момент при пуске или же особый пусковой момент трогания величиной, вероятно, намного превышающей номинальный крутящий момент используемого электродвигателя. Большая инерция загруженного стана приводит к продолжительному периоду выхода на рабочий режим, поэтому нужный высокий крутящий момент необходим в течение продолжительного времени даже при малых оборотах. Если по требованиям технологического процесса пуск выполняется несколько раз в день, то тепловая нагрузка на элементы привода в этом случае довольно высокая, что может ограничивать число пусков.

В случае высокого отношения номинальной мощности электродвигателя к нагрузочной способности сети до электродвигателя большая перегрузка по току при пуске приводит к существенной просадке напряжения, что может вызвать перебои в работе параллельных потребителей. Это и есть случай установки одиночных электродвигателей большой мощности относительно общей мощности сети.

Конструкция асинхронного электродвигателя с фазным ротором при использовании компактного пускового устройства позволяет достичь пусковой момент соизмеримый с максимальным моментом двигателя, что в частности может достигать двух- а то и трехкратному номинальному моменту, при этом пусковой ток соответствует номинальному току двигателя, либо незначительно его больше.

В таких случаях использование асинхронных электродвигателей с фазным ротором является более рациональным. В отличие от частотно-регулируемых приводов, когда для больших пусковых моментов необходимо использовать преобразователи, мощностью большей номинальной, что в номинальном режиме повышает потери, пусковой момент асинхронного двигателя с фазным ротором зависит от его физических свойств, а пусковой реостат работает только в процессе разгона. При изменении пусковой характеристики с помощью изменения внешнего сопротивления роторной цепи возникают лишь незначительно большие потери в двигателе, таким образом количество допустимых пусков не ограничивается нагревостойкостью самого двигателя.

Общая характеристика:
  • Очень высокий пусковой крутящий момент, превышающий номинальный в два-три раза
  • Низкий пусковой ток, не превышающий или незначительно превышающий номинальный ток
  • Ограниченное только пускателем время выхода на рабочий режим и число пусков
  • Отсутствующие или крайне низкие пульсации крутящего момента на пуске в зависимости от типа пускателя
  • Высокий КПД в режиме непрерывной работы (нет потерь дополнительных устройств)
  • Не требуются особые условия окружающей среды
  • Нет нелинейных искажений
  • Не требуются меры по защите от электромагнитных помех, не требуется экранированный соединительный кабель

Устройство электродвигателя постоянного тока

Электрический двигатель – это электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии, поступающей от источника тока в механическую энергию. Часть потребляемой электроэнергии расходуется на перемагничивание ферромагнетиков, преодоление электрического сопротивления и силы трения, что сопровождается образованием тепла.

Электродвигатель, работающий от источника постоянного тока, называют двигателем постоянного тока. В зависимости от особенностей конструкции электрические двигатели постоянного тока подразделяются на коллекторные и бесколлекторные. Рассмотрим устройство двигателя постоянного тока на примере изделия коллекторной конструкции. Основные элементы электродвигателя постоянного тока: статор, ротор, коллектор и токопроводящие щетки.

Статор, он же индуктор, – неподвижная часть машины, в большинстве вариантов исполнения – внешняя. Статор состоит из станины и магнитных полюсов. В зависимости от конструкции двигателя на статоре могут устанавливаться постоянные магниты, электромагниты с обмотками возбуждения или короткозамкнутые обмотки. Кроме основных магнитных полюсов на статоре могут устанавливаться дополнительные полюса. Статор необходим для создания магнитного потока в системе.

Подвижная вращающаяся часть машины, как правило, внутренняя – ротор или якорь. Ротор электродвигателя постоянного тока состоит из многочисленных катушек с токопроводящими обмотками, по которым проходит электрический ток. Количество катушек в конструкции ротора может достигать нескольких десятков. Таким образом частично устраняется неравномерность крутящего момента, уменьшается коммутируемый ток, обеспечивается оптимальное взаимодействие магнитных полей статора и ротора.

Щеточно-коллекторный узел представляет собой связующее звено между ротором и статором. В коллекторе объединены выводы всех катушек ротора. Этот узел служит переключателем тока со скользящими контактами и дополнительно выполняет функции датчика углового положения ротора.

Щетки – неподвижные контакты, подводящие ток к ротору. Чаще всего в двигателях применяются медно-графитовые и графитовые щетки. При вращении ротора происходит замыкание и размыкание контактов коллектора. При этом в обмотках ротора происходят переходные процессы, приводящие к искрению. Искрение и трение при работе двигателя постоянного тока приводят к тому, что щеточно-коллекторный узел является самым уязвимым элементом конструкции. Для уменьшения искрения чаще всего используется установка дополнительных полюсов. Порядка 25% поломок электродвигателей происходит по причине неисправности щеточно-коллекторного узла. В некоторых областях применения электродвигателей постоянного тока поломки по причине износа щеточно-коллекторного узла составляют свыше 60% от общего количества.

При подаче тока на ротор, помещенный в магнитное поле статора, в системе возникает момент силы, под действием которого ротор начинает вращаться. Направление вращения ротора зависит от направления тока. Чтобы ротор вращался в одном и том же направлении, направление тока в нем должно оставаться постоянным. Это условие выполняется с помощью коллекторного узла. Механическая энергия вращения ротора передается другим механизмам посредством присоединенного к ротору шкива и ременной передачи.

Ротор — это… Что такое Ротор?

Роторный экскаватор как экспонат в бывшем угольном карьере — «стальном городе» Феррополис (Германия), превращенном в музей под открытым небом

Ро́тор — от лат. roto )— вращаться

В математике:

  • Ротор — то же, что вихрь векторного поля, то есть вектор, характеризующий вращательное движение в данной точке векторного поля.

В медицине:

В технике:

  • Ротор — вращающаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела (например, ротор двигателя Ванкеля) или отдающие её рабочему телу (например, ротор роторного насоса). Ротор двигателей связан с ведущим валом, ротор рабочих машин — с приводным валом. Ротор выполняется в виде барабанов, дисков, колёс.
  • Ротор — вращающаяся часть паровой турбины, компрессора, гидронасоса, гидромотора и т. д.
  • Буровой ротор — механизм, являющийся многофункциональным оборудованием буровой установки, который предназначен для вращения бурильных труб и поддержания колонны бурильных или обсадных труб при свинчивании и развинчивании в процессе спуско-подъемных операций, при поисковом бурении и капитальном ремонте скважин. Привод — цепной или карданный. Роторное бурение.
  • Ротор — устройство управления поворотом антенны в направлении приёма или передачи сигнала.
  • Ротор — любое вращающееся тело в теории балансировки.
  • Ротор — система вентилятора.
Ротор (слева) и статор (справа) электродвигателя в разборе

В электротехнике:

  • Ротор — вращающаяся часть электрической машины (генератора или двигателя переменного тока внутри неподвижной части — статора). Ротор асинхронной электромашины обычно представляет собой собранное из листовой электротехнической стали цилиндрическое тело с пазами для размещения обмотки. Ротор в электромашинах постоянного тока называется якорем.
  • Ротор — автоматически управляемая машина (транспортное устройство, прибор), в которой заготовки двигаются вместе с обрабатывающими их орудиями по дугам окружности. Роторная печь. Ротороный экскаватор. Роторная линия (комплекс роторов).

В авиации:

В ветроэнергетике:

  • Ротор Дарье — составная часть вертикально-осевого ветрогенератора, крыльчатка которого представляет собой двояковыпуклые лопасти, закреплённые при помощи штанг на вертикально вращающейся оси.
  • Ротор Савониуса — составная часть вертикально-осевого ветрогенератора в виде двух смещенных относительно друг друга полуцилиндрических лопастей и небольшого (10—15 % от диаметра лопасти) перекрытия, которые образуют параллельно оси вращения роторы.

В судостроении:

  • Ротор Флеттнера — «парусная мачта» или заменяющий паруса ротор (на судне их устанавливается несколько), с помощью которого судно приводится в движение посредством ветра, благодаря эффекту Магнуса. Роторное судно Флеттнера.

Собственные имена:

9 типичных неисправностей электродвигателя и способы их устранения

В этом обзоре мы рассмотрим типичные неисправности трехфазных асинхронных электродвигателей и способы их предупреждения и устранения.

Электрические неисправности электродвигателя

Электрические неисправности двигателя всегда связаны с обмоткой.

  1. Межвитковое замыкание может возникнуть при ухудшении изоляции в пределах одной обмотки. Возможные причины: перегрев обмотки, некачественная изоляция, износ изоляции вследствие вибрации. Определить межвитковое замыкание бывает сложно. Основной метод диагностики – сравнение сопротивления и рабочего тока всех трех обмоток. Первые симптомы межвиткового замыкания – повышенный нагрев двигателя и падение момента на валу. При этом по одной из фаз ток больше, чем по двум другим.
  2. Замыкание между обмотками происходит из-за смещения обмоток, механической вибрации и ударов. При отсутствии должной электрической защиты может возникнуть короткое замыкание и пожар.
  3. Замыкание обмотки на корпус. При данной неисправности электродвигатель может продолжать работать, если неправильно выполнены заземление и защита от короткого замыкания. Однако в работе он будет смертельно опасен, так как его потенциал будет находиться под фазным напряжением.
  4. Обрыв обмотки. Эта неисправность равносильна пропаданию фазы. Если обрыв происходит в работе, то двигатель резко теряет мощность и начинает перегреваться. При правильно выполненной защите двигатель отключится, поскольку ток по другим фазам будет повышен.

Для устранения большинства из этих поломок требуется перемотка двигателя.

Механические неисправности электродвигателя

Механические неисправности электродвигателя связаны с его конструкцией.

  1. Износ и трение в подшипниках. Проявляется в повышении механической вибрации и шума при работе. В этом случае требуется замена подшипников, иначе неисправность приведет к перегреву и падению производительности двигателя.
  2. Проворачивание ротора на валу. Ротор может вращаться в магнитном поле статора, а вал будет неподвижен. Требуется механическая фиксация ротора на валу.
  3. Зацепление ротора за статор. Эта проблема связана с механической поломкой подшипников, их посадочных мест или корпуса двигателя. Кроме того, подобная неисправность приводит к повреждению обмотки статора. Практически не подлежит ремонту.
  4. Повреждение корпуса двигателя. Может происходить из-за ударов, повышенных нагрузок, неправильного крепления или низкого качества двигателя. Ремонт является трудоемким из-за трудностей соосной установки переднего и заднего подшипников.
  5. Проворачивание или повреждение крыльчатки обдува. Несмотря на то, что двигатель продолжит работать, он будет перегреваться, что существенно сократит срок его службы. Крыльчатку необходимо закрепить (для этого используется шпонка или стопорное кольцо) или заменить.

Аварийные ситуации при работе электродвигателя

Существуют неисправности, не связанные непосредственно с двигателем, но влияющие на его работу, характеристики и срок службы. Большинство этих неисправностей вызваны механической перегрузкой, увеличением тока, и, как следствие, перегревом обмоток и корпуса.

  1. Увеличение нагрузки на валу вследствие заклинивания привода либо приводимых механизмов.
  2. Перекос напряжения питания, который может быть вызван проблемами питающей сети либо внутренними проблемами привода.
  3. Пропадание фазы, которое может произойти на любом участке питания двигателя – от питающей трансформаторной подстанции до обмотки двигателя.
  4. Проблема с обдувом (охлаждением). Может возникнуть из-за повреждения крыльчатки двигателя при собственном охлаждении, из-за останова вентилятора внешнего принудительного охлаждения или вследствие значительного повышения температуры окружающей среды.

Способы защиты электродвигателя

Для защиты электродвигателя от внутренних и внешних неисправностей, а также для минимизации дальнейших трудозатрат по его ремонту применяют различные устройства.

1. Мотор-автоматы и тепловые реле

Мотор-автоматы (автоматы защиты двигателя) и тепловые реле используют для обнаружения превышения тока по одной или всем фазам двигателя. В случае превышения через некоторое время происходит отключение привода.

В отличие от мотор-автомата, у теплового реле нет силовой коммутации. Оно имеет только управляющий контакт, который размыкает питание силовой цепи. Мотор-автомат является самостоятельным коммутационным устройством, способным выключать двигатель.

Минус теплового реле заключается в отсутствии защиты от короткого замыкания. Мотор-автомат имеет защиту от перегрузки и электромагнитную защиту от короткого замыкания, которая мгновенно срабатывает и выключает двигатель при превышении тока уставки в 10-20 раз.

Данные устройства используются наиболее широко и при правильной установке и настройке способны с большой долей вероятности защитить электродвигатель и оборудование от поломки и других негативных последствий.

2. Электронные реле защиты двигателей

Данный вид защиты обеспечивает большой выбор различных защит. Основным элементом таких реле является микропроцессор, который анализирует мгновенные значения напряжения и тока и принимает решения на основе заданных настроек. Это может быть выдача сигнала на индикацию либо на отключение двигателя.

3. Термисторы и термореле

Когда по какой-то причине не сработала тепловая защита по перегрузке, последний рубеж обороны — термозащита. Внутрь обмотки устанавливается термочувствительный элемент (как правило, термистор или позистор), который меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. При пересечении порога срабатывает соответствующая защита, и двигатель отключается.

Возможно применение более простых дискретных термореле (термоконтактов), которые размыкают контрольную или тепловую цепь, что приводит к аварийной остановке электродвигателя.

4. Преобразователи частоты

Обычно преобразователи частоты располагают несколькими видами защиты – по превышению момента и тока, по превышению напряжения, обрыву фазы и проч. Кроме того, возможно ограничение момента и тока. В этом случае на двигатель будет подаваться напряжение с меньшим уровнем и частотой, если будет обнаружена перегрузка. При этом будет выдано соответствующее сообщение оператору, а двигатель может продолжать работать.

Также производители частотных преобразователей рекомендуют устанавливать защитный автомат на входе ПЧ, тепловое реле на выходе и термисторную защиту.

Другие полезные материалы:
Выбор электродвигателя для компрессора
Как определить параметры двигателя без шильдика?
Выбор мотор-редуктора для буровой установки

Обзоры — насосы DAB

Для качественного отопления и ГВС частных домов или коттеджей собственного давления в системах часто бывает недостаточно. Для экономии семейного бюджета и более быстрого прогрева помещений владельцам рекомендуется усовершенствовать эти системы с помощью циркуляционных насосов. Как показывает практика, благодаря улучшению циркуляции горячей жидкости затраты на отопление снижаются более чем на 20-30%.

Чтобы сделать быстрый и правильный выбор наиболее подходящего именно вам циркуляционного оборудования, следует более близко познакомиться с этими приборами, а также побольше узнать об их разновидностях и сфере применения.

Типы циркуляционных насосов

Конструкции этих устройств бывают двух видов: с воздушных охлаждением электродвигателя и мокрым ротором.

Циркуляционный насос с мокрым ротором. В этом насосном оборудовании ротор мотора находится в воде. То есть перекачиваемая жидкость проходит через него, одновременно смазывая подшипники и охлаждая сам двигатель. Такие устройства обладают большим количеством преимуществ:

  • Не требуют дополнительного ухода и техобслуживания;
  • Надежны в эксплуатации;
  • Низкий уровень шума;
  • Невысокая стоимость.

Единственный его минус – сниженный КПД , равный примерно 50%.

Циркуляционный насос с воздушным охлаждением электродвигателя. У этого устройства ротор не соприкасается с перекачиваемой жидкостью. Между ним и двигателем стоит специальное торцевое уплотнение вала.

Такие насосы обладают большим КПД – около 85%. Но следует учитывать, что они очень шумные. Поэтому производить установку циркуляционных насосов с воздушным охлаждением рекомендуется в отдельных помещениях с хорошей звукоизоляцией.

Циркуляционники с воздушным охлаждением используют, как правило, в системах отопления и водоснабжения большой производительности (общепромышленные), когда применение устройств с мокрым ротором нецелесообразно при необходимости напора свыше 15 м или расходе более 100 куб.м/час. Например, в больших котельных. В то время как насосами с мокрым ротором пользуются в основном на небольших системах (преимущественно в частных домах и коттеджах). В зависимости от модификации они могут работать как от однофазной, так и трехфазной электрической сети.

Сфера применения циркуляционных насосов с мокрым ротором

Это насосное оборудование широко применяется в бытовых системах отопления, холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования.

Для системы отопления «теплый пол» рекомендуется использование насоса с частотным регулированием. Объясняется это тем, что на теплом контуре зачастую устанавливается термореле с сервоприводом, которые служат для поддержания заданной температуры пола. Сервопривод может с высокой переодичностью менять расход в системе, следовательно происходит постоянное изменение расхода . Только в насосах с частотным регулированием есть автоматическая настройка под постоянное изменение расхода а системе (режим постоянного перепада), он способен сам подстраивать скорость вращения рабочего колеса. Если установить обычный насос в такую систему, он не сможет определить изменение нагрузки и будет работать в максимальном режиме, отсюда появляется шум от скорости потока, проходящего через сервоклапан и повышенное потребление электроэнергии. Например, при равных характеристиках насос с частотным регулированием потребляет в час от 4 до 44 Вт,  обычный насос потребляет около 70 Вт в час.

Похожий принцип работы в современных системах отопления, где расход системы регулируется термостатическими клапанами на радиаторах. 

Для систем горячего водоснабжения инженеры советуют использовать насосное оборудование, корпус которого выполнен из бронзы. Это обусловленно санитарными нормами, поскольку при использовании насосов с чугунным корпусом без катафорезного покрытия со временем может появиться неприятный «железный» запах. К тому же для этого вида циркуляционных насосов в целях экономии электроэнергии целесообразно применять модели с частотным регулированием. Справедливо напомнить, что рекомендуется производить нагрев жидкости в таких системах не выше, чем до 65 градусов Цельсия. Таким образом можно избежать образования в системе накипи. Ведь из-за скопления отложений на его поверхности ротор может заклинить и устройство выйдет из строя.

Преимущества использования циркуляционника в системе отопления

Установка циркуляционных насосов в системе отопления частного дома дает следующие преимущества:

  • Появляется возможность использовать более современные двухтрубные схемы отопления. При установке такого насоса владельцы могут самостоятельно регулировать температуру на каждом отдельном радиаторе системы или вовсе перекрыть какой-то из них в случае ненадобности.
  • Принудительная циркуляция жидкости в трубах увеличивает в них давление, за счет чего уменьшается частота и вероятность образования в системе воздушных пробок.

К тому же энергопотребление такого насоса является весьма небольшим, всего около 60-100 Вт/час.

Рекомендации по установке насосов такого типа
  • Кусочки ржавчины и окалины могут забивать рабочее колесо в насосах с мокрым ротором. Поэтому перед устройством рекомендуется ставить специальные фильтры, улавливающие мусор.
  • Установка насоса должна выполняться так, чтобы его рабочая ось была строго параллельна полу. В противном случае электродвигатель может выйти из строя по причине плохой смазки подшипников и завоздушивания.
  • Производить установку насоса необходимо в удобном месте, чтобы к нему всегда имелся свободный доступ для осуществления работ по ремонту или замене.
  • Устанавливать устройство с мощностью больше расчетной не рекомендуется. Установка более мощного насоса может стать причиной повышенных шумовых эффектов. К тому же, подвижные детали оборудования будут изнашиваться быстрее.
  • Устанавливать циркуляционник желательно на обратном трубопроводе, перед котлом, так как температура воды здесь является более низкой, что благоприятно сказывается на сроке службы устройства.

Как подобрать подходящий насос для дома

Для подбора подходящего циркуляционного насоса для дома необходимо знать следующую информацию:

  • Высоту от точки установки насоса до самой высоко расположенной в доме трубы радиатора.
  • Площадь отапливаемого помещения.
  • Примерные гидравлические потери, возникающие в трубе при движении жидкости.

Как правило, в стандартном частном доме величина гидравлического сопротивления приводит к потерям не более 0,1-0,2 атм или 1-2 метрам.

Сделаем примерный подбор для условного небольшого коттеджа площадью 150 кв.м. Первоначально определим напор насоса, который нам подойдет. Если брать за основу, что контур заполнен полностью водой и она циркулирует, напор нужно подобирать по гидравлическому сопротивлению. Например, если сопротивление = 6 метров, Нужно подбирвать насос на 6 метров напора.

Теперь определяем производительность оборудования. Для этого отапливаемую мощность переведем в нужное количество тепла. Для 10 м отапливаемой площади это 1кВт. Если дом качественно утеплен, то можно условно брать 0,8 кВт, при плохом утеплении – 1,2 кВт.

Итак, берем за основу, что у нас дом площадью 150 квадратных метров с толстыми и хорошо утепленными стенами. В этом случае 150/10 х 0,8 = 12 кВт или 12 х 0,86 = 10,32 ккал.

Теперь определяемся с разницей температур в системе отопления на подаче и на обратке. Рекомендуем брать за основу 20 градусов Цельсия. Большая разница может спровоцировать быстрый износ котла, а меньшая подразумевает покупку более мощного, а соответственно, и более дорогостоящего циркуляционного оборудования. К тому же оно будет потреблять гораздо больше электроэнергии.

Итого получаем: 10,32/20 = 0,516 куб.м/час.

Таким образом мы высчитали, что для хорошо утепленного двухэтажного дома площадью 150 кв.м нужен насос производительностью около 0,5 куб.м/час и напором 6 метров. Эти параметры нужно определять по второй скорости подбираемого насоса, а сам он должен быть трехскоростным.

Одним из мировых лидеров по производству циркуляционных насосов, предназначенных как для систем отопления, холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования, является итальянская компания DAB PUMPS S.p.A.

Если вы не можете самостоятельно определиться, какой из предложенных нами насосов подходит именно вам, обращайтесь к нашим менеджерам. Они профессионально проконсультируют вас по всем интересующим вопросам, а также помогут просчитать и подобрать наиболее соответствующее по мощности и прочим параметрам насосное оборудование.

Асинхронный двигатель с ротором

— обзор

3.1.3.1 Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока бывают трех основных типов: асинхронные, синхронные и последовательные, и определяются следующим образом:

Асинхронные двигатели. Асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором первичная обмотка на одном элементе (обычно статоре) подключена к источнику питания, а многофазная вторичная обмотка или вторичная обмотка с короткозамкнутым ротором — на другом элементе (обычно роторе). несет индуцированный ток.Есть два типа:

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это двигатель, в котором вторичная цепь состоит из обмотки с короткозамкнутым ротором, подходящей для размещения в пазах вторичного сердечника.

Асинхронный двигатель с фазным ротором. Асинхронный двигатель с фазным ротором — это асинхронный двигатель, в котором вторичная цепь состоит из многофазной обмотки или катушек, выводы которых либо закорочены, либо замкнуты посредством соответствующих цепей.

Синхронный двигатель. Синхронный двигатель — это синхронная машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.

Двигатель с последовательной обмоткой. Двигатель с последовательной обмоткой — это двигатель, в котором цепь возбуждения и цепь якоря соединены последовательно.

Многофазные двигатели. Многофазные двигатели переменного тока бывают с короткозамкнутым ротором, с фазным ротором или синхронными.

Дизайнерские письма. Многофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и интегральной мощностью могут быть одного из следующих:

Конструкция A.Конструкция A Двигатель представляет собой двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для выдерживания пуска при полном напряжении и развития крутящего момента заторможенного ротора, как показано в MG 1-12. 37, крутящего момента, как показано в MG 1-12.39, момента пробоя, как показано в MG 1-12.39. MG 1-12.38 с током заторможенного ротора, превышающим значения, указанные в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.25 для 50 Гц, и имеющий скольжение при номинальной нагрузке менее 5 % . Двигатели с 10 или более полюсами могут иметь скольжение немного больше 5 % .

Конструкция Б .Двигатель конструкции B — это двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для того, чтобы выдерживать пуск при полном напряжении и развивать крутящий момент с заторможенным ротором, пробой и тяговый момент, достаточный для общего применения, как указано в MG 1-12.37, MG 1-12.38 и MG 1. -12.39, потребляющий ток заторможенного ротора, не превышающий значений, указанных в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.35 для 50 Гц, и имеющий скольжение при номинальной нагрузке менее 5 % . Двигатели с 10 и более полюсами могут иметь скольжение немного больше 5 % .

Конструкция С . Двигатель конструкции C — это двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для того, чтобы выдерживать запуск при полном напряжении и развивать крутящий момент с заторможенным ротором для специальных применений с высоким крутящим моментом до значений, указанных в MG 1-12.37, крутящий момент при подъеме, как показано в MG 1- 12.39, момент пробоя до значений, указанных в MG 1-12.38, с током заторможенного ротора, не превышающим значений, указанных в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.35 для 50 Гц, и с проскальзыванием при номинальной нагрузке. менее 5 % .

Конструкция D . Двигатель конструкции D — это двигатель с короткозамкнутым ротором, который выдерживает пуск при полном напряжении и развивает высокий крутящий момент заторможенного ротора, как показано в MG 1-1.37 с током заторможенного ротора не более, чем указано в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.35 для 50 Гц, и имеющим скольжение при номинальной нагрузке 5 % или более.

Однофазные двигатели. Однофазные двигатели переменного тока обычно представляют собой асинхронные или последовательные двигатели, хотя однофазные синхронные двигатели доступны в меньших номиналах.

Дизайнерские письма. Однофазные двигатели с интегральной мощностью могут быть одной из следующих:

Конструкция L.Двигатель A конструкции L представляет собой однофазный двигатель со встроенной мощностью в лошадиных силах, предназначенный для выдерживания пуска при полном напряжении и развития момента пробоя, как показано в MG 1-10.33, с током заторможенного ротора, не превышающим значений, указанных в MG 1- 12.33.

Конструкция M. Двигатель конструкции M представляет собой однофазный двигатель со встроенной мощностью в лошадиных силах, разработанный, чтобы выдерживать пуск при полном напряжении и развивать момент пробоя, как показано в MG 1-10.33, с током заторможенного ротора, не превышающим значения указаны в MG 1-12.33.

Однофазные двигатели с короткозамкнутым ротором. Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором классифицируются и определяются следующим образом:

Двухфазный двигатель. Двигатель с расщепленной фазой — это однофазный асинхронный двигатель, оснащенный вспомогательной обмоткой, смещенной в магнитном положении от основной обмотки и подключенной параллельно с ней. Примечание: Если не указано иное, предполагается, что вспомогательная цепь размыкается, когда двигатель достигает заданной скорости.Термин «двигатель с расщепленной фазой», используемый без уточнения, описывает двигатель, который будет использоваться без сопротивления, отличного от импеданса, обеспечиваемого самими обмотками двигателя, другие типы определены отдельно.

Двигатель с сопротивлением пуска. Двигатель с резистивным пуском — это двигатель с расщепленной фазой, сопротивление которого последовательно подключено к вспомогательной обмотке. Вспомогательная цепь размыкается, когда двигатель достигает заданной скорости.

Конденсаторный двигатель. Конденсаторный двигатель — это однофазный асинхронный двигатель с основной обмоткой, предназначенной для прямого подключения к источнику питания, и вспомогательной обмоткой, соединенной последовательно с конденсатором. Существует три типа конденсаторных двигателей, а именно:

Двигатель с конденсаторным пуском. Двигатель с конденсаторным запуском — это двигатель с конденсатором, в цепи которого конденсаторная фаза присутствует только в течение периода пуска.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов. Конденсаторный двигатель с постоянным разделением каналов — это конденсаторный двигатель, имеющий одинаковое значение емкости как для пусковых, так и для рабочих условий.

Конденсаторный двигатель с двумя значениями. Конденсаторный двигатель с двумя номиналами — это конденсаторный двигатель, использующий разные значения эффективной емкости для условий запуска и работы.

Двигатель с расщепленными полюсами. Двигатель с расщепленными полюсами — это однофазный асинхронный двигатель, снабженный вспомогательной короткозамкнутой обмоткой или обмотками, смещенными в магнитном положении от основной обмотки. Это приводит к самозапуску двигателя.

Однофазные двигатели с фазным ротором. Двигатели с одинарным ротором определяются и классифицируются следующим образом:

Отталкивающий двигатель. Отталкивающий двигатель — это однофазный двигатель, имеющий обмотку статора, предназначенную для подключения к коммутатору. Щетки на коммутаторе закорочены и размещены так, чтобы совмещать магнитную ось обмотки статора. Этот тип двигателя имеет вариаторную характеристику.

Асинхронный двигатель с отталкиванием. Асинхронный двигатель с отталкивающим запуском — это однофазный двигатель, имеющий те же обмотки, что и отталкивающий двигатель, но при заданной скорости обмотка ротора замкнута накоротко или иным образом соединена, чтобы получить эквивалент обмотки с короткозамкнутым ротором. Этот тип двигателя запускается как отталкивающий двигатель, но работает как асинхронный двигатель с характеристиками постоянной скорости.

Отталкивающий асинхронный двигатель. Отталкивающий асинхронный двигатель — это разновидность отталкивающего двигателя, который имеет короткозамкнутую обмотку в роторе в дополнение к обмотке отталкивающего двигателя. Двигатель этого типа может иметь характеристику постоянной скорости (см. MG1-1.30) или переменной скорости (см. MG 1-1.31).

Универсальные моторы. Универсальный двигатель — это двигатель с последовательной обмоткой, предназначенный для работы примерно с одинаковой скоростью и выходной мощностью как на постоянном, так и на однофазном переменном токе с частотой не более 60 циклов / с и примерно одинаковым среднеквадратичным напряжением.Есть два типа:

Двигатели с серийной обмоткой. Двигатель с последовательной обмоткой — это коллекторный двигатель, в котором цепь возбуждения и цепь якоря соединены последовательно.

Двигатель с компенсацией серии. Компенсированный последовательный двигатель — это последовательный двигатель с компенсирующей обмоткой возбуждения. (Компенсирующая обмотка возбуждения и последовательная обмотка возбуждения могут быть объединены в одну обмотку возбуждения.)

Основы испытаний двигателя (и ротора)

Электродвигатели могут быть дорогими, а могут и не стоить, но они почти всегда дороже. ремонт.Следует уделять должное внимание мерам по предотвращению неисправностей двигателя, особенно при использовании сложного двигателя, поскольку ремонт может привести к значительным дорогостоящим задержкам и простоям. Предлагаются услуги по тестированию двигателя, чтобы убедиться, что ваш двигатель работает правильно, путем тестирования определенных стандартных параметров, которые могут выявить потенциальные риски. Существует множество видов услуг по тестированию двигателей, которые могут не только предотвратить сбои, но и убедиться, что двигатель работает на оптимальном уровне. В этой статье будут рассмотрены основы моторного тестирования и какие типы моторного тестирования предусмотрены.

Установка испытательного оборудования для вращательной балансировки двигателей и роторов.

Изображение предоставлено: Test Devices, Inc.

Что такое моторные испытания?

Основная цель моторного тестирования — оценить целостность мотора и, в конечном итоге, предотвратить возникновение ненужного отказа. Электродвигатели — это машины с высокой степенью интеграции, которые могут вызывать неисправности во многих областях, и, если их оставить без присмотра, поврежденный двигатель может привести к опасным условиям работы. При испытании электродвигателя оцениваются статические параметры, такие как изоляция (барьеры между соединениями обмоток / обмотка с землей), повреждение проводов, утечка тока и / или динамические параметры, такие как баланс, повышение температуры, искажение и т. Д.Механические испытания двигателя часто включают оценку ротора двигателя на предмет трещин и коротких замыканий. Каждый тест может применяться к большинству двигателей переменного и постоянного тока, но каждый метод тестирования зависит от конструкции и применения оцениваемого двигателя.

Зачем проверять двигатель?

Настоятельно рекомендуется провести испытания двигателя, поскольку повреждение электродвигателя часто становится необратимым (известное как «повреждение сердечника»). Ранее вышедший из строя двигатель никогда не будет работать с такой же эффективностью, даже если его отремонтировать, поэтому тестирование может убедиться, что двигатель сохраняет свои рабочие характеристики в течение максимального значения своего полезного срока службы.Испытания электродвигателей обычно являются первым элементом бюджета, который сокращается при попытке сэкономить деньги на проекте, но если вы откладываете время и деньги на испытания электродвигателей, это снизит количество отказов, повысит эффективность и обеспечит безопасность оператора. Хотя тестирование двигателя утомительно и сложно, оно того стоит, поскольку счет за тестирование двигателя всегда меньше, чем счет за замену двигателя (не говоря уже о потерях, связанных с задержками и простоями системы). Доступны службы, которые проведут это тестирование за вас, предоставив профессиональную оценку без каких-либо проблем, связанных с тестированием вашего двигателя самостоятельно.

Виды моторных испытаний

В этой статье будут рассмотрены некоторые общие электрические испытания, а затем некоторые механические испытания. Электрические испытания включают измерение тока, сопротивления или электрических свойств двигателей, в то время как механические испытания часто ищут повреждения / дефекты внутри ротора, которые могут вызвать дисбаланс. Обратите внимание, что существует множество методов диагностики проблем в двигателе, и методы, представленные в этой статье, являются лишь наиболее распространенными используемыми тестами. Поскольку существует множество способов отказа двигателя, существует по крайней мере столько же (если не больше) способов проверить целостность двигателя.Кроме того, большинство этих тестов используются вместе друг с другом для проверки результатов, а также для получения наиболее точной картины состояния моторики.

Электрические испытания

Испытание сопротивления изоляции

Эти электрические испытания позволят выявить проблемы в обмотках двигателя, использующих сопротивление. Он обеспечивает проверку качества сопротивления изоляции (IR), которое начинает ухудшаться, как только двигатель будет использоваться из-за температурных воздействий. Двигатели, работающие в суровых условиях (высокая влажность, грязь, частицы), могут нуждаться в регулярных проверках ИК-излучения, чтобы избежать каких-либо сбоев, поскольку небольшие короткие замыкания из-за влаги или пыли могут привести к серьезным проблемам, если их не обнаружить.ИК-тестирование может выявить мертвые кабели, короткие замыкания, ослабленные соединения, разомкнутые цепи или любую другую явную проблему с обмоткой, которая может изменить сопротивление обмотки. Эти измерения сопротивления должны корректироваться на температуру после каждого испытания; Таким образом, измерения сопротивления стандартизируются при сравнении с течением времени. Этот тест также можно использовать для балансировки трехфазных двигателей, поскольку междуфазное сопротивление каждой обмотки можно сравнить, чтобы увидеть, чем они отличаются друг от друга. Обратите внимание, что эти тесты обычно проводятся на автономных двигателях, то есть двигателях, которые были отключены от источника питания для безопасности и простоты проверки.

Тестер сопротивления изоляции (известный как «мегомметр») часто используется для быстрой оценки сопротивления изоляции двигателя. Это устройство использует постоянное напряжение (100-5000 + В) для обнаружения пробоя изоляции внутри двигателя. Подобно мультиметру, мегомметр имеет два вывода, один из которых подключается к земле, а другой — к определенным выводам двигателя. Если мегомметр показывает низкое значение сопротивления при подключении к двигателю, это означает, что путь к земле нарушен и двигатель необходимо отремонтировать. И наоборот, если мегомметр показывает высокое значение сопротивления, это означает, что он не обнаруживает серьезных утечек в целостности провода. Это простой неинвазивный тест, который предоставляет основную информацию об утечке тока, неисправностях обмотки и чрезмерном загрязнении, но из-за низкого напряжения некоторые неисправности останутся незамеченными.

Тест индекса поляризации
Тестеры индекса поляризации (PI)

(иногда называемые тестерами пробоя диэлектрика) используются для оценки состояния изоляции, определения накопления загрязняющих веществ, а также физических изменений в изоляции. Тест включает в себя положительную зарядку проводов двигателя и отрицательную зарядку рамы в течение ~ 10 минут.Тест измеряет и отображает изменение тока в течение этих 10 минут, когда здоровая изоляция будет «заряжаться» или уменьшать ток, в то время как нездоровая изоляция останется неизменной. Это испытание становится все труднее использовать в качестве отдельного приемочного испытания из-за более новых систем изоляции, но по-прежнему полезно в сочетании с другими испытаниями для проверки результатов.

Тест ступенчатого напряжения

Испытание ступенчатым напряжением гарантирует, что изоляция заземляющей стены и кабели могут работать во время обычных ежедневных скачков напряжения, которые обычно наблюдаются во время запуска / замедления. Это выполняется на отключенном двигателе путем подачи напряжения постоянного тока на все фазы, удерживания его в течение заданного времени, увеличения этого напряжения на некоторый «шаг», повторного удержания и т.д., пока не будет достигнуто целевое испытательное напряжение. Утечка тока отображается после каждого шага, и полученный график показывает состояние изоляции стены заземления. Если рост тока утечки после испытания меньше, чем в два раза, изоляция двигателя в порядке, но если значение больше, чем в два раза, можно предположить наличие слабых мест, и испытание следует прекратить, а двигатель проверить на предмет возможного ремонта.

Испытание на скачок напряжения

Испытание на импульсные перенапряжения — одно из немногих испытаний, способных обнаружить слабые места в изоляции медь-медь или области с наивысшим уровнем электрических отказов в двигателях (более 80% отказов статора происходит при слабом межсоединении. поверните точки изоляции). Это очень важный тест, поскольку межвитковая изоляция двигателя определяет надежность двигателя. Эти тесты посылают импульсы с повышением напряжения до заданного напряжения по одной фазе, генерируя их таким образом, чтобы имитировать пики запуска / замедления.Волновые диаграммы собираются из «скачков», обеспечивая сравнение импульсов, которые могут выявить слабые места в изоляции. Если заданное напряжение достигается без каких-либо изменений частоты на графике, то межвитковая изоляция двигателя исправна, но любые сдвиги в форме волны указывают на слабость в этой конкретной области.

Механические испытания (ротор)

Тест Growler

Тест гроулера — это первое испытание, используемое для определения скачков тока через стержень ротора, вызванных перегоревшими проводами, неплотными слоями или растрескиванием.Он выполняется с ротором, полностью отделенным от статора и подключенным к гроулеру якоря — катушке из проволоки, намотанной на железный сердечник, подключенный к источнику переменного тока. Этот гроулер действует как трансформатор с открытым концом, который вводит переменный ток в якорь ротора с целью проверки наличия закороченных витков. Оператор держит щуп (обычно лезвие ножовки) на верхней части ротора и вращает ротор вокруг, ища любую область, где щуп вибрирует или «рычит».Если это происходит, это означает, что существует некоторая проблема с генерируемым магнитным полем и, следовательно, некоторая механическая проблема с ротором. Обратите внимание, что этот тест может быть очень опасным, поскольку в нем используется конструкция трансформатора с открытым концом, поэтому наличие квалифицированных специалистов обязательно.

Испытание однофазного ротора

Однофазный тест ротора используется для поиска трещин на стержнях ротора и проводится с двигателем, который все еще находится в рабочем состоянии, но отключен от источника питания. Когда стержень ротора треснул, в нем не будет индуцироваться ток, изменяющий ток, подаваемый на ротор.В ходе теста на двигатель подается однофазное питание, и тестер медленно вращает ротор, а аналоговый измеритель контролирует одну фазу на предмет любых колебаний потребляемого тока. Если никаких изменений в амперах не обнаружено, значит, разрывов нет, но любое увеличение или уменьшение тока статора предполагает наличие одного или нескольких треснувших стержней ротора.

Испытание сильноточного ротора

Путем подачи сильного тока через вал ротора, когда он отделен от двигателя, тепловое сканирование внешнего диаметра может выявить закороченные пластинки.Любые короткие замыкания будут проявляться в виде «горячих точек» на тепловом изображении, а это означает, что любой ток, протекающий через ротор, будет нагревать эти точки неравномерно. Такое неравномерное распределение тепла может вызвать изгиб и дисбаланс ротора, а также преждевременное растрескивание стержня ротора.

Анализ спектра тока

Этот тест проводится при нагрузке двигателя 50–100% и измеряет обратную ЭДС, создаваемую ротором в обмотках статора. Этот противоток является функцией полюсов двигателя и частоты скольжения (если присутствует скольжение) и будет отображаться на графиках спектрального анализа в виде пиков «боковой полосы» около частоты питающей сети (60 Гц в Северной Америке, 50 Гц в Европе). .Если эти пики особенно велики, они предполагают наличие нескольких сломанных стержней ротора, которые можно определить по отношению частоты боковой полосы к частоте источника питания. Этот тест является одним из самых точных и надежных тестов роторов на предмет повреждения прутка.

Анализ спектра колебаний

Под нагрузкой и нормально работающий двигатель, и сломанные стержни ротора будут вибрировать с определенной частотой. Вибрации в двигателе модулируются со скоростью, равной количеству полюсов, умноженному на частоту скольжения, и анализаторы вибрации используются для определения изменений вибраций, потенциально связанных с неисправностями.Любые трещины на стержнях ротора увеличивают амплитуду частоты колебаний при увеличении нагрузки. Специалисты по анализу вибрации могут получить данные о вращении ротора и разделить частоту вибрации на составляющие ее частоты (с помощью анализа быстрого преобразования Фурье), чтобы выявить признаки трещин на стержнях ротора. Это тест высокого уровня, который также используется при балансировке роторов и требует для выполнения специализированных технических специалистов. Специализированные поставщики услуг могут выполнять такого рода услуги, когда даже работающие роторы могут быть сбалансированы, чтобы работать тише и без колебаний.

Сводка

В этой статье представлено понимание основ тестирования электродвигателей. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

  1. https://www.plantservices.com/articles/2019/back-to-basics-fundamentals-of-motor-testing/
  2. https://www.testandmeasurementtips.com/basics-motor-testing/
  3. https: // www.brighthubengineering.com/commercial-electrical-applications/115939-how-to-test-a-three-phase-electric-motor/
  4. https://carelabz.com/what-is-electric-motor-testing-and-why-is-it-done/
  5. https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp. jsp?arnumber=7355350
  6. https://www.pumpsandsystems.com/motors/september-2014-basics-spectral-resolution-motor-vibration-analysis
  7. https://www.testdevices.com/blog/what-is-rotor-balancing-and-why-is-it-essential

Прочие изделия из двигателей

Больше от Instruments & Controls

Типы ротора трехфазного асинхронного двигателя

Есть два типа роторов асинхронных двигателей:

  1. Ротор с короткозамкнутым ротором или просто ротор с короткозамкнутым ротором.
  2. Роторы с фазовой или фазовой обмоткой. Двигатели, в которых используется этот тип ротора, известны как роторы с контактным кольцом.

Ротор с короткозамкнутым ротором:

Двигатель с короткозамкнутым ротором работает по принципу Электромагнетизм . Он состоит из ротора, статора и других частей, таких как подшипники, многослойный цилиндрический сердечник, вал и т. Д.

Подшипники в двигателе с сепаратором ротора предназначены для уменьшения трения между вращающейся и неподвижной частями машины. Ротор двигателя состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными пазами для несения проводников ротора.Проводники ротора не являются проводами, а состоят из тяжелых стержней из меди, алюминия или сплава. Вал используется в двигателе для передачи механической энергии от или к машине. Статор — это внешняя неподвижная часть двигателя.

Рисунок: Ротор клетки

Преимущества перекоса проводников сепаратора ротора:

  1. Помогает снизить шум во время работы и обеспечить равномерный крутящий момент.
  2. Во время блокировки зубья ротора и статора притягиваются друг к другу из-за магнитного поля, и эта тенденция к блокировке уменьшается в двигателе с кожухом.

Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом:

Ротор с обмоткой состоит из якоря с прорезями. Изолированные проводники вставляются в пазы и соединяются, образуя трехфазную двухслойную распределенную обмотку, аналогичную обмотке статора. Обмотки ротора соединены звездой.

Обмотки ротора распределены равномерно и обычно соединяются звездой, причем выводы выводятся из машины через контактные кольца, размещенные на валу. Нарезание токосъемных колец выполняется с помощью угольных медных щеток.Конструкция с фазным ротором обычно используется для крупногабаритных машин, где требования к пусковому крутящему моменту являются жесткими. Внешнее сопротивление может быть добавлено в цепь ротора через контактное кольцо для уменьшения пускового тока и одновременно пускового момента.

Рисунок: Асинхронный двигатель с контактным кольцом

Разница между обоймой и обмоткой роторов:

Преимущества сепаратора ротора:

  • Роторы с сепаратором имеют прочную конструкцию и дешевле, чем роторы с обмоткой.
  • Эти роторы не имеют щеток, что снижает риск искрообразования.
  • Требуется гораздо меньше обслуживания.
  • Они обладают высоким КПД и повышенным коэффициентом мощности.

Преимущества роторов с намоткой:

  • Роторы с обмоткой имеют высокий пусковой момент и низкий пусковой ток по сравнению с роторами с сепаратором.
  • В случае роторов с обмоткой, мы можем подключить дополнительные роторы в цепь ротора для управления скоростью.

Электродвигатель | Британника

Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть подключены по схеме «звезда», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, или по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.

Принцип работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести мгновений цикла. Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t 1 на чертеже ток в фазе a является максимальным положительным, тогда как ток в фазах b и c составляет половину отрицательного значения.Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t 2 на рисунке (т.е. одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как в фазе b и фазе a составляет половину значения. положительный. В результате, как показано на рисунке для t 2 , снова будет синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки.Исследование распределения тока для t 3 , t 4 , t 5 и t 6 показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени. Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Вращательное движение магнитного поля по отношению к проводникам ротора вызывает индуцирование в каждом из них напряжения, пропорционального величине и скорости поля относительно проводников. Поскольку проводники ротора закорочены друг с другом на каждом конце, в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника.На этом рисунке показана диаграмма токов ротора за момент времени t 1 рисунка. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (то есть вращающий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается.Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.

Британская энциклопедия, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле в присутствии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Полный ток статора в каждой фазной обмотке складывается из синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичное напряжение питания находится в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до примерно 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности до примерно 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласуется со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле совершает один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже полевой скорости (часто называемой синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты, построив машину с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которые должны быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.

Ротор и статор электродвигателя

При создании традиционной электрической машины (двигателя или генератора) идея состоит в том, чтобы очень равномерно распределить поток по поверхностям ротора и статора, где они контактируют с воздушным зазором. Это означает использование либо сталей с ориентированными зернами и небольшого поворота каждого слоя относительно предыдущего, чтобы обеспечить относительно равномерный путь потока, либо использование стали с неориентированным зерном и распределение флюса самостоятельно.

Стали с ориентированным зерном хороши для снижения намагничивающего потока — при условии, что зерна в каждой пластине выровнены в одном направлении. Это также может помочь уменьшить паразитные потери и потери от завихрений (поток, идущий параллельно валу и не выполняющий полезной «работы»).

На большинство электротехнических сталей, используемых в конструкции статора и ротора, также нанесено изолирующее покрытие; некоторые из них являются органическими материалами, а некоторые — неорганическими материалами (на основе растворителей). Выбор обычно делается на основе сочетания температурного градиента и местных законов окружающей среды. Неорганические (растворители) материалы обычно могут выдерживать более высокие температуры, но они гораздо менее экологичны при производстве материала покрытия или при отверждении покрытия после его нанесения.

Поскольку большинство покрытий наносится после прокатки до толщины, это обычно холоднокатаные стали. Использование холоднокатаного или горячекатаного материала также может быть основано на геометрии зуба / паза: для очень узких зубцов, требующих «постобработки» для покрытия, часто используется горячекатаный прокат, потому что материал будет лучше сохранять свою геометрию при температурах. используется для отверждения покрытия.

Перекос — это взаимосвязь между «поворотом» ротора и «поворотом» статора. Каждый производитель индивидуален; и разные машины (синхронные, индукционные, с постоянным магнитом, постоянного тока) подходят к этому по-разному.Например — обычно легче перекосить листы статора машины переменного тока, потому что вставлять катушки легче. Для машины постоянного тока перекос ротора предпочтителен по той же причине. Величина перекоса обычно составляет один шаг паза … что означает, что на одном конце машины центральная линия паза совмещена с осевой линией зуба противоположного конца.

Ориентация зерен применима только к ламинированной стали … но не к материалам проводников.

Энергоэффективный подшипник на самом деле неправильное название.Однако их можно рассматривать как такие, которые имеют относительно низкие коэффициенты трения и, следовательно, низкие тепловые потери (так что вам не нужно использовать дополнительную энергию для охлаждения смазки). В более широком плане они также использовали бы смазку, которая менее энергоемка для производства и / или требует меньшей замены.

Патент США на роторное устройство для электродвигателя и / или генератора, ротор и двигатель с таким роторным устройством, а также Патент на способ производства (Патент № 11081915, выдан 3 августа 2021 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка на патент является продолжением международной заявки №PCT / DE2016 / 200507, поданная 9 ноября 2016 г., которая основана на заявке Германии № DE 10 2015 121 102.5, поданной 3 декабря 2015 г., и испрашивает приоритет по ней, обе из которых включены в настоящий документ посредством ссылки в своих целостности.

Уровень техники (1) Область изобретения

Изобретение относится к роторному устройству для электродвигателя и / или генератора. Кроме того, изобретение относится к ротору и двигателю с таким роторным устройством, а также к способу изготовления такого роторного устройства.

(2) Описание уровня техники, включая информацию, раскрытую в соответствии с 37 CFR 1.97 и 1.98

Термин «электродвигатель» относится к электромагнитному преобразователю, который преобразует электрическую энергию в механическую. При этом используется физический принцип, согласно которому проводник с током создает магнитное поле, а различные магнитные поля действуют друг на друга. Эти силы также называют силами Лоренца. Электродвигатель, который может генерировать вращательное движение, обычно содержит вращающийся компонент (также называемый ротором) и стационарный или фиксированный компонент (также называемый статором).Здесь отдельные магнитные поля генерируются в каждом случае в роторе и в статоре, причем магнитные поля генерируются, по меньшей мере, одним из компонентов с помощью одной или нескольких токоведущих катушек. Также существует возможность создания одного из магнитных полей с помощью постоянных магнитов или полевых магнитов. Магниты, например, вставляются в соответствующие приемные карманы в роторе.

Роторное устройство указанного типа известно, например, из DE 20 2012 103 438 U1.Ранее известное роторное устройство содержит пакет слоистого материала сердечника ротора, состоящий из нескольких слоёв сердечника ротора, соединенных друг с другом в осевом направлении, при этом пакет слоистого материала сердечника ротора содержит приемные карманы, в которых размещены постоянные магниты. Постоянные магниты удерживаются в приемных карманах литейным материалом. Приемные карманы или постоянные магниты с одной стороны прикрыты опорным кольцом.

В случае бесщеточных двигателей постоянного тока необходимо точно контролировать индивидуальное развитие ротора в заранее определенные моменты времени.Для этого контроллеру нужна информация о текущем положении ротора. Обычно это происходит с помощью магнитного колеса, которое устанавливается на торце ротора. При этом необходимо следить за тем, чтобы магнитное колесо было точно выровнено по отношению к ротору, чтобы на контроллер передавалась правильная информация о текущем положении ротора. В ранее известном роторном устройстве согласно DE 20 2012 103 438 U1 для установки и выравнивания магнитного колеса требуются дополнительные производственные операции, что увеличивает производственные затраты на такие роторные устройства, особенно в случае серийного производства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в разработке усовершенствованного роторного устройства, которое позволяет просто и экономично прикрепить магнитное колесо. Кроме того, целью изобретения является определение ротора, двигателя с таким роторным устройством, а также способа производства.

Изобретение основано на идее создания роторного устройства для электродвигателя и / или генератора с корпусом ротора и множеством магнитов, причем корпус ротора содержит гнездо вала ротора и множество гнезд магнитов, расположенных соосно с седло вала ротора и магниты расположены в гнездах для магнитов.Магниты жестко позиционируются и устанавливаются в корпусе ротора, в частности в гнездах магнитов, с помощью формовочной пластмассы, впрыскиваемой в гнезда магнитов, при этом формовочная пластмасса образует по крайней мере один элемент крышки, который закрывает отверстия магнитные гнезда хотя бы частично. Элемент крышки содержит по меньшей мере одно средство центрирования магнитного колеса и / или по меньшей мере одно средство центрирования магнитного колеса.

Литье пластика дает преимущество экономичной, надежной и постоянной фиксации блочных магнитов в ламинированном пакете сердечника ротора.При этом одновременно могут быть отформованы до двух кольцевых торцевых поверхностей или закрывающих элементов, на которые может быть запрессован хотя бы один шарикоподшипник, то есть с использованием посадки с натягом. В этом случае формованный элемент крышки сформирован или расположен на одном конце корпуса ротора, а другой необязательный элемент крышки сформирован или расположен на другом, противоположном конце корпуса ротора. Благодаря формованию магнитного колеса можно отказаться от другой детали, которая поддерживает ротор или выдерживает процесс посадки с натягом на вал двигателя.

Средство центрирования магнитного колеса служит для центрирования магнитного колеса на валу ротора. Средство центрирования магнитного колеса, таким образом, обеспечивает центрированное или соосное выравнивание магнитного колеса и позволяет избежать дисбаланса. Средство центрирования магнитного колеса также имеет функцию остановки, благодаря чему устраняется общеизвестный «эффект прерывистого скольжения» и становится возможной более точная установка в результате фиксации подшипника с натягом.

Средство регулировки магнитного колеса служит для выравнивания магнитного колеса для обеспечения правильной коммутации.Таким образом предотвращается угловое смещение магнитных полюсов между активными магнитами ротора и магнитным колесом, которое может привести к ошибочной коммутации. В этом случае положение ротора может быть определено во многих приложениях с помощью трех переключаемых датчиков Холла посредством выравнивания магнитного колеса.

В предшествующем уровне техники магниты ротора часто просто удлиняли для определения положения ротора. Эти удлиненные магниты имеют недостаток, заключающийся в том, что они часто состоят из материала магнитов из редкоземельных металлов и, следовательно, очень дороги.С другой стороны, это значительно увеличивает момент инерции ротора, в результате чего ухудшаются ускоряющие и тормозные способности. Таким образом, чтобы устранить эти недостатки, сама собой напрашивается идея установки отдельного магнитного колеса, состоящего из ферритовых магнитов или ферритовых магнитов с пластмассовой связкой или редкоземельных магнитов, на роторе, в частности на элементе крышки, с использованием вышеупомянутых средств.

В связи с настоящим изобретением следует отметить, что термин «ламинированный пакет сердечника ротора» обычно относится к корпусу ротора с множеством металлических дисков или металлических слоев, которые расположены вместе и лежат друг на друге. , образуют корпус ротора.Металлические диски в основном электрически изолированы друг от друга с помощью лака или ламината, чтобы подавить вихревые токи, возникающие из-за изменяющегося магнитного поля, и, таким образом, уменьшить потери и тепло, производимые током.

Средство центрирования магнитного колеса предпочтительно отформовано за одно целое с элементом крышки в виде изолирующего кольца. Изолирующее кольцо имеет то преимущество, что его можно легко изготавливать при невысокой стоимости. Изолирующее кольцо, в частности, может быть отформовано как единое целое во время формирования закрывающего элемента.Средство центрирования магнитного колеса представляет собой, в частности, вставку вокруг вала ротора. Также было доказано преимущество того, что изолирующее кольцо может предпочтительно служить как средством центрирования магнитного колеса, так и средством выравнивания магнитного колеса, если, например, внешняя поверхность спроектирована с выравнивающими элементами. Это тот случай, когда изолирующее кольцо не является телом вращения, но имеет углубления и / или края, как, например, в случае винта с шестигранной головкой. В результате магнитное колесо можно установить на изолирующее кольцо только с определенным выравниванием.

Средство регулировки магнитного колеса может быть залито на элементе крышки как по меньшей мере один штифтовый элемент. Штыревой элемент можно легко изготавливать с низкими затратами, и, в частности, он также может быть отформован как единое целое во время формирования закрывающего элемента.

В предпочтительном варианте выполнения элемент крышки имеет отверстие, совпадающее с гнездом вала ротора. Это дает преимущество, заключающееся в том, что между валом ротора и закрывающим элементом возникает уплотнение, когда вал ротора вставлен.

Также было доказано, что выгодно, когда закрывающий элемент имеет дискообразную и / или кольцевую форму. Благодаря форме диска формируется круглая и плоская плоскость, которая не создает дисбаланса, а лишь создает небольшой дополнительный вес на роторе. Кольцевая форма имеет те же преимущества, что и форма диска, и имеет еще меньший вес.

Элемент крышки предпочтительно имеет зубчатую кромку, причем каждый зуб зубчатой ​​кромки расположен в каждом случае между двумя гнездами магнитов.Благодаря зубьям обеспечивается хороший контакт между элементом крышки и формовочной пластиковой смесью, впрыскиваемой в ротор. Таким образом усиливается и улучшается крепление элемента крышки на роторе, а также установка литьевого формовочного компаунда. Пластиковая формовочная масса и, следовательно, вес и стоимость могут быть дополнительно уменьшены за счет полостей, углублений или углублений, образованных между зубьями.

Корпус ротора предпочтительно выполнен в виде одной или нескольких частей, в частности, в виде многослойного пакета сердечника ротора, в котором гнезда для магнитов полностью вмещают магниты.Железные сердечники, изготовленные из твердого материала в качестве корпусов ротора, могут быть менее дорогостоящими, но в генераторах и машинах, в частности в трансформаторах, имеют тот недостаток, что вихревые токи возникают под влиянием изменяющихся магнитных полей. Эти индуцированные вихревые токи приводят к потерям и нагревают сердечник с увеличением частоты. Составной железный сердечник, в частности многослойный сердечник, например для корпуса ротора позволяет избежать этой проблемы, поскольку части или пластинки электрически изолированы друг от друга с помощью лака или ламината и поскольку при этом не могут образовываться вихревые токи или могут образовываться только незначительные вихревые токи.В результате того, что магниты полностью помещены в гнезда, получается компактный ротор, в котором магниты лучше фиксируются и крепятся с помощью впрыскиваемого пластика.

Вместе с валом ротора, установленным в гнезде вала ротора, и магнитным колесом, соединенным с элементом крышки, роторное устройство согласно изобретению образует ротор. Настоящее изобретение также относится к двигателю с роторным устройством согласно изобретению, в частности с вышеупомянутым ротором.

Способ производства роторного устройства в соответствии с изобретением, в частности роторного устройства в соответствии с изобретением, был разработан для достижения вышеупомянутой цели и включает следующие этапы:

    • a) Обеспечение корпуса ротора гнездо вала ротора и множество гнезд для магнитов;
    • б) установка магнитов в гнезда магнитов; и
    • c) впрыскивание формовочной пластмассы в гнезда магнитов до тех пор, пока не будет сформирован элемент крышки, который, по крайней мере, частично закроет отверстия гнезд магнитов.

Этот метод имеет то преимущество, что этапы метода могут быть легко реализованы и, следовательно, в больших масштабах на заводах. Кроме того, фиксация и установка магнитов в гнездах с помощью пластика является рентабельной и может выполняться быстро.

При впрыскивании пластиковой формовочной массы магниты предпочтительно формуются в форме вставки так, чтобы магниты фиксировались в гнездах для магнитов. При этом желательно иметь в виду, что магниты не должны иметь люфта в гнездах и не должны ослабевать или выпадать из них.Таким образом, магниты могут быть частично или полностью отформованы со вставкой. В случае частичного формования вставкой только боковые поверхности магнитов могут, например, контактировать с пластиком, в частности, в секциях, в то время как верхняя и / или нижняя стороны магнитов полностью или частично непокрытый. Таким образом, магниты или торцевые поверхности ротора частично открыты и образуют соответствующие углубления или края, поскольку эти части покрываются деталями формы во время впрыска пластмассы.

В другом предпочтительном варианте осуществления вставленные магниты позиционируются, в частности, с помощью инструмента для литья под давлением и / или формы для литья под давлением в гнездах магнитов до и / или во время впрыска формовочной пластмассы. Впрыскиваемый пластик может в некоторых случаях влиять на выравнивание или положение магнитов в гнездах и, например, наклонять гнезда относительно оси ротора. Предварительное позиционирование гарантирует, что магниты правильно выровнены и зафиксированы в определенном положении с помощью пластика.Магнитное или вращающееся поле, создаваемое магнитами, таким образом формируется равномерно и однородно, за исключением его переменной полярности.

Также предпочтительно, когда средство центрирования магнитного колеса и / или средство выравнивания магнитного колеса предпочтительно отформовано на элементе крышки. Более того, магнитное колесо предпочтительно помещается, центрируется и / или позиционируется на средстве центрирования магнитного колеса и / или на средстве центровки магнитного колеса. Магнитное колесо также предпочтительно соединяется со средством центрирования магнитного колеса и / или средством выравнивания магнитного колеса посредством ультразвуковой сварки, горячего прессования и / или склеивания.

В другом предпочтительном варианте осуществления магнитное колесо впрыскивается непосредственно в элемент крышки посредством процесса двухкомпонентного литья под давлением. В результате ротор может подвергаться дальнейшей обработке сразу же после формирования закрывающего элемента, не вынимая ротор из линии литья под давлением. Это экономит время и деньги в процессе производства.

Пластмассовая формовочная масса, впрыскиваемая в роторное устройство согласно изобретению и в способе производства согласно изобретению, может преимущественно состоять из, содержать или быть произведена из одного или нескольких различных жидкокристаллических полимеров (LCP).В частности, в результате сильно анизотропной геометрии LCP возникает сильная межмолекулярная когезия, в результате чего достигаются высокие температуры плавления.

При производстве роторного устройства вал ротора может быть вставлен в корпус ротора до или после фиксации магнитов в гнездах с помощью пластика и формирования элемента крышки.

Изобретение, в частности роторное устройство согласно изобретению и способ согласно изобретению, пригодны, в частности, для применения в двигателях BLDC, т.е.е. в бесщеточных двигателях постоянного тока. Изобретение, в частности, подходит для применения в бесщеточных двигателях постоянного тока, которые используются для привода насосов при добыче нефти, а также для перекачивания других вязких сред. Особенно выгодно применение бесщеточных электродвигателей постоянного тока в масляных насосах автомобилей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение описывается ниже со ссылкой на примерные варианты осуществления, которые более подробно поясняются со ссылкой на фигуры.Они показывают:

РИС. 1 представляет собой вид в перспективе корпуса ротора роторного устройства согласно изобретению согласно предпочтительному примерному варианту осуществления со вставленными магнитами и валом ротора;

РИС. 2 — роторное устройство согласно изобретению согласно предпочтительному примерному варианту осуществления с корпусом ротора согласно фиг. 1;

РИС. 3 — роторное устройство фиг. 2 со средством центрирования магнитного колеса и средством выравнивания магнитного колеса;

РИС. 4 — ротор с роторным устройством согласно изобретению по фиг.3;

РИС. 5, , — другой вид в перспективе ротора, показанного на фиг. 4;

РИС. 5 b — ротор, показанный на фиг. 5 a , с установленным на нем магнитным колесом;

РИС. 6 — ротор, показанный на фиг. 5 b в держателе подшипника ротора, в частности в печатной плате с датчиками Холла;

РИС. 7 представляет собой поперечное сечение двигателя BLDC с устройством, показанным на фиг. 6 и статор;

РИС. 8 a — роторное устройство согласно изобретению согласно предпочтительному примерному варианту осуществления с валом ротора и круглой конструкцией элемента крышки;

РИС.8 b — роторное устройство, показанное на фиг. 8 a с размещенным на нем магнитным колесом;

РИС. 9 a — ротор согласно изобретению согласно предпочтительному примерному варианту осуществления с установленным на нем шарикоподшипником; и

фиг. 9 b — вид сбоку ротора, показанного на фиг. 9 а.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При описании предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных на чертежах, для ясности используется конкретная терминология.Однако изобретение не предназначено для ограничения выбранной таким образом конкретной терминологии, и следует понимать, что каждый конкретный элемент включает в себя все технические эквиваленты, которые действуют аналогичным образом для достижения аналогичной цели.

РИС. 1 показан вид в перспективе цилиндрического корпуса ротора 2 , состоящего из нескольких дисков с шестью магнитами 3 , вставленных в гнезда магнитов 5 , и вала ротора 15 , вставленного в гнездо вала ротора 4 .Кроме того, шесть отверстий 18 сформированы концентрически вокруг гнезда вала ротора 4 и проходят, подобно седлу вала ротора 4 и гнездам магнитов 5 , от верхней торцевой поверхности к нижней торцевой поверхности корпус ротора 2 . Корпус 2 ротора содержит три плоскости симметрии, при этом общая линия пересечения всех трех плоскостей составляет ось вала ротора. Ось вала ротора проходит по центру вала 15 ротора и составляет его ось симметрии или ось вращения.Каждая плоскость симметрии имеет угол 60 ° по отношению к соседней плоскости симметрии и проходит по центру через два противоположных отверстия 18 . Магниты 3 имеют форму блока и прямоугольное поперечное сечение. На краю корпуса 2 ротора шесть магнитных гнезд 5 по существу образуют круглые сектора с углом не более 60 °, при этом каждый сектор ограничен воображаемой хордой. Соседние гнезда для магнитов 5 в каждом случае отделены друг от друга стенкой 17 .Отверстие 18 в каждом случае расположено между гнездом магнита 5 и седлом вала ротора 4 . Отверстия 18 служат в качестве средств регулирования и приема для инструмента для литья под давлением для правильного впрыска пластика в корпус ротора 2 и на него.

РИС. 2 показан корпус ротора 2 по фиг. 1 с дополнительно сформированным элементом крышки 7 , в частности, как роторное устройство 1 согласно изобретению с валом ротора 15 .Элемент крышки 7 сформирован в форме диска на верхней торцевой поверхности корпуса ротора 2 и имеет, как и корпус ротора 2 , те же три оси или плоскости симметрии. Три отверстия 21 сформированы на элементе крышки 7 концентрически относительно оси ротора под углом 120 ° друг к другу и совпадают с тремя отверстиями в корпусе ротора 2 . Элемент крышки 7 дополнительно содержит зубчатую кромку 10 с шестью зубьями 11 и шестью углублениями 19 , при этом зубцы 11 расположены непосредственно над промежуточными стенками ( 17 , не видны) гнезда для магнитов 5 и доходят до края корпуса ротора 2 .Выемки 19 в каждом случае образованы в форме полукругов между двумя зубцами 11 , в частности, так, что видна часть верхней торцевой поверхности магнита 3 . На нижнем торце роторного устройства 1 расположен другой элемент крышки 20 , который выполнен из пластика, как и первый элемент крышки 7 , но не имеет зубчатой ​​кромки.

РИС. 3 показано роторное устройство 1 по фиг.2 с дополнительно отформованным средством центрирования магнитного колеса в виде изолирующего кольца 12 и средством центрирования магнитного колеса в виде трех штифтовых элементов 13 . Штифты , 13, имеют форму болтов или цилиндров и расположены концентрически относительно оси ротора, взаимно смещены под углом 120 °. Нижний элемент крышки 20 имеет зубчатую кромку, которая совпадает с кромкой 10 верхнего элемента крышки 7 .

РИС. 4 показано роторное устройство 1 по фиг. 3 с размещенным на нем круглым магнитным колесом 16 , в частности, в качестве ротора 14 согласно изобретению. Магнитное колесо 16 имеет форму диска или кольца и того же диаметра, что и корпус ротора 2 . Магнитное колесо дополнительно имеет отверстие или вырез, который сформирован в центре магнитного колеса и в который вставляется вал ротора 15 с изолирующим кольцом 12 для центрирования магнитного колеса.Кроме того, в магнитном колесе сформированы три отверстия 22 , в которые вставлены все три штифтовых элемента 13 для выравнивания магнитного колеса.

РИС. 5 a показан другой вид в перспективе ротора 14 по фиг. 4. Изолирующее кольцо 12 и штифтовые элементы 13 имеют высоту, превышающую толщину магнитного колеса 16 .

РИС. 5 b показывает ротор 14 на ФИГ.5 a , в котором магнитное колесо, которое размещено на нем, устанавливается с помощью стержневых элементов 13 новой формы. Изменение формы штифтовых элементов 13 осуществляется ультразвуковой сваркой или горячим прессованием. При этом штифтовые элементы 13 теряют свою первоначальную высоту и, подобно заклепке, образуют головку, которая крепит магнитное колесо 16 к роторному устройству, в частности к элементу крышки 7 (не полностью видно ).

РИС.6 показано расположение ротора 14 по фиг. 5 b в держателе подшипника ротора 23 , в частности в печатной плате или электронной измерительной системе 25 с датчиками Холла 26 . Ротор 14 установлен с возможностью вращения в держателе 23 . На верхней стороне держателя 23 расположены электрические разъемы 24 для приема одного или нескольких сигналов управления и отправки одного или нескольких сигналов измерения.На нижнем торце держателя 23 печатная плата 25 сформирована в виде кольцевого сегмента и расположена вокруг магнитного колеса 16 . Три датчика Холла 26 расположены под углом 60 ° друг к другу концентрически относительно оси ротора. Двенадцать электрических контактов 30 , расположенных концентрично на краю нижнего торца держателя 23 , служат для подачи тока на электрические катушки статора, описанного ниже.

РИС. 7 показано поперечное сечение электродвигателя BLDC с устройством, показанным на фиг. 6 и статор 27 . Статор установлен на держателе 23 и содержит определенное количество катушек, которые создают магнитное или вращающееся поле, чтобы заставить вращаться ротор 14 , в частности роторное устройство. Ротор 14 , в частности вал ротора 15 , установлен с возможностью вращения на держателе 23 посредством шарикоподшипника 28 , при этом шарикоподшипник содержит множество шариков 29 .Литьевая пластиковая смесь, образующая, среди прочего, элемент крышки 7 , проходит в отверстие корпуса ротора 2 и отсутствует в противоположном отверстии 18 , что хорошо видно. Магнитное колесо 16 расположено на расстоянии от держателя 23 для предотвращения трения.

РИС. 8 a показано роторное устройство 1 согласно изобретению с валом ротора 15 и элементом крышки 7 круглой формы, который выполнен без зубчатой ​​кромки по сравнению с элементом крышки на фиг.2. В противном случае элементы крышки 7 на ФИГ. 8 a и РИС. 2 идентичны. Хорошо виден пластиковый формовочный компаунд 6 , который вводится в приемники магнитов 5 и размещается между каждой стенкой 17 и каждым магнитом 3 . В этом случае пластиковая формовочная масса 6 формируется как единое целое с закрывающим элементом 7 . Диаметр элемента крышки 7 рассчитан таким образом, что магниты 3 частично закрываются.

РИС. 8 b показывает роторное устройство 14 на ФИГ. 8 a с размещенным на нем магнитным колесом 16 , при этом штифтовые элементы 13 элемента крышки 7 вставлены в отверстия 22 в магнитном колесе 16 , но еще не были изменены .

РИС. 9 a показывает ротор 14 согласно изобретению согласно фиг. 5 b с шарикоподшипником 28 , установленным на валу ротора 15 .Диаметр шарикового подшипника 28 меньше диаметра магнитного колеса 16 или корпуса ротора 2 .

РИС. 9 b показывает вид сбоку ротора 14 на ФИГ. 9 а . Хорошо видны штифтовые элементы 13 , форма которых была изменена, как только шарикоподшипник 28 был установлен на валу 15 . Шарикоподшипник 28 , кроме того, расположен на расстоянии от магнитного колеса 16 , чтобы роторное устройство могло свободно вращаться.

Возможны модификации и вариации вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения, что оценят специалисты в данной области техники в свете вышеизложенных идей. Следовательно, следует понимать, что в рамках прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов изобретение может быть реализовано иначе, чем конкретно описано.

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ
  • 1 Устройство ротора
  • 2 Корпус ротора
  • 3 Магнит
  • 4 Седло вала ротора (корпуса ротора 96880008
  • корпус ротора)
  • 6 Пластмассовая формовочная масса
  • 7 Элемент крышки
  • 8 Отверстие (гнезда магнита)
  • 9 Отверстие (в элементе крышки)
  • 10 Зубчатый край (элемента крышки)
  • 11 Зубец (зубчатой ​​кромки)
  • 12 Изолирующее кольцо (как средство центрирования магнитного колеса)
  • 13 Штифт (как средство центровки магнитного колеса)
  • 14 Ротор
  • 15 Вал ротора
  • 16 Магнитное колесо
  • 17 Стенка (гнезда магнита) 9023 6
  • 18 Отверстие (в корпусе ротора)
  • 19 Углубление / выемка (зубчатой ​​кромки)
  • 20 Дополнительный элемент крышки
  • 21 Отверстие (в элементе крышки)
  • 22 Отверстие (в магнитном колесе)
  • 23 Держатель подшипника ротора
  • 24 Электрические разъемы (держателя подшипника ротора)
  • 25 Электронная измерительная система
  • 26 Датчик Холла
  • 27 Статор
  • 28 Шарикоподшипник
  • 29 Шарик (шарикоподшипника)
  • 30 Электрический контакт

Элементы асинхронного двигателя, элементы синхронного двигателя, устройство измерения положения ротора RPS

Этот веб-сайт дает краткий обзор электрических машины, используемые в качестве высокоскоростных двигателей и генераторов, их преимущества и некоторые области применения.Кроме того, проблемы развития и поясняется производство высокоскоростных двигателей и генераторов. С e + a находится в Швейцарии, у нас есть компетентный партнер с более чем 28-летним опытом опыта в разработке и производстве асинхронных и элементы синхронных высокоскоростных двигателей для различных областей применения.

Введение
Различные требования фактически приводят к растущему спросу на высокую скорость. моторы. Прежде всего, постоянная потребность в повышенной удельной мощности.Из-за квазилинейной зависимости между скоростью вращения и мощностью на валу электрическая машина, увеличение номинальной скорости является эффективным способом повысить удельную мощность и эффективность. Следовательно, этот подход использует преимущества увеличение мощности на валу без изменения габаритов станка. На С другой стороны, такая же производительность может быть обеспечена в меньшем объеме. В Последний имеет первостепенное значение, например, в области применения станков. При этом шпиндели или станок в целом становятся меньше, вес уменьшено, а динамическое поведение улучшено.Еще один момент в этой индустрии время цикла, необходимое станку для выполнения определенного операция. Чем быстрее инструмент можно перемещать и вращать, тем быстрее он выполнить свою задачу, не считая того, что высокая скорость резки работа зависит от максимальной скорости для эффективного машинного времени соответствующих частей.
Другими интересными областями работы высокоскоростных двигателей являются приложения где стандартная коробка передач используется для передачи скорости вращения двигатели с обычной частотой электросети (50/60 Гц) приводят двигатели на более высокую скорость уровни.Замена этой коробки передач и связанного с ней обычного двигателя. с приводом с регулируемой скоростью, состоящим из высокоскоростного двигателя и выпрямитель увеличивает общий КПД и снижает потребность в обслуживании существенно.
Компрессорная промышленность является примером, где высокая эффективность, без масла работа и отсутствие выбросов делают электрические высокоскоростные двигатели наиболее эффективными. экологически чистые приводы компрессоров. В контексте безэмиссионных прикладные системы хранения энергии с высокоскоростными маховиками не только принимают преимущество высокоскоростных генераторов.Таким образом, ископаемые генераторы с нежелательными можно избежать выбросов и значительно снизить затраты на техническое обслуживание. Крио-приложения на самом деле переживают очень похожую революцию в своем приводе технология. Элементы двигателя с прямым приводом заменяют комплект из коробки передач и Стандартный двигатель 50/60 Гц. Эффективность можно увеличить, необходимое пространство — за счет значительно уменьшены габариты и затраты на техническое обслуживание. Следовательно, рекуперация энергии системы например становиться все более интересным из финансовых и экологическая точка зрения.Таким образом, элементы высокоскоростного двигателя частично способствуют к продолжающемуся развитию приложений зеленой энергии.

Вызовы
Упомянутое преимущество высокоскоростных двигателей может быть достигнуто только при использовании качественные элементы мотора. Причина в том, что из-за высокого скорости вращения, центробежные силы на вращающейся части двигателя (роторе) может быть очень высоким, что приводит к тому, что материалы подвергаются механической нагрузке удельное сопротивление.Неисправности в элементах двигателя могут привести к авариям, затрагивающим окружающей среды или, по крайней мере, повредить шпиндель, в который встроен двигатель. Чтобы предотвратить это, необходимо рассчитать различные физические аспекты в сложный процесс разработки, принимая электромагнитные, тепловые, механические учтены динамические аспекты напряжения и конструкции. Прикладная вычислительная методы необходимо сочетать с многолетним опытом, чтобы расширить актуальные эксплуатационные ограничения с учетом безопасности как наивысшего приоритета.Кроме того, взаимодействие выпрямителя и высокоскоростного двигателя требует чтобы знать, потому что выпрямитель оказывает сильное влияние на нагрев, шум, засорение и потребляемая мощность машины. Особенно взаимодействие различных преобразовательных систем с высокоскоростным моторным элементом требует очень конкретные знания и опыт. Следовательно, тесты описанных выше приложения имеют решающее значение для успеха. Они требуют интенсивных отношений между специалистами по силовой электронике и высокоскоростным двигателям.более того инфраструктура, позволяющая проводить тесты производительности, очень сложна и обычно недоступен на рынке. Очень часто связанные с этим затраты намного превышают затраты, понесенные в течение всего процесса разработки нового элемента двигателя продуктовая линейка.

Инвертор
Типовые инверторы работают на основе метода широкополосной модуляции, где непрерывное переключение напряжения или тока контролирует выход форма волны.Из-за необходимости более быстрых высокоскоростных двигателей переключение увеличивается и частота (в современных инверторах используются IGBT). Несмотря на то что шум и эффективность улучшаются по мере увеличения количества импульсов, инвертор приводит также к нескольким недостаткам, особенно из-за быстрого переключения переходные процессы, которые можно рассматривать как значительный источник паразитных потерь. Дополнительные временные гармоники, вызванные переключением инвертора, имеют отрицательный влияние на распределение потока в воздушном зазоре.Эти гармоники вызывают дополнительные потери на вихревые токи в элементах двигателя, особенно в роторе, которые приводят к более высоким температурам и возможному ухудшению механической поведение. Частота переключения оказывает другое влияние на высокую скорость. двигателя, а именно на изоляции, которая сильно нагружена повторение и крутизна фронта пульсовой волны. Когда используются IGBT, высокая скорость нарастания напряжения обычно от 0 до 650 В менее чем за 0,1 мкс приводит к примерно 10 000 В / мкс.Этот факт приводит к неблагоприятным воздействиям на изоляция двигателя. Эти крутые нарастающие и спадающие импульсы приводят к неравномерное распределение напряжений внутри двигателя, особенно во время переключение переходов. Без глубоких знаний об изоляции двигателя системы и самого инвертора ухудшение изоляции и последующее может произойти отказ мотора. В этом контексте эффекты частичных разрядов и перегрев ротора — хорошо известные источники неисправностей. Последнее может привести к нежелательному разрыву углеродного волокна из-за термического механического напряжения в соответствующая смола из углеродного волокна (синхронные машины).

Заключение
Асинхронные и синхронные высокоскоростные двигатели обладают рядом преимуществ, например: уменьшено место для установки более мощных и ненужных коробок передач. Эти преимущества применимы для нескольких областей и интенсивно используются в например, в станкостроительной, компрессорной, криогенной и энергетической промышленности. Разработка и производство этих асинхронных и синхронных высокоскоростных двигателей. это увлекательная задача, в которой использование самых современных вычислительных методов для процесса разработки так же важен, как и широкий спектр опыта и опыт для безопасного расширения фактических эксплуатационных ограничений.Не только знание высокоскоростных двигателей необходимо, но также глубоко в инверторная технология, явление частичного разряда и так называемые случайные или дополнительные потери.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.