Преимущества асинхронного двигателя по сравнению с двигателем постоянного тока
Если статор выполнен с реальными обмотками, то он обычно делается многополюсным. Такой ротор называют фазным. Обмотки этого ротора замыкают звездой или треугольником.
Переменное магнитное поле статора увлекает за собой ротор, и тот начинает вращаться. Но магнитное поле ротора всегда запаздывает относительно поля статора, и вращение обоих полей не может происходить синхронно. Это заставляет ротор преодолевать множество действующих на него сил:
- силу тяготения;
- трение качения (если используется шариковый или роликовый подшипник);
- трение скольжения (если в качестве подшипника применяется бронзовая втулка);
- силу противодействия приводимого в движение оборудования.
В случае когда идет описание работы профессиональной мясорубки, которую приводит в действие асинхронный двигатель, то здесь преодолевается сопротивление и самого редуктора, и того куска мяса или даже кости, которую надо перемолоть.
Поскольку между статором и ротором есть зазор, то ротор под нагрузкой просто отстаёт от статора по угловой скорости. Следовательно, частота вращения ротора зависит от нагрузки на вал двигателя. Нарушается принцип синхронности, оттуда и название самого устройства: «асинхронный двигатель».
Регулировка оборотов асинхронного двигателя своими руками (схема, видео)
- Простое устройство делает таковой экономичным в производстве.
- Низкое потребление энергии приводит к экономичности устройств, оснащённых таким двигателем.
- Универсальность применения в аппаратах, где не требуется точное поддержание частоты вращения или существует схема управления с обратной связью, обеспечивающая вращение с заданной частотой.
- Высокая надёжность в работе.
- Асинхронный двигатель может работать при однофазном подключении.
Сравнение синхронного и асинхронного двигателей
В завершение можно подвести итог, в чем главные отличия асинхронных (АД) и синхронных (СД) моторов.
- Ротору асинхронных моторов не требуется питание по току, а индукция на полюсах зависит от статорного магнитного поля.
- Обороты АД под нагрузкой отстают на 1-8% от скорости вращения поля статора. В СД количество оборотов одинаково.
- В «синхроннике» предусмотрена обмотка возбуждения.
- Конструктивно ротор СД представляет собой магнит: постоянный, электрический. У АД магнитное поле в роторном механизме наводится с помощью индукции.
- У синхронной машины нет пускового момента, поэтому для достижения синхронизации нужен асинхронный пуск.
- «Синхронники» применяются в случаях, когда необходимо обеспечить непрерывность производственного процесса и нет необходимости частого перезапуска. АД нужны там, где требуется большой пусковой момент и имеют место частые остановки.
- СД нуждается в дополнительном источнике тока.
- «Асинхронники» медленнее изнашиваются, ведь в их конструкции нет контактных колец со щетками.
- Для АД, как правило, характерно не круглое количество оборотов, а для СД — округленное.
Современные бесколлекторные двигатели постоянного тока
Благодаря существенному прогрессу в области полупроводниковой электроники и в технологии создания мощных неодимовых магнитов, широкое распространение получили сегодня бесколлекторные двигатели постоянного тока. Они применяются в стиральных машинах, пылесосах, вентиляторах, дронах и т. д.
И хотя идея касательно принципа работы бесколлекторного двигателя высказывалась еще в начале 19 века, она ждала своего часа до начала полупроводниковой эры, когда технологии стали готовы к практической реализации этой интересной и эффективной концепции, позволившей бесколлекторным двигателям постоянного тока шагать так широко, как это происходит сегодня.
Бесколлекторный двигатель постоянного тока можно классифицировать как самосинхронизируемый синхронный двигатель, в котором полностью исключен искрящий узел, требующий регулярного обслуживания — коллектор. Функцию коллектора несет на себе электроника, благодаря чему вся конструкция изделия сильно упрощается и становится компактнее.
Щетки заменены, по сути, на электронные ключи, потери в которых сильно меньше чем были бы при механической коммутации. Мощные неодимовые магниты на роторе позволяют добиться большего момента на валу. И греется такой двигатель меньше нежели его коллекторный предшественник.
В итоге КПД двигателя получается наилучшим, а показатели мощности на килограмм веса — выше, плюс достаточно широкий диапазон регулировки скорости вращения ротора и практически полное отсутствие генерируемых радиопомех. Конструктивно двигатели данного типа легко адаптируются для эксплуатации в воде и в агрессивных средах.
Электронный блок управления — очень важная и дорогостоящая часть бесколлекторного двигателя постоянного тока, без которой, однако, никак не обойтись. От данного блока двигатель получает питание, параметры которого одновременно влияют и на скорость, и на мощность, которую двигатель будет в состоянии развить под нагрузкой.
Даже если скорость вращения регулировать не нужно, все равно электронный блок управления необходим, ведь он несет на себе не только функцию управления, но также имеет силовую составляющую. Можно сказать, что ESC – это аналог частотного регулятора для асинхронных двигателей переменного тока, специально предназначенный для питания и управления бесколлекторным двигателем постоянного тока.
Чтобы понять как происходит управление BLDC двигателем, сначала вспомним как работает коллекторный двигатель. В его основе принцип вращения рамки с током в магнитном поле.
Современные бесколлекторные двигатели постоянного тока » Школа для электрика: электротехника и электроника
Схемы динамического торможения асинхронного двигателя постоянным током
Рисунок 1 — Схема динамического торможения асинхронного двигателя
Организация принудительной остановки асинхронного двигателя по электрическому принципу может быть осуществлена несколькими способами:
- Электродинамическим. Это классический вариант, при котором две фазы нужно закоротить и перевести на питания от цепи постоянного тока,
- Рекуперативным (генераторным). Характеризуется возвратом лишней электроэнергии в сеть,
- Противовключением. Этот вариант реализуется по схеме реверса, то есть с подключением фаз через пару магнитных пускателей,
- Самовозбуждением. Подключением к обмоткам статора батареи конденсаторов.
Торможение асинхронного двигателя: рекуперативное (генераторное) и при самовозбуждении. Тормозные характеристики.
- Механическое. Вал двигателя сообщается физически с тормозными колодками, вследствие чего возникает трение, быстрая остановка и выделение теплоты,
- Электрическое. Асинхронный двигатель останавливается за счет преобразования цепи подключения, вследствие чего механическая энергия трансформируется сперва в электрическую. Далее возможны два варианта ее израсходования, зависящие от схемы: либо избыток электричества выбрасывается в резервную цепь сети, либо трансформируется в тепло, за счет нагрева обмоток и сопротивления.
Классическое динамическое торможение
Эффективность такого режима работы зависит от расчета и значения следующих параметров:
- Величина тока, который подается через параллельную цепь на обмотки статора. Чем выше этот показатель, тем больше момент торможения,
- Величина сопротивления, которое вводится в цепь ротора. Чем выше по расчету сопротивление, тем быстрее тормозится двигатель,
- Величина магнитной движущей силы (МДС). Иногда ее называют ампер витками, поскольку расчет ведется по формуле F = I×W, где I – величина тока, а W – количество витков.
Обмотка статора при этом может подключаться как минимум пятью разными способами:
В каждом случае на основании векторной диаграммы ведется расчет МДС, тормозного сопротивления и напряжения цепи.
