סוגי מנועי DC ו-AC, ההבדלים ביניהם

איך מנועים עובדים

עקרון הפעולה של כל סוגי המנועים החשמליים הוא האינטראקציה של השדות המגנטיים של הרוטור והסטטור. במקרה זה, השדה המגנטי יכול להיווצר על ידי מגנטי קבוע או מתפתל (סליל-אלקטרומגנט).

בהתאם להספק וסוג המנוע, הפיתולים יכולים להיות ממוקמים רק על הסטטור או גם על הסטטור וגם על הרוטור. בואו ננסה להסביר את המכשיר ואת עקרון הפעולה של בובות בחשמל.

נתחיל בהסתכלות על העיצוב של מנועי אספנים. לדוגמה, במנועי DC אספנים קטנים, כמו עבור דגמי רדיו, מגנטים קבועים ממוקמים על הסטטור, וסלילים של חוטי נחושת מתפתלים ברוטור. הזרם לסלילי הרוטור של מנוע חשמלי כזה מסופק דרך מכלול מברשות המורכב ממברשות וקולטן. לקולט יש למלות שאליהן מחברים את הכבלי המתפתל.

לאחר הפעלת הכוח, הרוטור (ארמטורה) מתחיל להסתובב, האספן מקובע עליו, והמברשות הנייחות נוגעות לסירוגין בזוגות שונים של למלות אספנים. דרך המברשות והלמלות, זרם מסופק לפיתולי הרוטור תחילה לפיתול אחד, ואז לשני, וכך נוצר שדה מגנטי משתנה המקיים אינטראקציה עם שדה המגנט. כתוצאה מכך, הקטבים של האלקטרומגנטים המסתובבים והנייחים נמשכים, וזו הסיבה שהסיבוב מתרחש.

אם נשמיט כמה מהניואנסים, אז ככל שזרם הרוטור גדול יותר, כך השדה הזה גדול יותר והרוטור מסתובב מהר יותר. עם זאת, זה ישים בעיקר עבור מכונות אספן DC ו-AC (הן אוניברסליות).

אם אנחנו מדברים על מנוע אסינכרוני (AM) עם רוטור של כלוב סנאי, זה מנוע AC ללא מברשות. בו, הפיתולים ממוקמים על הסטטור (א), והרוטור מורכב ממוטות (ב), קצרים על ידי טבעות - מה שנקרא כלוב הסנאי.

במקרה זה, השדה המגנטי המסתובב של הסטטור יוצר זרם במוטות הרוטור, אשר יוצר גם שדה מגנטי נוסף. מה קורה כשיש שני מגנטים אחד ליד השני?

הם נדחים או נמשכים זה לזה. מכיוון שהרוטור קבוע בקצוות במיסבים, הרוטור מתחיל להסתובב. AD מיועד רק לזרם חילופין, ומהירות סיבוב הציר שלו תלויה בתדירות הזרם וה את מספר הקטבים בפיתולי הסטטור, נשקול נושא זה בפירוט רב יותר במאמר על אסינכרוני מנועים חשמליים.

אבל כדי להתחיל את סיבוב הציר של מנוע כזה, חשוב לדחוף אותו (כדי לתת מהירות התחלתית), או ליצור שדה מגנטי מסתובב. הוא נוצר באמצעות פיתולים המסודרים בצורה מסוימת, המחוברים לרשת חשמל תלת פאזית. (לדוגמה, 380V), או באמצעות קבלים הפעלה והפעלה (כולל קבלים אסינכרוניים מנועים).

בנוסף לאינטראקציה של שדות מגנטיים בסיבוב של ציר המנוע החשמלי, ו כוח אמפר.

לכן, אתה צריך להבין שהרגע על הפיר של מנוע מופשט ומספר המהפכות תלויים בעיצוב ובסוג המכונה החשמלית, כמו גם בעוצמת הזרם ובתדירותו. אני חוזר ואומר שבמאמר זה לא ניכנס לעומק הפרטים של המכשיר של כל אחד מסוגי וסוגי המנועים החשמליים, אלא נכין לכך מאמרים נפרדים.

יש לציין כי מנועי אספן אסינכרוניים ואוניברסליים נפוצים ביותר בחיי היומיום ובייצור, בכוננים של מכונות בנייה. הם משמשים בכל מקום, הן לתנועת מנגנונים תעשייתיים, והן עבור מכוניות, רכבים חשמליים ומשמשים במכשירי חשמל ביתיים, עד למברשת השיניים החשמלית.

סיווג ראשי

אז, מנועים חשמליים מחולקים בעיקר למכונות הפועלות על זרם ישר כמו גם על זרם חילופין. מה ההבדל בין זרם חילופין לזרם ישר, סיפרנו במאמר: https://samelectrik.ru/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html. נשקול את סוגי המנועים החשמליים ממכונות הפועלות בהפסקה.

מנועי AC

רוב המכונות החשמליות המשמשות בייצור ובחיי היומיום להנעת מעליות, בסוגים אחרים של הנעה חשמלית מופעלות בזרם חילופין.

ניתן לסווג מנועי AC כדלקמן:

• אסינכרוני;
• סינכרוני.

במקרה זה, מנועים אסינכרוניים נבדלים על ידי עיצוב הרוטור:

• עם רוטור של כלוב סנאי (הנפוץ ביותר עם כל מספר שלבים);
• עם רוטור פאזה (רק תלת פאזי).

ולפי מספר השלבים:

• חד פאזי (עם קבל התחלתי) משמשים מאווררים חשמליים ביתיים ומכשירים בעלי הספק נמוך אחרים;
• קבלים או דו פאזיים (אלה חד פאזיים עם קבל שאינו נכבה במהלך הפעולה, עקב כך שלב "שני") משמשים במשאבות קטנות, אוורור, במכונות כביסה מסוג "תינוקות" ודגמי ייצור ישנים ברית המועצות;
• תלת פאזי הם הנפוצים ביותר ומשמשים בכל מקום בייצור.

ישנם עיצובים שונים של IM חד פאזי, הרשימה מכילה שתי אפשרויות עיקריות!

תכונה של כל המנועים החשמליים האסינכרוניים היא שמהירות הרוטור קטנה מעט ממהירות הסיבוב של השדה המגנטי של הסטטור ושווה ל:

כאשר n הוא מספר הסיבובים לדקה, f הוא התדירות של רשת האספקה, p הוא מספר זוגות הקטבים, s הוא החלקה, ו-"60" הוא השניות לדקה.

לפיכך, מהירות הרוטור נקבעת על ידי תדירות רשת האספקה, עיצוב הפיתולים, או ליתר דיוק מספר זוגות הקטבים (סלילים) בה וכמות ההחלקה.

החלקה היא כמות המאפיינת כמה פחותה מהירות הרוטור ביחס לתדירות השדה המגנטי המסתובב. בתנאי הפעלה רגילים, הוא בטווח של 0.01-0.06. במילים פשוטות, השדה בסטטור עם זוג קטבים אחד מסתובב במהירות:

60 * 50/1 = 3000 סל"ד

עם שני זוגות - 1500 סל"ד, ועם שלושה זוגות - 1000 סל"ד.

בעת החלקה, למשל, ב-0.05, מהירות הרוטור תהיה שווה ל:

3000 * (1-0.05) = 2850 סל"ד

כדי להתאים את המהירות של מנועים חשמליים כאלה, השתמש ממירי תדרים, מכיוון שאיננו יכולים להשפיע על שאר המשתנים של הנוסחה לעיל.

הנפוצים ביותר ברוסיה הם מנועים אסינכרוניים עם מתח אספקה ​​של 220V לחיבור פיתולים בתבנית דלתא ו-380V בתבנית כוכבים.

אם במכונה חשמלית תלת פאזית השדה המסתובב של הסטטור נוצר על ידי סידור הפיתולים והסטת פאזה ברשת ב-120˚, אז בפאזי חד-פאזי לא נצפה השפעה כזו. הציר יסתובב אם תיתן לו סיבוב ראשוני על ידי סיבוב הציר ביד או התקנת קבל הסטת פאזה, שייצור הסטת פאזה בפיתול ההתחלה.

מנועי קבלים דו-פאזיים מסודרים בצורה דומה, אך הפיתול השני אינו נכבה לאחר ההפעלה, אלא ממשיך לעבוד עד קַבָּל. לכן, השם "דו-פאזי" מתייחס דווקא לתכנית התכנון והחיבור, ולא למעגלי האספקה. גם דו פאזי וגם חד פאזי מתוכננים לפעול מרשת 220V.

מנועים חשמליים סינכרוניים (SM) מבוצעים כמעט תמיד עם פיתול עירור על האבזור, והזרם עירור מועבר אליו או דרך מכלול המברשת, או מושרה על ידי אלקטרומגנטי מערכות.

זה הכרחי על מנת שהציר שלו יסתובב בתדר החופף לתדירות הסיבוב של שדה הסטטור. כלומר, אין פרמטר כזה כמו החלקה במקרה זה.

זרם העירור מסופק ממערכות עירור מיוחדות כמו "גנרטור-מנוע" או ממירים אלקטרוניים המבוססים על תיריסטורים או טרנזיסטורים. הנפוצים ביותר בארגונים מקומיים הם מכשירים כגון VTE, TVU וכו'.

לא תמיד יש מתפתל שדה ומברשות, למשל, בתנור מיקרוגל, מנוע מגנט קבוע סינכרוני משמש להנעת סיבוב המנה.

מכונות סינכרוניות הן בולטות ומרומזות. ההבדלים הוויזואליים טמונים בעיצוב הרוטור, בפועל יש הבדל במאפיינים, שיטות הייצור והעיצוב שלהם. בפועל, לא סביר שהחשמלאי הביתי הממוצע יצטרך להתעסק איתם.

נותר לומר את הדבר העיקרי על מנועי AC - קשה להתאים את מהירות הסיבוב בגלל העובדה שהמהירות שלהם קשורה למהירות. הפחתת מתח (זרם) על הסטטור או עירור (לסינכרוני וא-סינכרוני עם רוטור פאזה) מוביל לירידה במומנט ולעלייה בכמות ההחלקה (ב-AD), בעוד שהפיר יכול להסתובב איטי יותר. כדי לשלוט במהירות של מנועים כאלה, אתה צריך ממיר תדרים. דיברנו על איך לבחור ממיר תדרים במאמר: https://samelectrik.ru/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html.

מנועי DC (מנועי DC)

ישנם את הסוגים והסוגים הבאים של מנועי DC:

1. מנועי אספן DC. הם מורכבים ממגנטים או סליל עירור ואבזור, הזרם מועבר לליפוף האבזור באמצעות מכלול מברשת, שהחיסרון שלו הוא בלאי הדרגתי.
2. מנועי אספן אוניברסליים. הם דומים לקודמים, אבל הם יכולים לעבוד על זרם ישיר וגם על זרם חילופין.
3. ללא מברשות או ללא מברשות. הוא מורכב מפיתולי סטטור, מגנטים קבועים מותקנים על הרוטור. הוא מחובר למעגל DC באמצעות בקר מיוחד שמחליף את פיתולי הסטטור.

ניתן לחלק את מנועי האספנים לקבוצות לפי סוג העירור:

• מתרגש מעצמו;
• בהתרגשות עצמאית.

על פי סוג החיבור של פיתולי השדה, הם נבדלים כדלקמן:

1. עירור רציף מאפשר מומנט גבוה על הציר, אך גם מהירות הסרק גבוהה מאוד ועלולה לפגוע במנוע (להיכנס לחריגה).
2. עירור מקביל - במקרה זה המהירות יציבה יותר ואינה משתנה בעומס, אך המומנט על הפיר קטן יותר.
3. התרגשות מעורבת משלבת את היתרונות של שני הסוגים.

ב-DCTs אספנים בעלי הספק נמוך, עירור מאורגן לרוב באמצעות מגנטים קבועים.

עם עירור עצמאי של מנוע האספן, פיתולי הסטטור והרוטור אינם מחוברים זה לזה, אלא למעשה מופעלים ממקורות שונים. לפיכך, ניתן לארגן את ויסות המומנט או המהירות, כמו גם להשיג יעילות אנרגטית גבוהה יותר.

בהתאם לתכנון, מנוע חשמלי כזה יכול לפעול רק על זרם ישר, או לפעול על זרם חילופין וישר. במקרה השני, הם נקראים "מנוע אספן אוניברסלי". הם נפוצים בחיי היומיום, בשימוש במכשירי מטבח וכלי עבודה חשמליים (מטחנות, מקדחות וכו').

מנועים ללא מברשות נטולי החסרונות הגלומים במנועי אספנים עקב היעדר מכלול מברשת. הזרם מסופק לשלושת פיתולי הסטטור, והפיתולים מוחלפים על ידי הבקר. למעשה, מנועי DC ללא מברשות מופעלים על ידי זרם חילופין מומר. תוכל לגלות כיצד פועלים מנועים אלו על ידי צפייה בסרטון הבא:

הם דומים בעיצובם למנועים סינכרוניים, אלא שמשתמשים במגנטים קבועים ולא באלקטרומגנטים. כדי לסובב מנוע כזה ולהגביר את היעילות שלו, חיישני הול משמשים לקביעת מיקום הפיר ואת המעבר הנכון של הפיתולים.

הם נקראים לעתים קרובות מנועי שסתומים, ובמקורות דוברי אנגלית, מנועים כאלה, בהתאם לעיצוב שלהם, נקראים PWSM או BLDC.

הם משמשים במקררי מחשב, כהנע לדגמים נשלטי רדיו כגון quadcopters, וגם באופנועים לאופניים.

סיווג נוסף

בנוסף למנועים שנדונו לעיל, יש לומר על סוגים אחרים, כגון:

• סטפר;
• סרוו;
• ליניארי;
• מנועי זרם אדווה (בדומה למנוע DC, ההבדל הוא שהכוח מסופק על ידי זרם אדווה מתוקן).

מנועי צעד וסרוו משמשים בכל מקום בו יש צורך למקם את המכלול של מנגנון כלשהו. הדוגמה הפשוטה ביותר היא CNC, מדפסת תלת מימד וכן הלאה. כמו כן, בעזרת "סטפרים" שולטים לפעמים במיקום שסתום המצערת של המכונית - וזהו רק חלק קטן מהיישום שלהם.

תיאור הפונקציות והתכונות של סוגים אלה של כוננים חשמליים הוא נושא למאמר נפרד. אם אתם מעוניינים, כתבו תגובות ואנו נפרסם!

מנוע ליניארי, בניגוד לכל האמור לעיל, התנועה של הציר שלו אינה סיבובית, אלא טרנסציונלית. כלומר, הוא לא מסתובב, אלא נע "הלוך ושוב". הם שונים:

• זרם חילופין על עיקרון הפעולה בדומה למנועים חשמליים סינכרוניים וא-סינכרוניים;
• זרם ישר;
• פיזואלקטרי;
• מגנטוסטריקטיב.

בפועל, הם נדירים, הם משמשים כמניע לרכבת מונוריל, להזנת גוף עובד במכונות שונות.

עם זאת, הסיווג שניתן במאמר נבחר מנקודת מבט של פרקטיות, בעוד שבספרות מוצע לחלק את ההנעה החשמלית לפי הקריטריונים הבאים.

לפי הפרטים של המומנט שנוצר:

• היסטרזיס;
• מגנו-אלקטרי.

אפשרות הסיווג הבאה מבוססת על ההבדלים בעיצוב ובתכונות העיצוב שלהם.

לפי סוג ומיקום הפיר:

• עם פיר אופקי;
• עם מיקום פיר אנכי.

הגנה מפני פעולות הסביבה החיצונית:

• מוגן מפני לחות גבוהה ואבק;
• לשימוש באזורי נפץ.

לפי משך מצב הפעולה:

• לסירוגין (כננות, מנופים, מנועי שסתום שער);
• לפעולה רציפה (משאבות, אוורור וכו').

מבחינת הספק, אפשר גם להבחין בין מכונות בעלות הספק קטן, בינוני, גבוה. עם זאת, אין זה הגיוני לתת את גבולות היכולות הללו, שכן איפשהו 6 MW הוא ההספק הממוצע, ואיפשהו 1 קילוואט הוא מספר ענק.

אי אפשר לשקול בפירוט את כל הסוגים בתוך מאמר אחד, לכן נשקול כל גרסה בנפרד. אנו מקווים שהסיווג שסופק בקצרה עזר לך להבין מהם סוגי מנועים חשמליים AC ו-DC, כמו גם מה ההבדלים ביניהם ותכונות היישום שלהם!

חומרים קשורים:

• כיצד מתקבל זרם חשמלי לסירוגין
• סוגי ווסתי מתח
• איך להכין את המנוע החשמלי הפשוט ביותר במו ידיך

כמו(0)אני לא אוהב(0)