מה שאתה צריך לדעת על מנועים חשמליים מודרניים

המאמר דן בסוגים שונים של מנועים חשמליים, היתרונות והחסרונות שלהם, סיכויי הפיתוח.

סוגי מנועים חשמליים

מנועים חשמליים, כיום, הם מרכיב הכרחי בכל ייצור. בכלי השירות ובחיי היומיום משתמשים בהם לעתים קרובות מאוד. לדוגמא, מדובר במאווררים, מזגנים, משאבות לחימום וכו '. לכן, חשמלאי מודרני צריך להיות בקיא היטב בסוגי ועיצוב היחידות הללו.

אז, אנו מפרטים את הסוגים הנפוצים ביותר של מנועים חשמליים:

1. מנועי DC, עם עוגן מגנט קבוע;

2. מנועי זרם ישר, עם ארמטורה המתפתלת עירור;

3. מנועי AC סינכרוניים;

4. מנועי אינדוקציה AC;

5. סרווומוטורים;

6. מנועי אינדוקציה לינארית;

7. גלילי מנוע, כלומר גלילים שבתוכם נמצאים מנועים חשמליים עם הילוכים;

8. מנועי שסתום.

מנועי DC

סוג זה של מנוע שימש בעבר באופן נרחב מאוד, אך נכון לעכשיו הוא מוחלף כמעט לחלוטין על ידי מנועים חשמליים אסינכרוניים, וזאת בגלל הזילות ההשוואתית ליישום האחרון. כיוון חדש בפיתוח מנועי DC הם מנועי שסתום DC עם צבא מגנט קבוע.

מנועים סינכרוניים

מנועים חשמליים סינכרוניים משמשים לרוב לסוגים שונים של כוננים הפועלים במהירות קבועה, כלומר למאווררים, מדחסים, משאבות, גנרטורים DC וכו '. מדובר במנועים עם הספק של 20 - 10,000 קילוואט, למהירויות סיבוב של 125 - 1000 סל"ד.

המנועים נבדלים מהגנרטורים על ידי הנוכחות על הרוטור, הנחוצה להפעלה אסינכרונית, סלילה נוספת קצרת מעגל, כמו גם פער קטן יחסית בין הסטטור לרוטור.

למנועים סינכרוניים יעילות גבוה יותר, והמסה ליחידת כוח נמוכה מזו של אלה אסינכרוניים באותה מהירות סיבוב. תכונה חשובה של מנוע סינכרוני לעומת מנוע אסינכרוני היא היכולת לווסת אותו זרם תגובתי, כלומר cosφ בגלל שינוי בזרם העירור של מתפתל הצבא. לפיכך, ניתן לקשור את הקוסיות לאחדות בכל טווחי ההפעלה, ובכך להגדיל את היעילות ולהפחית הפסדים ברשת אספקת החשמל.

מנועי אינדוקציה

נכון לעכשיו, זהו סוג המנוע הנפוץ ביותר. מנוע אינדוקציה הוא מנוע זרם חילופין שמהירות הרוטור שלו נמוכה ממהירות הסיבוב של השדה המגנטי שנוצר על ידי הסטטור.

על ידי שינוי תדר ומחזור התפקיד של המתח המסופק לסטטור, ניתן לשנות את מהירות הסיבוב ואת הרגע על ציר המנוע. מנועי האינדוקציה של כלוב הסנאי הנפוצים ביותר. הרוטור עשוי מאלומיניום, מה שמפחית את משקלו ועלותו.

היתרונות העיקריים של מנועים כאלה הם מחירם הנמוך ומשקלו הנמוך. תיקון מנוע חשמלי מסוג זה הוא פשוט יחסית וזול.

החסרונות העיקריים הם מומנט התחלה קטן על הפיר וזרם התחלה גדול פי 3-5 מזה שפועל. חסרון גדול נוסף של מנוע אינדוקציה הוא יעילותו הנמוכה במצב עומס חלקי. לדוגמא, בעומס של 30% מהנומינלים, היעילות יכולה לרדת מ 90% ל 40-60%!

הדרך העיקרית להתמודד עם החסרונות של מנוע אינדוקציה היא להשתמש בכונן תדרים. כונן תדרים ממיר מתח חשמל 220/380 וולט למתח דופק של תדר משתנה ומחזור חובה. כך, ניתן לשנות באופן נרחב את המהירות והמומנט של ציר המנוע ולהיפטר כמעט מכל הפגמים הטמונים בו."הזבוב במשחה" היחיד ב"חבית הדבש "הזה הוא המחיר הגבוה של כונן התדרים, אך בפועל כל העלויות משתלמות תוך שנה!

סרווומוטורים

מנועים אלה תופסים נישה מיוחדת: הם משמשים במקום בו נדרשים שינויי דיוק במיקום ומהירות. מדובר בטכנולוגיית חלל, רובוטיקה, מכונות CNC וכו '.

מנועים כאלה נבדלים על ידי שימוש בעוגנים בקוטר קטן, כמו קוטר קטן הוא משקל קל. בגלל המשקל הנמוך, ניתן להשיג תאוצה מרבית, כלומר תנועות מהירות. במנועים אלה לרוב מערכת חיישני משוב המאפשרת להגדיל את דיוק התנועה וליישם אלגוריתמים מורכבים לתנועה ואינטראקציה של מערכות שונות.

מנועי אינדוקציה לינאריים

מנוע אינדוקציה ליניארית יוצר שדה מגנטי המניע את הפלטה במנוע. דיוק התנועה יכול להיות 0.03 מ"מ למטר תנועה, שהוא פחות פי שלושה מעובי שיער אדם! בדרך כלל לוח (מחוון) מחובר למנגנון שצריך להזיז.

מנועים כאלו בעלי מהירות נסיעה גבוהה מאוד (עד 5 מ '/ שניות), ולכן ביצועים גבוהים. ניתן לשנות את מהירות התנועה ואת הצעד. מכיוון שלמנוע יש מינימום חלקים נעים, יש לו אמינות גבוהה.

גלילים מוטוריים

העיצוב של גלילים כאלה הוא די פשוט: בתוך רולר ההינע נמצא מנוע DC מיניאטורי ותיבת הילוכים. גלילי מנוע משמשים למסועים וקווי מיון שונים.

היתרונות של גלילי המנוע הם רמת רעש נמוכה, יעילות גבוהה יותר בהשוואה להנעה חיצונית, גלגל המנוע למעשה לא דורש תחזוקה, מכיוון שהוא עובד רק כשצריך להזיז את המסוע, המשאב שלו גדול מאוד. כאשר רולר כזה נכשל, ניתן להחליף אותו אחר בזמן הקצר ביותר.

מנועי שסתום

שסתום נקרא כל מנוע בו ויסות מצבי ההפעלה מתבצע באמצעות ממירי מוליכים למחצה (שסתום). ככלל, זהו מנוע סינכרוני עם עירור מגנטים קבועים. סטטור המנוע נשלט על ידי מהפך בעל בקרת מעבד. המנוע מצויד במערכת חיישנים המספקת משוב על מיקום, מהירות ותאוצה.

היתרונות העיקריים של מנועי חשמל שסתומים הם:

1. חוסר מגע וחוסר צמתים הדורשים תחזוקה,

2. משאב גבוה;

3. מומנט התחלה גדול ויכולת עומס יתר גדולה של הרגע (5 פעמים ויותר);

4. מעברים בעלי ביצועים גבוהים;

5. מגוון עצום של התאמות למהירות של 1: 10000 ומעלה, שהוא לפחות שני סדרי גודל גבוהים יותר מזה של מנועים אסינכרוניים;

6. האינדיקטורים הטובים ביותר ליעילות וקוסט, יעילותם בכל העומסים עולה על 90%. יחד עם זאת, מנועים אסינכרוניים, היעילות בחצי עומסים יכולה לרדת ל 40-60%!

7. מינימום זרמים במעגל פתוח וזרמי קורץ;

8. מדדי משקל וגודל מינימליים;

9. תקופת ההחזר המינימלית.

על פי תכונות עיצוב, מנועים כאלה מחולקים לשני סוגים עיקריים: מנועי DC ו AC ללא מגע.

הכיוון העיקרי לשיפור מנועי השסתום כרגע הוא פיתוח אלגוריתמי בקרה חסרי הסתגלות. זה יקטין את העלות ויגדיל את האמינות של כוננים כאלה.

במאמר כה קטן כמובן שאי אפשר לשקף את כל ההיבטים בפיתוח מערכות כונן חשמליות, מכיוון זהו תחום מאוד מעניין ומתפתח בטכנולוגיה. התערוכות השנתיות להנדסת חשמל מדגימות בבירור את הגידול המתמיד במספר החברות המבקשות לשלוט בתחום זה. המובילים בשוק זה, כמו תמיד, הם סימנס AG, ג'נרל אלקטריק, בוש רקסרוט AG, אנסאלדו, פאנוק וכו '.

Comments

[#1 מאראט]

המנועים הטובים ביותר הם מנועי אינדוקציה של כלוב הסנאי. כל חשמלאי יבין כיצד לחבר אותם. המכשיר פשוט, לא גחמני להפעלה. בכל מפעל ישנם אנשים שבמקרה של התמוטטות הם מסוגלים לתקן אותם ולהרדם אותם מחדש. מנועים אסינכרוניים יש שני חסרונות - זרמי כניסה גבוהה והקושי לשלוט במהירות הסיבוב. עם התפתחות טכנולוגיית האלקטרוניקה והמיקרו-מעבד ותוספת מכשירים כמו מתחילים רכים (מתחילים רכים) וממיר תדרים, חסרונות אלה של מנועי אינדוקציה מבטלים בקלות. בקרוב אותם מנועי DC ישארו בשימוש רק באזורים צרים וספציפיים מאוד, ובכן, אולי איפשהו בהובלה. יש להם פשוט יותר מדי פגמים וכולם לא אוהבים אותם. מנועי אינדוקציה הרבה יותר פשוטים, טובים ונוחים יותר.

[#2 סיריל]

הרשה לי להוסיף זבוב נוסף במשחה לחבית הדבש של מנועי השסתומים. זה חשוב במיוחד בכונני התנועה העיקרית של המכונות. אי אפשר לווסת את שטף ההתרגשות עבור מנועי שסתומים, כלומר אי אפשר להשתמש במצב פעולה עם עוצמה קבועה, ולכן במכונות משתמשים יותר ויותר בציר המנוע, כלומר ציר המכונה עצמו הוא גם הרוטור של המנוע החשמלי. המכשיר פשוט, לא יקר ויעיל.

[#3 רוסלן]

עכשיו כל מה שאתה צריך לדעת - אני יודע, בזכותך.

[#4]

כוננים עתידיים קבועים, כמו גם זרם ישר בכללותו.
פעם הייתה בעיה בהמרה הנוכחית ישירה. עם משתנה, היה הרבה יותר קל לעשות זאת. אבל עם התפתחות האלקטרוניקה החשמלית, הבעיה הזו נפתרה. כבר כיום משתמשים בממדים להספק של מספר מגה-וואט באופן פעיל. קח את אותן טורבינות רוח בעלות חתיכה כוח של 2-3 מגוואט. הם כבר עובדים על הממיר.
לממירים בעלי יעילות גבוהה יותר יש את היכולת לשנות את גורם ההספק.
בנוסף, לוחות סולאריים מייצרים זרם ישר, האלקטרוניקה צורכת זרם ישר. לרכבים חשמליים יש סוללות ויש לטעון אותם בזרם ישר. כמו כן, ישנם מנועי DC.
מנוע DC קל יותר לנהיגה. יש להם מאפיין תדר רגעי טוב יותר. אם אתה מניח מגנטים קבועים על הסטטור, אתה מקבל גנרטור / מנוע קומפקטי ונוח ביעילות גבוהה יותר מזו של אחד אסינכרוני. גנרטורי DC אינם צורכים כוח תגובתי ליצירת שטף מגנטי.

[#5 אוטי]

סיריל,
"הרשה לי להוסיף זבוב נוסף במשחה לחבית הדבש של מנועי השסתום. זה חשוב במיוחד בכונני התנועה העיקרית של המכונות. למנועי שסתום אי אפשר לווסת את זרימת ההתרגשות, כלומר אינך יכול להשתמש במצב הכוח הקבוע."
ואף אחד לא מתכוון להשתמש במנועים חשמליים שסתומים במכונות, הם מצוינים במאפיינים שלהם למכוניות ומטוסים.
ולמה הגעת שלא ניתן להשתמש במנוע החשמלי בשסתום במצב כוח קבוע ?? איזו שטויות?

[#6]

לכל סוג מנוע יתרונות וחסרונות משלו.

למנועי DC יש מגנטים בסטטור, היוצרים שדות חזקים ואינם מצמצמים את רגע האינרציה של הרוטור, אך יש צורך להפעיל את הרוטור של מנוע כזה, עליכם להשתמש בקולט, ומכאן החסרונות של מנוע זה: אמינות נמוכה, משאב נמוך, חוסר יכולת להשתמש בסביבה דליקה, גודל נוסף , רגע נוסף של אינרציה.אפשר יהיה לסדר את המגנטים ברוטור, אבל אז אתה צריך להפעיל את המנוע באמצעות הבקר, והמנוע ייקרא שסתום.

מנוע אינדוקציה הוא דבר די מבטיח, אך לא בגרסה הקלאסית, לצורך פעולתו המלאה, אתה עדיין צריך בקר או ממיר דופק, היתרון שלו, פיתוח טכנולוגי טוב.

הטכנולוגיה המבטיחה ביותר, לדעתי, היא מנועי סילון שסתומים, ואינם סופרים את הבקר, בין היתר, הם זולים בהרבה מכל סוג של מנועים, כולל מנועי אסינכרוני, מכיוון שהם בנויים פשוטים יותר ודורשים חומר מוליך פחות (נחושת). אבל יש להם גם חסרונות, כמו רעש.

[#7 אלכס שור]

המחבר עשה כמה עבודות, אך המאמר גס. אין גישה שיטתית להצגה ושגיאות ברורות. אז היתרונות והחסרונות של מנועי שסתומים מתוארים בפירוט ונקודה אחר נקודה, בעוד מנועים אחרים הם סתמיים. סיווג המנועים אינו נכון. יש צורך לסווג במסגרת תכונה ספציפית, ולא רק איכשהו. אתה לא יכול לכתוב שמנוע אחד הוא שסתום והשני אדום. אז, גלילי המנוע המתוארים במאמר (סעיף 7 לסיווג) נבדלים מהאחרים ברשימה לא לפי עקרון העבודה, אלא על ידי העיצוב שלהם. בתוך הגלילה ניתן להתקין את כל סוגי המנועים בין 1 ל- 8 למעט 6 (לינאריים).