Преобразователи электрической энергии в механическую. Двигатель постоянного тока. Принцип действия. Основные характеристики.

Электромеханические преобразователи – это класс устройств, созданных для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Основным видом электромеханического преобразователя является электродвигатель или электрогенератор.

Подавляющее большинство электрических машин работает по принципу магнитного отталкивания и притяжения. Если между северным и южным полюсами магнита поместить проволоку и пропустить по ней ток, то её вытолкнет наружу. Как это возможно? Дело в том, что проходя по проводнику, ток формирует вокруг себя круговое магнитное поле по всей длине провода. Направление этого поля определяют по правилу буравчика (винта). При взаимодействии кругового поля проводника и однородного поля магнита, между полюсами магнитное поле с одной стороны ослабевает, а с другой усиливается. То есть среда становится упругой и результирующая сила выталкивает провод из поля магнита под углом 90 градусов в направлении, определяемом по правилу левой руки (правило правой руки используется для генераторов, а правило левой руки подходит только для двигателей). Эта сила называется «амперовой» и её величина определяется по закону Ампера F=BхIхL, где В – значение магнитной индукции поля; I – ток, циркулирующий в проводнике; L – длина провода.

Это явление использовали как основной принцип работы первых электродвигателей, этот же принцип используют и поныне. В двигателях постоянного тока малой мощности для создания постоянного магнитного поля применяются постоянные магниты. В электромоторах средней и большой мощности однородное магнитное поле создают с помощью обмотки возбуждения или индуктора.

Рассмотрим принцип создания механического движения с помощью электричества более подробно. На динамической иллюстрации показан простейший электромотор. В однородном магнитном поле вертикально располагаем проволочную рамку и пропускаем по ней ток. Что происходит? Рамка проворачивается и по инерции двигается какое-то время до достижения горизонтального положения. Это нейтральное положение – мёртвая точка — место, где воздействие поля на проводник с током равно нулю. Чтобы движение продолжилось, нужно добавить ещё хотя бы одну рамку и обеспечить переключение направление тока в рамке в нужный момент.

Современный двигатель постоянного тока вместо одной рамки имеет якорь с множеством проводников, уложенных в пазы, а вместо постоянного подковообразного магнита имеет статор с обмоткой возбуждения с двумя и более полясами. На рисунке показан двухполюсный электромотор в разрезе. Принцип его работы следующий. Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части — «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться. Дальше видно, что когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

Таким образом, обмотка якоря передаёт вращающий момент на вал электромотора, а тот в свою очередь приводит в движение рабочие механизмы любого оборудования, такого как, например, станок для сетки рабицы. Хотя в этом случае используется асинхронный двигатель переменного тока, основной принцип его работы идентичен принципу действия двигателя постоянного тока – это выталкивание проводника с током из магнитного поля. Только у асинхронного электромотора вращающееся магнитное поле, а у электродвигателя постоянного тока – поле статичное.

Индуктор (статор) электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах - специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянноготока.

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов. При больших токах, в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего, искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.Конструкция двигателя может иметь один или несколько щеточно-коллекторных узлов.

На сегодняшний день двигатели постоянного тока мало используются на производстве. Из недостатков этого типа электрических машин можно отметить быстрый износ щёточно-коллекторного узла. Преимущества – хорошие характеристики запуска, лёгкая регулировка частоты и направления вращения, простота устройства и управления.

В настоящее время двигатели постоянного тока независимого возбуждения, управляемые тиристорными преобразователями, используются в промышленных электроприводах.’Эти при­воды обеспечивают регулирование скорости в широком диапазо­не. Регулирование скорости вниз от номинальной осуществляется изменением напряжения на якоре, а вверх — ослаблением потока возбуждения. Ограничения, по мощности и скорости обусловлены свойствами используемых двигателей, а не полупроводниковых приборов. Тиристоры могут соединяться последовательно или па­раллельно, если они имеют недостаточно высокий. класс по напря­жению или току. Ток якоря и момент ограничены перегрузочной способностью двигателя по нагреву.

Индивидуальное задание. Кран-балка

Кран-балка (однобалочный мостовой кран) принадлежит к типичному оборудованию на производстве, закрытых и открытых складов, цехов. Кран-балки бывают двух видов: ручные и электрические.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КРАН-БАЛОК

• кран-балка опорная;
• кран-балка подвесная;
• кран-балка подвесная двухпролетная.

К стандартному грузоподъемному оборудованию относят кран балки электрические однобалочные и двухбалочные.

Стоимость кран балки типовой конструкции значительно меньше, если сравнивать её с ценой специального мостового крана. В компании "Еврокран" Вы можете купить кран балки (однобалочные мостовые краны) по самым выгодным ценам и срокам доставки.

Кран-балки электрические однобалочные являются разновидностями мостовых кранов, функционирование которого осуществляется посредством как электрического, так и ручной привода. Кран балка электрическая может быть грузоподъемностью от 1 до 16тн, пролетом до 28,5м.

Производство кран-балок в нашей компании осуществляется как в разных регионах на территории России, так и в зарубежных странах. Цена на кран-балку опорную и на кран балку подвесную в нашей компании, позволит заказчику с различными финансовыми возможностями приобрести изделие нужной конфигурации с высоким уровнем качества. По Вашему желанию менеджеры предоставят Вам полный прайс-лист с указанием всех цен на наши кран-балки.

В производстве нашей компании есть не только кран-балка электрическая однобалочная и ручная, а также другие грузоподъемные краны разнообразных конфигураций и видов. Чтобы осуществить быструю транспортировку груза как в помещении, так и на улице применяют кран-балки подвесные, и не реже кран-балки опорные.

Кран-балка подвесная электрическая является более выгодной в цене, чем опорная, если помещение в котором будет монтироваться кран, не имеет подкрановой эстакады. Кран балки подвесные перемещаются по двутаврам, с помощью концевых тележек с мотор-редукторами.

Кран-балка 5т подвесная электрическая оснащена подъемным механизмом – тельфером, который является главной составляющей крана. Подвесная кран-балка электрическая питается с помощью трехфазной сети переменного тока при частоте 50Гц и напряжении 380В. В соответствии с требованиями заказчика, кран балка подвесная однобалочная производится для работы в нестандартной среде, температурном режиме, режиме работы, габаритных размерах, уменьшенной массе, а так же с регулировкой скоростей. Кран балки подвесные двухпролетные расположены на трех подкрановых путях и могут быть общим пролетом до 24м, что дает возможность значительно расширить пространство для эксплуатации мостового крана.

Для того чтобы провести целый цикл разгрузочно-погрузочных, транспортно-подъемных, монтажных операций на улице, под навесом, в закрытых помещениях используется кран-балка опорная электрическая.

В зависимости от предусмотренных характеристик кран балка опорная электрическая бывает:

• взрывозащищенной;
• пожаробезопасной;
• с уменьшенной строительной высотой;
• общего назначения.

Кран балки опорные выпускают со стандартной грузоподъемностью 1…16 тонн.