Виды приводных двигателей. Преимущества и недостатки.
В стиральных машинах применяют следующие типы приводных моторов:
1) Коллекторный двигатель
2) Асинхронный двигатель
3) Инверторный двигатель (Прямой привод)
1) Коллекторный двигатель в конструкции имеет статор, якорь (ротор) и щеточный механизм, а также Тахо генератор.
К достоинствам можно отнести:
Универсальность
Небольшие габариты
Не чувствителен к частоте в электросети.
Большой пусковой момент.
Не нуждается в отдельном модуле управления двигателем.
Скорость оборотов регулируются с помощью увеличения либо понижения напряжения
Ремонтопригодность
Недостатки:
Относительно невысокий срок службы (примерно 5-7 лет)
Шумность из трущихся элементов (Щетки механизм с якорем)
Периодическое сервисное обслуживания двигателя (замена щеток) имеется видео:
youtube.com/embed/AT9s2tUJT1c» frameborder=»0″ allow=»autoplay; encrypted-media» allowfullscreen=»allowfullscreen»>
См. Запчасти для бытовой техники/Графитовые щетки
2) Асинхронный двигатель бывает двух или трехфазными. На данный момент выпускают трёхфазные двигатели с частотным регулированием скорости, которые имеют также защитный термостат и Тахо генератор. В устройстве основные части это: Неподвижный статор и вызывающий вращение барабана ротор.
К достоинствам можно отнести:
Конструктивная простота
Низкий уровень шума
Лёгкость в обслуживании (замена подшипников и смазка двигателя)
Недостатки:
Чувствительность асинхронного двигателя к низкому напряжению
Большие габариты мотора
Низкий КПД
Отдельный модуль управления двигателем
Низкая ремонтопригодность
3) Инверторный двигатель (прямой привод) в устройстве всего лишь ротор и статор, а также датчик Холла для управления оборотами двигателя. Привод монтируется непосредственно к барабану, т.е. нет необходимости в использования ремня.
К достоинствам можно отнести:
Простота конструкции
Низкий уровень вибрации
Высокий КПД
Компактность
Долговечность
Недостатки:
Чувствительность инверторного двигателя к низкому напряжению
Невысокая ремонтопригодность
стоимость по сравнению с коллекторными двигателями достаточно большая.
Первые кто создал и внедрил в жизнь технологию прямого привода это компания LG (Лджи) на данный момент еще ряд компаний внедрили данную технологию такие как: Samsung (Самсунг), AEG (АЕГ), Electrolux (Электролюкс), BOSCH (Бош), Whirpool (Вирпулл). С каждым годом брендов использующих инверторные двигатели (прямой привод) становится все больше.
Наша компания обслуживает и производит ремонт стиральных машин в Люберцах, Люберецком районе, поселок Октябрьском, Томилино, Малаховке, Котельниках и в других см. Географию предоставления услуг.
Универсальный двигатель
Дмитрий Левкин
- Конструкция
- Принцип работы
- Особенности
- Области использования
Конструкция универсального коллекторного электродвигателя не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока с обмотками возбуждения, за исключением того, что вся магнитная система (и статор, и ротор) выполняется шихтованной и обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция и статора, и ротора обусловлена тем, что при работе на переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери.
Универсальный двигатель
Секционирование обмотки возбуждения вызвано необходимостью изменения числа витков обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе электродвигателя от сетей постоянного и переменного тока [2].
Схема универсального коллекторного двигателя
Универсальный коллекторный электродвигатель может быть выполнен как с последовательным, так и с параллельным и независимым возбуждением.
В настоящее время универсальные коллекторные электродвигатели выполняют только с последовательным возбуждением.
Возможность работы универсального двигателя от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:
,
- где M — электромагнитный момент, Н∙м,
- – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
- – ток в обмотке якоря, А,
- Ф — основной магнитный поток, Вб.
В качестве универсального используют двигатель последовательного возбуждения, у которого ток якоря является и током возбуждения, что обеспечивает почти одновременное изменение направления тока в обмотке якоря Iа и магнитного потока возбуждения Ф при переходе от положительного полупериода переменного напряжения сети к отрицательному.
Если двигатель подключить к сети синусоидального переменного тока, то ток якоря Ia и магнитный поток Ф будут изменяться по синусоидальному закону:
,
- где i — ток, А,
- – амплитуда тока, А,
- – частота, рад/c.
,
- где – наибольшее значение магнитного потока, Вб,
- – угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обусловленный магнитными потерями в двигателе, рад.
Отсюда получим формулу электромагнитного момента коллекторного двигателя последовательного возбуждения, включенного в сеть синусоидального переменного тока, Нм:
.
После преобразования:
.
Первая часть выражения представляет собой постоянную составляющую электромагнитного момента Mпост, а вторая часть — переменную составляющую этого момента Мпер, изменяющуюся во времени с частотой, равной удвоенной частоте напряжения питания.
Таким образом, результирующий электромагнитный момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует. Пульсации электромагнитного момента практически не нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента () и большом моменте инерции якоря вращение последнего оказывается равномерным.
- Способы подключения универсального электродвигателя к сети питания:
- прямое подключение к сети питания
- подключение серез автотрансформатор
- подключение через регулятор
- симисторный
- транзисторный
Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.
Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].
Благодаря тому, что универсальный двигатель может иметь высокую скорость вращения при работе от однофазной сети переменного тока без использования дополнительных преобразовательных устройств, он получил широкое применение в таких домашних приборах как пылесосы, блендеры, фены и др. Так же универсальный электродвигатель широко используется в таких инструментах, как дрели и шуруповерты.
Благодаря тому, что скорость вращения универсального двигателя легко регулируется изменением величины питающего напряжения ранее он широко использовался в стиральных машинах.
Смотрите также
Основные параметры электродвигателя
Общие параметры для всех электродвигателей
- Момент электродвигателя
- Мощность электродвигателя
- Коэффициент полезного действия
- Номинальная частота вращения
- Момент инерции ротора
- Номинальное напряжение
- Электрическая постоянная времени
- ГОСТ 27471-87 Машины электрические вращающиеся. Термины и определения.
- Е.В.Арменский, Г.Б.Фалк. Электрические микромашины. Изд. 2-е, перераб. и доп.: Учеб. пособие для электротехн. специальностей вузов.
- М.М.Кацман. Электрические машины и электропривод автоматических устройств: Учебник для электротехнических специальностей техникумов.- М.: Высш. шк., 1987.
Библиографический список
Бесщеточные двигатели – конструкция, работа и преимущества
Бесколлекторные двигатели – конструкция, работа и преимущества
2022-01-05
- Почему стоит выбрать бесколлекторный двигатель
- Области применения, в которых бесщеточный двигатель не имеет себе равных
- Типы бесщеточных двигателей – BLDC и PMSM
- Бесщеточный двигатель управления
- Резюме
Бесщеточные двигатели – конструкция и работа
Для того чтобы понять феномен бесщеточных двигателей, которые быстро появляются на рынке электроинструментов, необходимо понять принцип работы применявшихся ранее коллекторных двигателей и узнать об основных отличиях между этими двумя типами двигателей.
Основной задачей электродвигателя является преобразование электрической энергии в механическую, т.е. приведение в движение вала ведомого устройства. В обычном двигателе коллектор вращающегося ротора получает электрический заряд от графитовых щеток, которые проводят электричество через непосредственный контакт с вращающейся частью. Результирующее магнитное поле, создаваемое коммутатором, вызывает вращательное движение с помощью специальных магнитов.
Конструкция и, следовательно, принцип работы бесщеточного двигателя немного отличаются от коллекторного двигателя. Коллектор и щетки в этом устройстве заменены катушками, намотанными на неподвижном сердечнике, так называемом статоре (в щеточном двигателе катушки размещены на подвижном роторе). Именно эти катушки при протекании по ним тока создают магнитное поле, приводящее в движение ротор. Очень распространенным и базовым решением является использование трех обмоток. Однако из-за возникающих пульсаций крутящего момента производители также предлагают двигатели, оснащенные наборами от одной до даже восьми пар полюсов.
Из-за отсутствия прямого контакта между вращающейся частью и неподвижными витками нет необходимости использовать графитовые щетки. Использование постоянных магнитов в конструкции бесщеточного двигателя обеспечивает более высокий крутящий момент и повышенную эффективность. Это все благодаря высокой плотности энергии этих магнитов.
BLDC в наличии в TME
Почему стоит выбрать бесщеточный двигатель
Конструкция бесщеточного двигателя имеет ряд преимуществ. К наиболее важным отличиям в пользу бесколлекторных двигателей относятся:
- Более тихая работа и меньше отказов – во время работы щетки трутся о вращающиеся части, вызывая шум. Щетки являются наиболее часто изнашиваемой деталью коллекторных двигателей, что значительно сокращает срок их службы;
- Повышенная безопасность труда – во время работы бесколлекторные двигатели не образуют опасных для пользователя искр. Это преимущество позволяет использовать двигатель во взрывоопасных и пожароопасных средах;
- Более высокая эффективность устройства – устранение механического сопротивления позволяет достичь более высоких скоростей вращения ротора и улучшенного крутящего момента;
- Увеличенный срок службы батареи — бесщеточный двигатель потребляет меньше тока, чем его традиционный аналог.
- Повышенная точность управления — двигатели BLDC обеспечивают высокоточное управление крутящим моментом, что помогает снизить инерцию и энергопотребление;
- Значительно сокращенное или нулевое техническое обслуживание — при правильном использовании двигатель должен работать без сбоев или необходимости внешнего вмешательства в конструкцию. Это связано с тем, что отсутствие щеток означает, что внутри машины больше нет критических деталей, которые изнашиваются при нормальной работе. Преимущество этого факта в том, что мотор можно установить в труднодоступном месте.
Области применения, в которых бесщеточный двигатель незаменим
Бесщеточные двигатели идеально подходят для компьютерного оборудования, требующего безопасной и бесперебойной работы в течение длительного времени. Примеры включают жесткие диски и компьютерные вентиляторы, которые предназначены для постоянного снижения температуры компонентов во время использования компьютера. Как упоминалось выше, благодаря низкому энергопотреблению и чрезвычайно компактным размерам бесщеточные двигатели незаменимы в профессиональных беспроводных устройствах, таких как шуруповерты, дрели и угловые шлифовальные машины. Работа от аккумулятора более экономична и продолжительна. Сегодня очень популярной отраслью, которая в значительной степени зависит от бесколлекторных двигателей, является производство электрических и гибридных транспортных средств. Не менее важно использование бесщеточной технологии в конструкции стиральных машин и кондиционеров. Безыскровая работа очень важна из-за высокого риска поражения электрическим током. Кроме того, производители стиральных машин предлагают более длительную гарантию на изделия, оснащенные бесщеточными двигателями, за счет более стабильной работы барабана, что позволяет меньше поломок. Еще одним преимуществом покупки такой стиральной машины является снижение эксплуатационных расходов.
Типы бесщеточных двигателей — BLDC и PMSM
Наиболее часто используемые бесщеточные двигатели — это двигатели BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока), т. е. решение, использующее трапециевидную форму волны ЭДС (электродвижущая сила), и PMSM (синхронный двигатель с постоянными магнитами). с синусоидальной формой волны ЭДС. Различают также приводы постоянного и переменного тока.
Управление бесщеточным двигателем
Использование обмоток на статоре позволяет управлять двигателем, изменяя токи, подаваемые на обмотки, и изменять значение крутящего момента на лету. Как уже упоминалось выше, различают BLDC и двигатели PMSM. Маркировка типа двигателя указывает, как устройство управляется. Трапециевидное управление позволяет регулировать, когда не требуется управление скоростью или крутящим моментом двигателя. Такие двигатели оснащены датчиками Холла, определяющими положение ротора. Это решение менее сложное, но и менее точное. Главный недостаток такой конструкции — проблематичная регулировка на малых скоростях.
В двигателях PMSM, т.е. с синусоидальной формой волны ЭДС, благодаря применению специальных энкодеров устраняются нежелательные эффекты коммутации, возникающие в двигателях BLDC, благодаря чему возможно простое управление даже при низких скоростях вращения. Кроме того, такое решение сводит к минимуму риск возникновения пульсаций крутящего момента.
Третьим и наиболее совершенным типом управления бесколлекторным двигателем является векторное управление. Это решение состоит в использовании специального блока преобразования перед ПИ (пропорционально-интегральным) регулятором. Это приводит к повышению точности управления по сравнению с ранее упомянутыми типами, при этом устраняются пульсации и обеспечивается лучший контроль на низких скоростях.
Резюме
Использование бесколлекторного двигателя , несомненно, является решением, заслуживающим внимания как производителя, так и потребителя. Первый избавляет от риска частых поломок. Продукция становится качественнее, а количество необходимых сборочных компонентов сокращается. Покупатель же получает товар, который прослужит ему долгие годы и не потребует особого вмешательства в его эксплуатацию. Несмотря на некоторую разницу в цене, спокойствие и безопасность покупаются на всю жизнь.
Электродвигатели постоянного тока доступны в TME
Поделитесь этой статьей
Преимущества бесщеточных двигателей постоянного тока перед щеточными двигателями постоянного тока
Двигатели постоянного тока можно разделить на щеточные и бесщеточные, при этом бесщеточные двигатели превосходят щеточные аналоги во многих различных областях. На этой странице подробно рассказывается о преимуществах бесщеточных двигателей постоянного тока по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока, а также о том, чем эти два типа двигателей отличаются друг от друга.
Различия между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока
Различные структурные конфигурации щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока влияют на гибкость конструкции двигателя и размеров. Другими тесно связанными с этим отличиями являются доступный выбор характеристик двигателя, уровней электрического и механического шума и тепловых характеристик.
Гибкость конструкции благодаря различной конструкции двигателя
В то время как щеточные двигатели постоянного тока обычно имеют форму удлиненного цилиндра, уплощенная форма и больший диаметр, возможный для бесщеточных двигателей постоянного тока, обеспечивают дополнительный вариант дисковых двигателей. Корпус двигателя можно сделать тоньше, что облегчает разработку более тонких и компактных конечных продуктов.
Более широкий выбор характеристик двигателя
Поскольку схемы привода и управления для бесщеточного двигателя постоянного тока могут быть спроектированы в соответствии с требуемой производительностью, можно достичь более широкого диапазона характеристик, чем у щеточных двигателей постоянного тока. Это обеспечивает гораздо более широкий диапазон управления скоростью и крутящим моментом, чем это возможно с коллекторными двигателями постоянного тока.
Электрический и механический шум
Коллекторные двигатели постоянного тока являются источником электрических помех, вызванных искрами, возникающими при электрическом контакте между щеткой и коллектором. С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют щеток и коллектора, трущихся друг о друга при электрическом и механическом контакте, и, следовательно, не производят электрического шума из-за искрения или механического шума из-за неизбежного трения. Это позволяет свести к минимуму шум и вибрацию конечного продукта и поддерживать радиочастотные помехи для других электронных устройств на очень низком уровне.
Тепловые характеристики
Коллекторные и бесщеточные двигатели постоянного тока конструктивно различаются, и эти различия влияют на их соответствующие тепловые характеристики. Поскольку базовая конструкция щеточных двигателей постоянного тока включает вращающуюся катушку (якорь), которая одновременно выделяет тепло и заключена в магнит и корпус, их тепловые характеристики не всегда идеальны.
Бесщеточные двигатели постоянного тока, с другой стороны, предлагают выбор из двух конфигураций в зависимости от того, расположен ли ротор внутри или снаружи статора, где выделяется тепло. В обеих конфигурациях площадь поверхности, контактирующей с воздухом, больше, чем у щеточного двигателя постоянного тока, и это объясняет превосходные тепловые характеристики бесщеточных двигателей постоянного тока.
Бесщеточные двигатели постоянного тока используются в бытовой технике, коммерческом и промышленном оборудовании.
За последние годы превосходная эффективность и низкий уровень шума бесщеточных двигателей постоянного тока привели к расширению их использования в таких приложениях, как электрические изделия и точное оборудование.
Холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы и бытовые водонагреватели — это лишь некоторые из бытовых приборов, в которых используются бесщеточные двигатели постоянного тока. Коммерческое использование включает офисное, промышленное и медицинское оборудование.
Высокоскоростное вращение диска является важным требованием для различных мехатронных устройств, таких как жесткие диски, оптические приводы и устройства записи Blu-ray, которые используются в привычных продуктах, таких как ПК и DVD-плееры. Компонент, используемый для управления этим вращением, представляет собой бесщеточный двигатель постоянного тока.
Помимо бытовой техники и прецизионного оборудования, в автомобильной промышленности также был разработан широкий спектр систем, включающих бесщеточные двигатели постоянного тока.
- Двигатели постоянного тока для электроусилителя руля
- Электродвигатели вентилятора кондиционера сиденья
- Двигатели вентиляторов для HVAC (первичная система кондиционирования воздуха автомобиля)
Хотя это лишь некоторые детали, в которых используются двигатели постоянного тока, бесщеточные двигатели постоянного тока стали важным компонентом, обеспечивающим повышенный комфорт и безопасность.
«Меньше, легче, тише»: тройное преимущество бесщеточных двигателей постоянного тока
Компактный размер, малый вес и тихая работа бесщеточных двигателей постоянного тока открывают возможности для их использования во многих различных областях.