Что лучше асинхронный или коллекторный двигатель: расскажите кто лучше: асинхронный мотор или щёточный? — Электропривод

расскажите кто лучше: асинхронный мотор или щёточный? — Электропривод

25.11.2019 в 21:23, bogdan5106 сказал:

но кто лучше?????

Зависит от поставленных задач.

25.11.2019 в 21:23, bogdan5106 сказал:

но не бывает же асинхронных стартеров)

Так же как и не бывает на машинах аккумуляторов выдающих переменное )

25. 11.2019 в 21:23, bogdan5106 сказал:

получается у щёточных крутящий момент гораздо больше, верно???

При разгоне да, намного больше. А асинхронные при разгоне могут развивать примерно 20% от номинала, покуда не раскрутятся.

25.11.2019 в 21:30, Кувалдыч сказал:

А что вкуснее — соль или сахар? 🙂

Верно. Смотря какая задача. То ли для варенья, то ли для маринада )

26. 11.2019 в 20:23, Кувалдыч сказал:

чет мне кажется что там ни щеток ни магнитиков ни трех фаз нет.

Я знаю, что у электровелосипеда мотор колесо трёхфазное, синхронное, в нём магниты и герконы вроде, и управляет этим контроллер. 

Как проверить работает ли двигатель стиральной машины?

Стиральная машина может долго служить своим хозяевам при грамотном ее использовании. Но даже самые надежные агрегаты порой дают сбой, и вот тогда возникает вопрос, как самостоятельно проверить двигатель стиральной машины.

Виды двигателей и их проверка

Стиральные машины различных производителей имеют разные типы двигателей. В зависимости от разновидностей этих деталей, проверка будет немного отличаться.

Существует три типа двигателя:

• асинхронный;
• коллекторный;
• прямоприводный.

Асинхронный электродвигатель характерен, прежде всего, для старых машин-автоматов. В современных устройствах такой тип запчастей используется редко из-за своего низкого КПД.

Коллекторный двигатель – это наиболее часто используемый в современных устройствах тип запчастей. Он имеет небольшой размер и высокую скорость работы, что сделало его популярным для современных производителей.

Электродвигатель с прямым приводом во многом схож с асинхронным, но имеет более высокий КПД и меньший размер. Такой двигатель используется в достаточно дорогих, но очень качественных моделях. Самым ярким представителем устройств с этим типом двигателя являются машинки компании LG.

Для проверки устройства первым делом нужно снять переднюю и заднюю панели машинки-автомат и изъять двигатель. Для коллекторных моделей он будет небольшим, а вот асинхронные и бесколлекторные являются достаточно объемными и тяжелыми.

Асинхронные и прямоприводные электродвигатели практически не представляется возможным проверить в домашних условиях, так как они напрямую соединены с барабаном.

Можно лишь внешне осмотреть целостность запчасти либо попробовать заменить некоторые детали заведомо рабочими. Если устройство заработает, то повезло, если нет, то обязателен вызов специалиста ремонтного центра.

Коллекторный двигатель можно отдельно подключить к электрической цепи и проверить, крутится ли ротор. Однако такая проверка работоспособности не даст стопроцентной гарантии работы двигателя и не может являться причиной для поиска поломки машины в другом месте. Возможно, двигателю теперь не хватает мощности: он спокойно работает без нагрузки, но вот крутить полный барабан он не в силах.

Наиболее частые причины поломок и их устранение

Самыми частыми причинами поломки двигателя стиральной машины могут быть:

1. Износ электрических щеток.
2. Повреждение обмотки статора или ротора.
3. Откол или расслаивание ламелей коллектора.

Графитовые щетки легко стираются об коллектор, а потому являются наиболее частой причиной поломки электродвигателя.

1. Визуальный осмотр в нерабочем состоянии.
2. Проверка при работе (не должно быть искр).
3. Во время стирки не должно быть щелкающих звуков.
4. Проверка мощности вращения барабана.

Если все эти процедуры выявили износ щеток, то менять их не имеет смысла. Хотя во время цикла щетки все равно стираются. Поэтому даже если они пока не мешают полноценной работе двигателя, лучше заменить их на новые, соответствующие модели стиралки.

Повреждение обмотки можно выявить визуально, но обычно на глаз сделать это не получается. Для проверки потребуется мультиметр, который в режиме измерения сопротивления нужно замыкать на разных частях витков проводки и корпуса.

Если в определенных положениях слышится характерный щелчок, то обмотка повреждена и требуется ремонт. Можно попытаться восстановить обмотку, однако практика показывает, что лучшим решением будет просто замена целой детали.

Если электродвигатель имеет свойство заклинивать, то на ламелях могут образоваться сколы и отслаивания. Обнаружить это возможно только при визуальном осмотре. Исправить ситуацию можно с помощью шкурки, которая выравнивает поврежденные части, либо посредством замены детали.

Если машинка не включается и есть подозрения о неисправности двигателя, лучше сразу обратиться к профессионалам. Особенно это касается тех случаев, когда машине еще может быть оказано гарантийное обслуживание. Только специалист ввиду своего опыта сможет с точностью определить причину поломки и обозначить возможные пути решения этой проблемы.

Как выбрать мойку высокого давления

Шланг
Для подключения к системе водоснабжения потребуется армированный шланг.

Обратный клапан необходим, чтобы вода из мойки не выливалась обратно. Это важно, ведь техника не должна работать без подачи воды. Работа «на сухую» может привести к поломкам, так как охлаждается техника за счет подаваемой воды. 

Фильтр для очистки воды
Одно из требований – работа с чистой водой без примесей. Загрязнение в воде увеличивает нагрузку на аппарат, может привести к неисправности. Поэтому, если в комплекте фильтра нет, то его необходимо приобрести. 

Коннектор
Нужен для подсоединения шланга к мойке. Перед покупкой убедитесь, что коннектор не поставляется в комплекте с мойкой. 

Пеногенератор
Устройство применяется для создания пены с применением моющего средства. Обычно пеногенератор идёт в комплекте с мойкой, но по факту он создает не пену, а эмульсию из смеси шампуня и воды.

Моющие средства
Для мытья автомобилей потребуются специальные моющие средства. Они бывают обычные и с добавлением воска. Применяться могут оба. Средство с воском используется для завершающей обработки, так как создает защитный слой на поверхности. 

Щетки и дополнительные аксессуары
В наборе с минимойкой поставляются стандартные насадки на пистолет: плоскоструйная и грязеотбивочная с шариком внутри. В качестве дополнительных приспособлений можно приобрести:

— Плоские и вращающиеся щетки для мытья дорожек, заборов, фасадов; 

— Специальный комплект для прочистки трубопровода; 

— Угловая струйная трубка для работы в труднодоступных местах. 

— Удлинители для шлангов; 

— Напорные и струйные трубки.

Трехфазный индукционный мотор. Асинхронный электродвигатель

Электродвигателей, а также рассказано, как ими управлять. Но видов электродвигателей существует гораздо больше! И у каждого из них свои свойства, область применения и особенности.

В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро?

Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые… Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».

С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструкторские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало – что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото сверху)? Это конденсаторы – при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают помехи.

Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810кВт и напряжением 1500В.

Почему ДПТ не делают мощнее? Главная проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности – это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе является не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоамперы – и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ – целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор становится слишком сложно (рекорд — 12,5МВт).
В потребительском качестве ДПТ хорош своей простотой с точки зрения управляемости. Его момент прямо пропорционален току якоря, а частота вращения (по крайней мере холостой ход) прямо пропорциональна приложенному напряжению. Поэтому до наступления эры микроконтроллеров, силовой электроники и частотного регулируемого привода переменного тока именно ДПТ был самым популярным электродвигателем для задач, где требуется регулировать частоту вращения или момент.

Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуждения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вращающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магнитами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят постоянные магниты, в больших – обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения – это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличивается её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем выше развиваемый момент при том же токе якоря. Но тем выше и ЭДС машины, а значит при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода двигателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напряжении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ. Вообще, я очень советую изучить уравнения ДПТ – они простые, линейные, но их можно распространить на все электродвигатели – процессы везде схожие.

Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ. При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутствует «постоянный ток», теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся.

Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря. А ещё? А еще можно сменить полярность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Правильно, направление вращения не изменится. Так что же мы ждем? Соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть переменного тока! Готово, двигатель будет крутиться. Есть один только маленький штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает переменный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый «универсальный коллекторный двигатель», который по конструкции является подвидом ДПТ, но… прекрасно работает как от переменного, так и от постоянного тока.

Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «прямым приводом»), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.

Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контакта, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует меньше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети переменного тока «прямым пуском» – его можно включить коммутатором «на сеть», в результате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 крат, но допустимым). ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пускового тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности – десятки мегаватт, тоже благодаря отсутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и дешев.

Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.

Минус асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представлять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исключительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропорционально регулировать и частоту, и напряжение. А лучше и вовсе организовать векторное управление, как более подробно было описано в прошлой статье . Но для этого нужен преобразователь частоты – целый прибор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупроводниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулирование частотой было экзотикой – его не на чем было делать. Но сегодня регулируемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты – это уже стандарт-де-факто.

Но все изменилось с появлением силовой полупроводниковой электроники и микроконтроллеров. Они позволили сформировать для синхронной машины любую нужную частоту поля, привязанную через датчик положения к ротору двигателя: организовать вентильный режим работы двигателя (автокоммутацию) или векторное управление. При этом характеристики привода целиком (синхронная машина + инвертор) получились такими, какими они получаются у двигателя постоянного тока: синхронные двигатели заиграли совсем другими красками. Поэтому начиная где-то с 2000 года начался «бум» синхронных двигателей с постоянными магнитами. Сначала они робко вылезали в вентиляторах кулеров как маленькие BLDC двигатели, потом добрались до авиамоделей, потом забрались в стиральные машины как прямой привод, в электротягу (сегвей, Тойота приус и т.п.), всё больше вытесняя классический в таких задачах коллекторный двигатель. Сегодня синхронные двигатели с постоянными магнитами захватывают всё больше применений и идут семимильными шагами. И все это – благодаря электронике. Но чем же лучше синхронный двигатель асинхронного, если сравнивать комплект преобразователь+двигатель? И чем хуже? Этот вопрос будет рассматриваться в конце статьи, а сейчас давайте пройдемся еще по нескольким типам электродвигателей.

Подавая постоянный ток в фазы в соответствии с текущим положением ротора можно заставить двигатель вращаться. Фаз может быть разное количество. Форма тока реального привода для трех фаз показа на рисунке (токоограничение 600А):

Однако за простоту двигателя приходится платить. Так как двигатель питается однополярными импульсами тока, напрямую «на сеть» его включать нельзя. Обязательно требуется преобразователь и датчик положения ротора. Причем преобразователь не классический (типа шестиключевой инвертор): для каждой фазы у преобразователя для SRD должны быть полумосты, как на фото в начале этого раздела. Проблема в том, что для удешевления комплектующих и улучшения компоновки преобразователей силовые ключи и диоды часто не изготавливаются отдельно: обычно применяются готовые модули, содержащие одновременно два ключа и два диода – так называемые стойки. И именно их чаще всего и приходится ставить в преобразователь для ВИД СВ, половину силовых ключей просто оставляя незадействованной: получается избыточный преобразователь. Хотя в последние годы некоторые производители IGBT модулей выпустили изделия, предназначенные именно для SRD.

Следующая проблема – это пульсации вращающего момента. В силу зубчатой структуры и импульсного тока момент редко получается стабильным – чаще всего он пульсирует. Это несколько ограничивает применимость двигателей для транспорта – кому хочется иметь пульсирующий момент на колесах? Кроме того, от таких импульсов тянущего усилия не очень хорошо себя чувствуют подшипники двигателя. Проблема несколько решается специальным профилированием формы тока фазы, а также увеличением количества фаз.

Однако даже при этих недостатках двигатели остаются перспективными в качестве регулируемого привода. Благодаря их простоте сам двигатель получается дешевле классического асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель легко сделать многофазным и многосекционным, разделив управление одним двигателем на несколько независимых преобразователей, которые работают параллельно. Это позволяет повысить надежность привода – отключение, скажем, одного из четырех преобразователей не приведет к остановке привода в целом – трое соседей будут какое-то время работать с небольшой перегрузкой. Для асинхронного двигателя такой фокус выполнить так просто не получается, так как невозможно сделать несвязанные друг с другом фазы статора, которые бы управлялись отдельным преобразователем полностью независимо от других. Кроме того, ВИД очень хорошо регулируются «вверх» от основной частоты. Железку ротора можно раскручивать без проблем до очень высоких частот.
Мы на фирме ООО «НПФ ВЕКТОР» выполнили несколько проектов на базе этого двигателя. Например, делали небольшой привод для насосов горячего водоснабжения , а также недавно закончили разработку и отладку системы управления для мощных (1,6 МВт) многофазных резервируемых приводов для обогатительных фабрик АК «АЛРОСА» . Вот машинка на 1,25 МВт:

Вся система управления, контроллеры и алгоритмы были сделаны у нас в ООО «НПФ ВЕКТОР», силовые преобразователи спроектировала и изготовила фирма ООО «НПП «ЦИКЛ+». Заказчиком работы и проектировщиком самих двигателей являлась фирма ООО «МИП «Мехатроника» ЮРГТУ (НПИ)».

На рисунке схематично показана геометрия ротора и магнитный поток обмотки возбуждения, а также изображено взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, при этом ротор на рисунке установлен в согласованное положение (момент равен нулю).

Ротор собран из двух пакетов (из двух половинок), между которыми установлена обмотка возбуждения (на рисунке показана как четыре витка медного провода). Несмотря на то, что обмотка висит «посередине» между половинками ротора, крепится она к статору и не вращается. Ротор и статор выполнены из шихтованного железа, постоянные магниты отсутствуют. Обмотка статора распределенная трехфазная – как у обычного асинхронного или синхронного двигателя. Хотя существуют варианты такого типа машин с сосредоточенной обмоткой: зубцами на статоре, как у SRD или BLDC двигателя. Витки обмотки статора охватывают сразу оба пакета ротора.

Упрощенно принцип работы можно описать следующим образом: ротор стремится повернуться в такое положение, при котором направления магнитного потока в статоре (от токов статора) и роторе (от тока возбуждения) совпадут. При этом половина электромагнитного момента образуется в одном пакете, а половина – в другом. Со стороны статора машина подразумевает разнополярное синусоидальное питание (ЭДС синусоидальна), электромагнитный момент активный (полярность зависит от знака тока) и образован за счет взаимодействия поля, созданного током обмотки возбуждения с полем, созданного обмотками статора. По принципу работы эта машина отлична от классических шаговых и SRD двигателей, в которых момент реактивный (когда металлическая болванка притягивается к электромагниту и знак усилия не зависит от знака тока электромагнита).

С точки зрения управления ВИД НВ оказывается эквивалентен синхронной машине с контактными кольцами. То есть, если вы не знаете конструкцию этой машины и используете её как «черный ящик», то она ведет себя практически неотличимо от синхронной машины с обмоткой возбуждения. Можно сделать векторное управление или автокоммутацию, можно ослаблять поток возбуждения для повышения частоты вращения, можно усиливать его для создания большего момента – всё так, как будто это классическая синхронная машина с регулируемым возбуждением. Только ВИД НВ не имеет скользящего контакта. И не имеет магнитов. И ротор в виде дешевой железной болванки. И момент не пульсирует, в отличие от SRD. Вот, например, синусоидальные токи ВИД НВ при работе векторного управления:

На основе данного двигателя мы также сделали несколько успешных проектов. Например, один из них – это серия приводов насосов и вентиляторов для районных теплостанций г. Москвы мощностью 315-1200кВт (ссылка на проект). Это низковольтные (380В) ВИД НВ с резервированием, где одна машина «разбита» на 2, 4 или 6 независимых трехфазных секций. На каждую секцию ставится свой однотипный преобразователь с векторным бездатчиковым управлением. Таким образом можно легко наращивать мощность на базе однотипной конструкции преобразователя и двигателя. При этом часть преобразователей подключено к одному вводу питания районной теплостанции, а часть к другому. Поэтому если происходит «моргушка питания» по одному из вводов питания, то привод не встает: половина секций кратковременно работают в перегрузке, пока питание не восстановится. Как только оно восстанавливается, на ходу в работу автоматически вводятся отдыхавшие секции. Вообще, наверное, этот проект заслуживал бы отдельной статьи, поэтому пока про него закончу, вставив фото двигателя и преобразователей:

Давайте рассмотрим регулируемый электропривод, режим работы которого – длительный. Коллекторные машины здесь сразу исключаются из конкуренции по причине ненадежности коллекторного узла. Но остались еще четыре – синхронный, асинхронный, и два типа вентильно-индукторных. Если мы говорим о приводе насоса, вентилятора и чего-то похожего, что используется в промышленности и где масса и габариты особо не важны, то здесь из конкуренции выпадают синхронные машины. Для обмотки возбуждения требуются контактные кольца, что является капризным элементом, а постоянные магниты очень дороги. Конкурирующими вариантами остаются асинхронный привод и вентильно-индукторные двигатели обоих типов.

Как показывает опыт, все три типа машин успешно применяются. Но – асинхронный привод невозможно (или очень сложно) секционировать, т.е. разбить мощную машину на несколько маломощных. Поэтому для обеспечения большой мощности асинхронного преобразователя требуется делать его высоковольтным: ведь мощность – это, если грубо, произведение напряжения на ток. Если для секционируемого привода мы можем взять низковольтный преобразователь и наставить их несколько, каждый на небольшой ток, то для асинхронного привода преобразователь должен быть один. Но не делать же преобразователь на 500В и ток 3 килоампера? Это провода нужны с руку толщиной. Поэтому для увеличения мощности повышают напряжение и снижают ток. А высоковольтный преобразователь – это совсем другой класс задачи. Нельзя просто так взять силовые ключи на 10кВ и сделать из них классический инвертор на 6 ключей, как раньше: и нет таких ключей, а если есть, они очень дороги. Инвертор делают многоуровневым, на низковольтных ключах, соединенных последовательно в сложных комбинациях. Такой инвертор иногда тянет за собой специализированный трансформатор, оптические каналы управления ключами, сложную распределенную систему управления, работающую как одно целое… В общем, сложно всё у мощного асинхронного привода. При этом вентильно-индукторный привод за счет секционирования может «отсрочить» переход на высоковольтный инвертор, позволяя сделать привода до единиц мегаватт от низковольтного питания, выполненные по классической схеме. В этом плане ВИПы становятся интереснее асинхронного привода, да еще и обеспечивают резервирование. С другой стороны, асинхронные привода работают уже сотни лет, двигатели доказали свою надежность. ВИПы же только пробивают себе дорогу. Так что здесь надо взвесить много факторов, чтобы выбрать для конкретной задачи наиболее оптимальный привод.

Но всё становится еще интереснее, когда речь заходит о транспорте или о малогабаритных устройствах. Там уже нельзя беспечно относиться к массе и габаритам электропривода. И вот там уже нужно смотреть на синхронные машины с постоянными магнитами. Если посмотреть только на параметр мощности деленной на массу (или размер), то синхронные машины с постоянными магнитами вне конкуренции. Отдельные экземпляры могут быть в разы меньше и легче, чем любой другой «безмагнитный» привод переменного тока. Но здесь есть одно опасное заблуждение, которое я сейчас постараюсь развеять.

Если синхронная машина в три раза меньше и легче – это не значит, что для электротяги она подходит лучше. Всё дело в отсутствии регулировки потока постоянных магнитов. Поток магнитов определяет ЭДС машины. На определенной частоте вращения ЭДС машины достигает напряжения питания инвертора и дальнейшее повышение частоты вращения становится затруднительно. Тоже самое касается и повышения момента. Если нужно реализовать больший момент, в синхронной машине нужно повышать ток статора – момент возрастет пропорционально. Но более эффективно было бы повысить и поток возбуждения – тогда и магнитное насыщение железа было бы более гармоничным, а потери были бы ниже. Но опять же поток магнитов повышать мы не можем. Более того, в некоторых конструкциях синхронных машин и ток статора нельзя повышать сверх определенной величины – магниты могут размагнититься. Что же получается? Синхронная машина хороша, но только лишь в одной единственной точке – в номинальной. С номинальной частотой вращения и номинальным моментом. Выше и ниже – всё плохо. Если это нарисовать, то получится вот такая характеристика частоты от момента (красным):

Конечно же, так как описано, никто не делает. Никто не ставит машину на 540кВт вместо 60кВт. Синхронную машину модернизируют, пытаясь «размазать» её механическую характеристику из оптимума в одной точке вверх по скорости и вниз по моменту. Например, прячут магниты в железо ротора (делают инкорпорированными), это позволяет не бояться размагнитить магниты и ослаблять поле смелее, а также перегружать по току побольше. Но от таких модификаций синхронная машина набирает вес, габариты и становится уже не такой легкой и красивой, какой она была раньше. Появляются новые проблемы, такие как «что делать, если в режиме ослабления поля инвертор отключился». ЭДС машины может «накачать» звено постоянного тока инвертора и выжечь всё. Или что делать, если инвертор на ходу пробился — синхронная машина замкнется и может токами короткого замыкания убить и себя, и водителя, и всю оставшуюся живой электронику — нужны схемы защиты и т.п.

Поэтому синхронная машина хороша там, где большого диапазона регулирования не требуется. Например, в сегвее, где скорость с точки зрения безопасности может быть ограничена на 30км/ч (или сколько там у него?). А еще синхронная машина идеальна для вентиляторов: у вентилятора сравнительно мало изменяется частота вращения, от силы раза в два – больше особо нет смысла, так как воздушный поток ослабевает пропорционально квадрату скорости (примерно). Поэтому для небольших пропеллеров и вентиляторов синхронная машина – это то, что нужно. И как раз она туда, собственно, успешно ставится.

Тяговую кривую, изображенную на рисунке синим цветом, испокон веков реализуют двигатели постоянного тока с регулируемым возбуждением: когда ток обмотки возбуждения изменяют в зависимости от тока статора и частоты вращения. При увеличении частоты вращения уменьшается и ток возбуждения, позволяя машине разгоняться выше и выше. Поэтому ДПТ с независимым (или смешанным) управлением возбуждением классически стоял и до сих пор стоит в большинстве тяговых применений (метро, трамваи и т.п.). Какая же электрическая машина переменного тока может с ним поспорить?

К такой характеристике (постоянства мощности) могут лучше приблизиться двигатели, у которых регулируется возбуждение. Это асинхронный двигатель и оба типа ВИПов. Но у асинхронного двигателя есть две проблемы: во-первых, его естественная механическая характеристика – это не кривая постоянства мощности. Потому что возбуждение асинхронного двигателя осуществляется через статор. А поэтому в зоне ослабления поля при постоянстве напряжения (когда на инверторе оно закончилось) подъем частоты в два раза приводит к падению тока возбуждения в два раза и моментоообразующего тока тоже в два раза. А так как момент на двигателе – это произведение тока на поток, то момент падает в 4 раза, а мощность, соответственно, в два. Вторая проблема – это потери в роторе при перегрузке с большим моментом. В асинхронном двигателе половина потерь выделяется в роторе, половина в статоре. Для уменьшения массогабаритных показателей на транспорте часто применяется жидкостное охлаждение. Но водяная рубашка эффективно охладит лишь статор, за счет явления теплопроводности. От вращающегося ротора тепло отвести значительно сложнее – путь отвода тепла через «теплопроводность» отрезан, ротор не касается статора (подшипники не в счет). Остается воздушное охлаждение путем перемешивая воздуха внутри пространства двигателя или излучение тепла ротором. Поэтому ротор асинхронного двигателя получается своеобразным «термосом» — единожды перегрузив его (сделав динамичный разгон на машине), требуется долгое время ждать остывания ротора. А ведь его температуру еще и не измерить… приходится только предсказывать по модели.

Здесь нужно отметить, как мастерски обе проблемы асинхронного двигателя обошли в Тесла в своей Model S. Проблему с отводом тепла из ротора они решили… заведя во вращающийся ротор жидкость (у них есть соответствующий патент, где вал ротора полый и он омывается внутри жидкостью, но достоверно я не знаю, применяют ли они это). А вторую проблему с резким уменьшением момента при ослаблении поля… они не решали. Они поставили двигатель с тяговой характеристикой, почти как у меня нарисована для «избыточного» синхронного двигателя на рисунке выше, только у них не 540кВт, а 300кВт. Зона ослабления поля в тесле очень маленькая, где-то два крата. Т.е. они поставили «избыточный» для легкового автомобиля двигатель, сделав вместо бюджетного седана по сути спорт-кар с огромной мощностью. Недостаток асинхронного двигателя обратили в достоинство. Но если бы они попытались сделать менее «производительный» седан, мощностью 100кВт или меньше, то асинхронный двигатель, скорее всего, был бы точно таким же (на 300кВт), просто его искусственно задушили электроникой бы под возможности батареи.

А теперь ВИПы. Что могут они? Какая тяговая характеристика у них? Про ВИД СВ я точно сказать не могу – это по своему принципу работы нелинейный двигатель, и от проекта к проекту его механическая характеристика может сильно меняться. Но в целом он скорее всего лучше асинхронного двигателя в плане приближения к желаемой тяговой характеристике с постоянством мощности. А вот про ВИД НВ я могу сказать подробнее, так как мы на фирме им очень плотно занимаемся. Видите вон ту желаемую тяговую характеристику на рисунке выше, которая нарисована синим цветом, к которой мы хотим стремиться? Это на самом деле не просто желаемая характеристика. Это реальная тяговая характеристика, которую мы по точкам по датчику момента сняли для одного из ВИД НВ. Так как ВИД НВ имеет независимое внешнее возбуждение, то его качества наиболее приближены к ДПТ НВ, который тоже может сформировать такую тяговую характеристику за счет регулирования возбуждения.

Так что же? ВИД НВ – идеальная машина для тяги без единой проблемы? На самом деле нет. Проблем у него тоже куча. Например, его обмотка возбуждения, которая «висит» между пакетами статора. Хоть она и не вращается, от неё тоже сложно отводить тепло – получается ситуация почти как ротором асинхронника, лишь немного получше. Можно, в случае надобности, «кинуть» трубку охлаждения со статора. Вторая проблема – это завышенные массогабаритные показатели. Глядя на рисунок ротора ВИД НВ, можно видеть, что пространство внутри двигателя используется не очень эффективно – «работают» только начало и конец ротора, а середина занята обмоткой возбуждения. В асинхронном двигателе, например, вся длина ротора, всё железо «работает». Сложность сборки – засунуть обмотку возбуждения внутрь пакетов ротора надо еще суметь (ротор делается разборным, соответственно, есть проблемы с балансировкой). Ну и просто массогабаритные характеристики пока получаются не очень-то выдающимися по сравнению с теми же асинхронными двигателями Тесла, если накладывать тяговые характеристики друг на друга.
А также есть еще общая проблема обоих типов ВИД. Их ротор – пароходное колесо. И на высоких частотах вращения (а высокая частота нужна, так высокочастотные машины при той же мощности меньше тихоходных) потери от перемешивания воздуха внутри становятся очень значительными. Если до 5000-7000 об/мин ВИД еще можно сделать, то на 20000 об/мин это получится большой миксер. А вот асинхронный двигатель на такие частоты и гораздо выше сделать вполне можно за счет гладкого статора.

Так что же лучше всего в итоге для электротяги? Какой двигатель самый лучший?
Понятия не имею. Все плохие. Надо изобретать дальше. Но мораль статьи такова – если вы хотите сравнить между собой разные типы регулируемого электропривода, то нужно сравнивать на конкретной задаче с конкретной требуемой механической характеристикой по всем-всем параметрам, а не просто по мощности. Также в этой статье не рассмотрены еще куча нюансов сравнения. Например, такой параметр как длительность работы в каждой из точек механической характеристики. На максимальном моменте обычно ни одна машина не может работать долго – это режим перегрузки, а на максимальной скорости очень плохо себя чувствуют синхронные машины с магнитами – там у них огромные потери в стали. А еще интересный параметр для электротяги – потери при движении выбегом, когда водитель отпустил газ. Если ВИПы и асинхронные двигатели будут крутиться как болванки, то у синхронной машины с постоянными магнитами останутся почти номинальные потери в стали из-за магнитов. И так далее, и так далее…
Поэтому нельзя вот так просто взять и выбрать лучший электропривод.

UPD:
Обобщая замечания в комментариях, необходимо дополнить некоторые важные, как оказалось, вещи, которые я изначально опустил как маловажные.
1. Асинхронные двигатели до эры преобразователей частоты регулировали за счет применения так называемого фазного ротора — когда ротор делался в виде обмотки, а не беличьей клетки, а через контактные кольца (как у синхронной машины) фазы ротора выводились наружу. Включая в цепь ротора резисторы можно было мягко пускать АД и безопасно регулировать частоту вращения, изменяя сопротивление. Проблема в том, что очень много энергии при этом терялось в резисторах — иногда до половины от подводимой к приводу мощности.

2. В статье не упомянуты синхронные реактивные машины и их совмещение с синхронными машинами с постоянными магнитами. Если сделать ротор синхронной машины с магнитами явнополюсным — например таким, как нарисован ротор SRD двигателя на gif анимации, то развиваемый момент может быть не только активным, но и реактивным — как у SRD. Подбирая оптимальное сочетание активного и реактивного момента можно частично исключить проблемы классической синхронной машины с магнитами, значительно расширив диапазон работы с постоянством мощности. Получается некий гибрид реактивной машины и синхронной с магнитами.

3. Шаговые двигатели не рассмотрены, потому что по принципу действия они в первом приближении схожи либо с синхронными машинами с постоянными магнитами, либо с SRD двигателями — зависит от конкретного типа шаговика. Только шаговые двигатели, в отличие от «силовых» приводов, имеют гораздо большее количество пар полюсов (зубцов) для увеличения коэффициента электрической редукции: чтобы одному периоду тока соответствовало меньшее угловое перемещение вала. Управление шаговиками обычно тривиальное — последовательный перебор фаз друг за другом (шаги). Более продвинутые системы дробят шаг, подавая в двигатель «микрошаги» — по сути приближая управление к синусоидальному. Еще более продвинутые используют датчик положения ротора и применяют полноценное векторное управление. Но в таком случае и машину нужно делать более качественную, а называться в сумме это будет уже настоящим сервоприводом.

ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

То же, что асинхронный двигатель.

• — ток, возникающий в проводящем контуре, находящемся в перем. магн. поле или движущемся в магн. поле. …

  Физическая энциклопедия

• — электрич. ток, возни кающий вследствие эл.-магн. индукции…

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• -) — геофиз…

  Геологическая энциклопедия

• — электрич. ток, возникающий вследствие электромагнитной индукции…

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• — относительный лаг, принцип действия которого основан на возникновении при движении судна дополнительной эдс в контуре, находящемся в магнитном поле, создаваемом специальным соленоидом…

  Морской словарь

• — ИНДУКЦИОННЫЙ ток — электрический ток, возникающий вследствие электромагнитной индукции…

  Большой энциклопедический словарь

• — …

  Орфографический словарь русского языка

• — ИНДУ́К-ИЯ, -и,…

  Толковый словарь Ожегова

• — ИНДУКЦИО́ННЫЙ, индукционная, индукционное…

  Толковый словарь Ушакова

• Толковый словарь Ефремовой

• — индукцио́нный I прил. соотн. с сущ. индукция I, связанный с ним II прил. соотн. с сущ. индукция II, связанный с ним III прил. соотн…

  Толковый словарь Ефремовой

• — …

  Орфографический словарь-справочник

• — индукци»…

  Русский орфографический словарь

• — индукцио́нный относящийся к индукции2, и-ная катушка — состоит из двух обмоток на сердечнике из магнитного материала; служит для возбуждения путем индукции токов высокого напряжения…

  Словарь иностранных слов русского языка

• — …

  Формы слова

• — индуктивный, наведенный,…

  Словарь синонимов

«ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ» в книгах

ДВИГАТЕЛЬ

ДВИГАТЕЛЬ «Величайшая мощь лежит в магните сердца. Им мы ищем, им мы творим, им мы находим, им мы притягиваем. Так запомним. Так утверждаю».Беспред., § 558От рождения тела стучит физическое сердце, и тело живет лишь постольку, поскольку сердце не перестанет стучать. Можно

6. Двигатель

6. Двигатель 6.1. Содержание вредных веществ в отработавших газах и их дымность превышают величины, установленные ГОСТ Р 520332003 и ГОСТ Р 52160-2003.6.2. Нарушена герметичность системы питания.6.3. Неисправна система выпуска отработавших газов.6.4. Нарушена герметичность системы

Индукционный измерительный прибор

Индукционный измерительный прибор Индукционный измерительный прибор – электроизмерительный прибор, работа которого основана на возникновении вращающего момента его подвижной части при воздействии на нее двух (или более) переменных магнитных потоков. Индукционным

Индукционный ракетный двигатель

Индукционный ракетный двигатель Индукционный ракетный двигатель – разновидность электротермического ракетного двигателя, в котором нагрев рабочего тела осуществляется посредством воздействия высокочастотного магнитного поля, которое создается индукционной

1847 г. Гальске, индукционный телеграф братьев фон Сименс

1847 г. Гальске, индукционный телеграф братьев фон Сименс В 1847 году берлинский электромеханик ИоганнГальске (1814–1890) сконструировал специальный пресс для бесшовной изоляции медных проводов с помощью гуттаперчи.В этом же 1847 году немецкий электротехник и предприниматель

Индукционный нагрев

Индукционный насос

Индукционный прибор

Индукционный ускоритель

Двигатель

2.2.6. Двигатель

2.2.6. Двигатель Нарушена герметичность системы питания(п. 6.2 Приложения).Под этой неисправностью надо понимать протекание бензина. Очевидно, что неисправность очень опасна, ведь пары бензина могут загореться в любой момент. Казалось бы, об этом не имеет смысла говорить,

11 Электростатический индукционный генератор переменного тока

11 Электростатический индукционный генератор переменного тока Около полутора лет тому назад, будучи занят изучением переменных токов с коротким периодом, я пришел к мысли, что такие токи можно получать, вращая заряженные поверхности на малом расстоянии от проводников. И

Двигатель регресса Двигатель регресса Нынешняя система налогообложения — удавка для экономики России 13.02.2013

автора Коллектив авторов

6.6.7. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ. СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ (ТП — Д) И ИСТОЧНИК ТОКА — ДВИГАТЕЛЬ (ИТ — Д) В послевоенные годы в ведущих лабораториях мира произошел прорыв в области силовой электроники, кардинально изменивший многие

7.1.3. ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ

7.1.3. ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ Начальный период. Индукционный нагрев проводников основан на физическом явлении электромагнитной индукции, открытом М. Фарадеем в 1831 г. Теорию индукционного нагрева начали разрабатывать О. Хэвисайд (Англия, 1884 г.), С. Ферранти, С. Томпсон, Ивинг. Их

Cтраница 4

На этом первом изобретении я показал, как практическая польза может отступить перед изящным решением, венчающим задачу. В подобной ситуации нетрудно погрязнуть в анализе и убить на это годы. И наоборот, можно, как произошло со мной, провести эти годы с большой пользой, выясняя такие подробности работы индукционных двигателей, какие невозможно извлечь из книг, научных статей или лекций.  

При поступлении сигнала в управляющую обмотку возникает вращающееся эл-л ИПТичеСкое магнитное. Это поле наводит токи в теле цилиндра ротора индукционного двигателя. В результате взаимодействия наведенных токов с вращающимся полем создается вращающий момент. Величина и направление скорости вращения индукционного двигателя зависит ч от величины и фазы управляющего напряжения. С изменением фазы управляющего напряжения с 90 на — 90 (фаза управляющего напряжения при этом должна повернуться на 180) направление вращения ротора меняется на обратное.  

Вследствие неполной трансформаторной связи между обмотками возникает добавочное рассеяние через воздушный зазор. Величина добавочного рассеяния зависит от углового положения ротора. Поэтому эквивалентные параметры двигателя при неподвижном роторе могут значительно зависеть от углового положения ротора, что приводит к изменению пускового момента. Это явление будет наиболее ощутимо для исполнительных индукционных двигателей с небольшим числом пазов ротора.  

Согласно последней формуле при прочих равных условиях электромеханическая постоянная времени индукционного двигателя тем больше, чем больше скорость холостого хода. Индукционные двигатели находят применение в системах переменного тока различной частоты: от 50 до 1 000 гц. Поскольку увеличение частоты означает увеличение скорости холостого хода, это одновременно приводит к росту электромеханической постоянной времени. Для примера можно указать, что среднее значение Тэы для индукционных двигателей на 50 гц составляет около 0 03 — 0 05 сек, а для двигателей на 400 гц — около 0 1 — 0 2 сек.  

Согласно формулам (3 — 33) при прочих разных условиях электромеханическая постоянная времени индукционного двигателя тем больше, чем больше скорость холостого хода. Индукционные двигатели находят применение в системах переменного тока различной частоты: от 50 до 1 000 гц. Поскольку увеличение частоты означает увеличение скорости холостого хода, это одновременно приводит к росту электромеханической постоянной времени. Для примера можно указать, что среднее значение Тэы для индукционных двигателей на 50 гц составляет около 0 05 — 0 07 сек, а для двигателей на 400 гц — около 0 2 — 0 3 сек.  

В случае же значительного кранового и транспортного оборудования вопрос о ходе тока является менее определенным. Окончательное право коллекторные двигатели переменного тока отвоевали себе пови-димому лишь в регулируемых приводах текстильной пром-сти (кольцевой ватер), хотя вопрос о приводе ситцепечатных машин с пределами регулирования от 1: 4 до 1: 10 от двигателей постоянного или переменного тока является пока спорным. Здесь возможно применение как постоянного тока по принципу прямого и обратного включения, так и шунтовых коллекторных двигателей с возбуждением со статора. Регулируемый многомоторный привод рогулечных ватеров конструируется, как указано выше, в форме регулируемых индукционных двигателей с изменением частоты питающего тока при помощи особого преобразователя частоты. Борьба между постоянным и переменным током идет и в металлообрабатьтвающей промышленности. Надлежащее использование электрически регулируемых металлообрабатывающих станков современной конструкции требует регулируемых двигателей. Коллекторные двигатели переменного тока в силу высокой стоимости и большого веса совершенно не привились для металлообрабатывающих станков. Борьба постоянного тока, имеющего в случае регулируемых реверсивных и часто пускаемых приводов ряд технич.  

Одно из плеч моста включает емкостный датчик, переменная емкость которого может быть пропорциональна измеряемой величине. Во второе плечо моста включена постоянная емкость. Два противоположных плеча моста составлены из омических сопротивлений, одно из которых переменно. Нагрузкой выходного каскада усиления является трансформатор Тр %, во вторичной обмотке которого включена управляющая обмотка индукционного двигателя.  

К настоящему времени положение сильно изменилось. Рост мощности станций и отдельг-ных распределительных трансформаторов говорит за возможность применения коротко-замкнутых двигателей значительно бблыпих мощностей, чем допускалось в Европе и у нас до сих пор. Те преимущества, которыми обладают короткозамкнутые двигатели по сравнению с двигателями с кольцами (простота обслуживания, более высокий коэфици-ент мощности и кпд, меньшая стоимость), вызвали широкое применение короткозам-кнутых индукционных двигателей как в Европе, так и в СССР.  

Механические характеристики серводвигателя оказывают большое влияние на его поведение. Форма механической характеристики в значительной степени зависит от значения полного сопротивления ротора. На рис. 7 — 6 показаны кривые механических характеристик для нескольких значений сопротивления ротора. Сопротивление ротора обычно изменяется с увеличением удельного сопротивления проводящего материала, используемого в роторе. Индукционные двигатели, применяемые в качестве силовых, проектируются с минимальным сопротивлением ротора, что дает максимальный момент при малых значениях скольжения. Увеличение роторного сопротивления линеаризует механическую характеристику.  

Асинхронный (индукционный) двигатель (АД) – устройство, преобразовывающий электрическую энергию в механическую. «Асинхронный» означает разновременный. Электродвигатели асинхронные питаются от сети переменного тока.

Особенности асинхронных двигателей

Применение

Такие электродвигатели (частотные преобразователи) не используются в сетях постоянного тока. Но они имеют широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. По статистике, до 70% электроэнергии, которая преобразуется в механическую энергию поступательного либо вращательного движения, потребляется именно индукционными электродвигателями.

Асинхронная машина не подключается к сети постоянного тока.

Асинхронные частотные преобразователи не требуют сложного производства и просты по своей конструкции, но в тоже время очень надежны. Такие двигатели могут работать от однофазной и трехфазной сети, используя разные частоты. Преобразователи не подходят для сетей постоянного тока. Для их управления применяют сравнительно несложные схемы.

При выборе асинхронного двигателя зачастую возникают проблемы с определением:

• его мощности;
• характеристик и приемлемой схемы, с помощью которой осуществляется управление электродвигателем;
• расчетом мощности конденсаторов, которые нужны, чтобы преобразователь работал от одной фазы;
• марки и сечения провода;
• устройств защиты и управления, которыми оснащен преобразователь.

Чтобы во всем этом разобраться, необходимо знать устройство и особенности работы асинхронного агрегата. Это поможет правильно подобрать преобразователь для решения конкретной задачи.

Индукционный агрегат свое название получил благодаря тому, что магнитное поле вращается с более высокой скоростью, чем сам ротор, поэтому последний всегда пытается «догнать» скорость вращения поля.

Устройство АД

Ротор и статор – главные элементы индукционного двигателя.

Схема устройства асинхронного агрегата

Схема: вал (1), подшипники (2,6), лапы (4), крыльчатка (7), статор (10), коробка выводов (11), ротор (9), кожух вентилятора (5), щиты подшипниковые (3,8).

На рисунке представлено устройство типового агрегата. Статор АД имеет форму цилиндра. Внутренняя часть имеет размеры, обеспечивающие зазор между ротором и статором. В пазах сердечника расположены обмотки. Их оси для нормальной работы расположены относительно одна другой под углом 1200. Между собой концы обмоток собираются с помощью схемы «звезда» либо «треугольник», но это зависит непосредственно от напряжения. Ротор может быть фазным либо короткозамкнутым.

Ротор вращается по ходу движения магнитного поля.

Трехфазную обмотку устанавливают на фазный ротор, она напоминает обмотку статора. С одной стороны концы обмотки фазного ротора обычно соединяются в «звезду», а свободные концы подсоединяются к контактным кольцам. Для включения в цепь обмотки фазного ротора дополнительного сопротивления используются щетки, подключенные к кольцам. Такая конструкция не предназначена для работы в цепях постоянного тока, так как необходимое вращение обеспечивает изменение фазы.

Короткозамкнутый ротор – это сердечник, который сделан из стальных листов. Пазы в короткозамкнутом роторе заполняются расплавленным алюминием, в результате чего получаются стержни, замыкаемые накоротко торцевыми кольцами.

Таким короткозамкнутым ротором создаются условия для минимального электрического сопротивления. Эта конструкция получила название «беличья клетка» или «беличье колесо».

Конструкция «беличья клетка»

В короткозамкнутом роторе повышенной мощности пазы заполняются медью или латунью. Беличье колесо – это и есть короткозамкнутая обмотка ротора.

В зависимости от подключаемой фазы индукционный агрегат подразделяется на однофазный и трехфазный. С помощью учета данного параметра различают принцип действия асинхронного двигателя.

Однофазная индукционная машина

Чаще всего индукционный однофазный двигатель переменного тока устанавливается в бытовой технике, так как электроснабжение дома осуществляется от однофазной электросети. Преимуществом таких двигателей переменного тока является достаточно прочная конструкция и низкая стоимость, отсутствие сложных схем управления.

Они вполне подходят для длительной работы, так как не нуждаются в техническом обслуживании. Обычно однофазный двигатель малой мощности – до 0,5 кВт. Такие электродвигатели устанавливаются в стиральных машинах, компрессорах холодильников и другой бытовой технике, где ротором создается небольшая скорость вращения, сравнительно небольшой объем силы тока.

Схема работы однофазного двигателя малой мощности

В однофазных индукционных агрегатах на статоре установлено управление ротором от двух обмоток, которые сдвинуты одна от другой на 900 тока для образования пускового момента. Одна обмотка является пусковой, а вторая – рабочей.

Однофазные электродвигатели не подходят для сетей постоянного тока. Они характеризуются низкими энергопоказателями и малой перегрузочной способностью. Агрегаты функционируют в нормальном режиме, если не нарушен определенный диапазон частоты поля. После начала вращения устройство управления подключает рабочую обмотку. Это позволяет уменьшить потребление энергии.

В электрических приводах с обычным запуском устанавливаются, как правило, однофазные индукционные двигатели, имеющие экранированные полюса. В таком асинхронном электродвигателе в качестве вспомогательной фазы выступают короткозамкнутые витки, имеющие минимальные сопротивления, размещенные на выраженных полюсах статора.

Учитывая то, что пространственный угол, образованный витком и осями основной фазы, гораздо меньше 900, в таком электродвигателе есть эллиптическое поле. С помощью него создаются сравнительно небольшие силы, чем и объясняются невысокие рабочие и пусковые свойства индукционных электродвигателей, оснащенных экранированными полюсами с фазным включением.

Индукционные однофазные электродвигатели, имеющие короткозамкнутый ротор подразделяются на:

• с усиленным сопротивлением фазы пуска;
• агрегаты с короткозамкнутым ротором, оснащенные рабочим конденсатором;
• оснащенные фазным пусковым конденсатором;комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
• комбинированные с фазным управлением, короткозамкнутым ротором;
• с экранированными полюсами.

Трехфазный двигатель

В трехфазной индукционной машине обмотка предназначена для образования вращающегося по кругу магнитного поля, которое проходит через короткозамкнутую обмотку ротора. Созданные с фазным управлением аппараты не применяются в цепях постоянного тока. При прохождении поля через проводники обмотки статора образуется электродвижущая сила, которая и вызывает прохождение переменного тока в обмотке, управляющей ротором, имеющим собственное магнитное поле. Данное магнитное поле при взаимодействии с фазным магнитным вращающимся полем статора вызывает вращение определенной частоты вслед за полями между ним и ротором.

Схема работы индукционного трехфазного агрегата

Данный принцип разработал академик из Франции Араго. Иными словами, если подковообразный магнит установить вблизи металлического диска свободно закрепленным на оси и вращать его с поддержанием определенной частоты оборотов, то металлический диск без дополнительного управления начнет движение за магнитом, однако скорость его вращения будет меньше, чем скорость движения магнита.

Данное явление обусловлено правилами электромагнитной индукции. Во время вращения около поверхности металлического диска полюсов магнита в контурах под полюсом образуется электродвижущая сила соответствующей частоты, и возникают токи, создающие магнитное поле металлического диска. Магнитное поле диска начинает взаимодействовать с полем полюсов вращающегося магнита, в результате чего диск «увлекается» своим магнитным полем.

Так и в асинхронном агрегате, в качестве металлического диска выступает короткозамкнутая обмотка ротора, а в качестве магнита – магнитопровод и обмотка статора.

Чтобы облегчить управление и запуск трехфазного электродвигателя при к однофазной сети (переменного, а не постоянного тока), на момент пуска дополнительно устанавливается параллельно с рабочим и пусковой конденсатор. Им компенсируют отсутствие фазы и соответствующей частоты поля.

Запуск трехфазного двигателя

Двигатель в работе. Видео

О том, как работает асинхронный двигатель в режиме генератора, можно посмотреть в этом видео. Здесь представлены дельные советы по оптимизации процесса, в том числе и те, которые относятся к схемам управления фазным вращением.

Таким образом, зная особенности работы индукционной машины, с уверенностью можно сказать, что преобразование в механическую энергию электрической происходит в результате вращения вала электродвигателя (ротора).

Скорость вращения магнитного поля ротора и статора напрямую зависит от частоты питающей сети и количества пар полюсов. В случае, когда тип двигателя ограничивает число пар полюсов, то для управления изменением частоты питающей сети в больший диапазон используют частотный преобразователь.

Выше рассмотрены особенности управления фазным вращением. Также приведены отличия конструкции с короткозамкнутым минимальным ротором, который используется для уменьшения сопротивления. Следует помнить, что устройство некоторых агрегатов подразумевает возможность их применения только в цепях постоянного тока. Преобразователи с фазным вращением работают при питании переменным током.

ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

То же, что асинхронный двигатель.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР , 1941

Смотреть что такое «ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ» в других словарях:

индукционный двигатель — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN induction motor … Справочник технического переводчика

репульсионно-индукционный двигатель — Репульсионный двигатель, имеющий на роторе дополнительную короткозамкнутую обмотку …

синхронизированный индукционный двигатель — Неявнополюсный синхронный двигатель, у которого индуктор конструктивно выполнен как вторичный якорь фазного асинхронного двигателя … Политехнический терминологический толковый словарь

индукционный мотор

индукционный счетчик электроэнергии

Бензиновый двигатель W16 Bugatti Veyron Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической и … Википедия

Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… … Википедия

асинхронный двигатель — asinchroninis variklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. asynchronous motor; induction motor vok. Asynchronmotor, m; Induktionsmotor, m rus. асинхронный двигатель, m; индукционный мотор, m pranc. moteur à induction, f; moteur… … Automatikos terminų žodynas

счетчик-двигатель — variklinis skaitiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Indukcinis elektros energijos kiekio matuoklis. atitikmenys: angl. motor meter vok. Motorzähler, m; Umlaufzähler, m rus. индукционный счетчик электроэнергии, m;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

ЛИД — лидер абзац ЛИД линейный индукционный двигатель линейный индуктивный двигатель Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. ЛИД лист исполнения доставки например: ЛИД для вывоза материала… … Словарь сокращений и аббревиатур

какой тип лучше? • Статьи Эпицентр

Содержание

Странная вещь – эта стиральная машина. Вы ведь тоже в первую очередь выбираете ее по размерам? И только потом, найдя идеал «90-60-90» для ниши на кухне или в ванной, смотрите на ее технические возможности. Правда в том, что Вы не обязаны досконально знать, как все устроено внутри машинки. Хотите комфортной стирки – Вы ее получите. До цели всего один шаг – определение типа двигателя.

Главные проблемы стиральных машин

Если Вы интересовались этим вопросом в Интернете, то наверняка видели подобные жалобы: «Вот, третий год эксплуатации, и я слышу скрежет во время стирки. Говорят, что подшипник барабана барахлит. Ремонтировать? Проще новую купить».

И такие отзывы – не редкость. Реклама же продолжает кормить обещаниями, из-за чего можно ненароком переплатить за бренд, что тоже неприятно.

Итак, окиньте взглядом ассортимент стиральных машин и постарайтесь не обольщаться в первые секунды маркетинговыми фишками. Знаем мы компании, которые заманивают сенсорными экранами и футуристическими формами. Но у Вас цель – выбрать долговечную стиралку. Это как женитьба – чтобы раз, и на всю жизнь. Поэтому спокойно диагностируем будущую избранницу. Важен мотор и только мотор – без преувеличения сердце стиральной машины.

Ассорти моторов

3 типа двигателей стиральной машины

Мотор нужен для того, чтобы заставить крутиться барабан. Ну а признаки хорошего мотора – маленький размер, бесшумность, независимость от перепадов напряжения и долговечность. Так что же может предложить рынок? Каждая из технологий имеет свои преимущества, поэтому пойдем по порядку.

Обычный двигатель (щетки и ременной привод)

Этот однофазный механизм еще называют коллекторным, в нем заложен принцип последовательного возбуждения обмоток, а работа происходит в сети переменного или постоянного тока.

Коллекторный двигатель

Чтобы понимать процесс, представьте себе цепочку событий:

• — жил-был в моторе ротор* и повстречал две щетки*, заряженные током;
• — появилось магнитное поле;
• — пошел ротор в пляс, то есть начал вращаться, а с ним и барабан.

*Ротор (якорь) – подвижная часть двигателя, имеет собрата под названием «статор» – неподвижная часть.

*Щетки – скользящие контакты, которые под углом примыкают к ламелям коллектора и обеспечивают электрическое соединение цепей ротора и статора. Имеют графитовую поверхность, изолированы. В общем эту подсистему именуют щеточно-коллекторным узлом.

Рисуем картину дальше. Сам мотор расположен в нижней части машинки, а значит, между ним и шкивом барабана – приличное расстояние. Тут приходит на помощь ремень, который передает крутящий момент – это незамысловато называется ременной передачей (о ней еще пойдет речь).

Преимущества обычного мотора:

• — барабан крутится – стирка идет;
• — доступная цена;
• — относительно простой ремонт.

А теперь о «приятном». Щетки в движении – страшная шелестящая сила. И этот шум во время стирки может раздражать. Срок службы щеток – тоже открытый вопрос, потому что они изнашиваются со временем и по-хорошему требуют замены. Вывод: не нужно к машинке с обычным движком сильно привязываться – этот «роман» вряд ли будет длиться десятилетиями.

Асинхронный (бесщеточный) двигатель

Щетки изрядно потрепали нервы всем, хотя ремонтные бюро и зарабатывают таким образом. Ну ладно, это скорее шутка, в которой доля правды. Трехфазный асинхронный тип двигателя исключает шумовую «добавку» и состоит просто из неподвижного статора и намагниченного якоря. Последний вращается внутри, возникает разница полюсов и, как следствие, магнитное поле.

Этот вариант подходит Вам, если: не хочется заморачиваться с обслуживанием (ремонтами), страдать от шума, а также платить большую сумму за бытовую технику.

Трехфазный асинхронный двигатель

Взаимодействие бесколлекторного двигателя с барабаном происходит тоже с помощью ремня, который одним концом закреплен на моторе, а другим – по центру оси барабана. Тут Вам нужно знать, что этот самый ремень изнашивается и создает нежелательную вибрацию. Придерживайтесь, пожалуйста, следующих рекомендаций, чтобы поберечь его:

• — проследите, чтобы машинка была правильно установлена на ровной поверхности;
• — не перегружайте барабан вещами; если не хватает места, поинтересуйтесь моделями с максимальной загрузкой белья 7-8,5 кг либо 9-10 кг.

Тогда ременной привод прослужит дольше.

Инверторный двигатель (прямой привод)

Если Вы уже слышали хвалебные оды данной технологии и хотите трезвого взгляда, то мы его Вам предоставляем.

Во-первых многие называют ее новой, но это не так. Машинки «с инвертором» выпускают более 10 лет, просто на сегодняшний день ничего лучше инженеры не изобрели.

Полное название – трехфазный бесколлекторный двигатель постоянного тока. Главные действующие детали все те же: вращающийся ротор с постоянными магнитами и неподвижный статор с катушками индуктивности (обмотками).

Окей, скажете Вы, и как привести сие чудо в действие? Всем заправляет инвертор (преобразователь напряжения). Он меняет частоту тока из переменной в постоянную. Получаем движок, независимый от сети и с контролируемой скоростью оборотов.

Что касается прямого привода, то его изобрела компания LG. Они первые напрямую соединили мотор с барабаном, избавившись от «массовки» – щеток и ремня. Стоит наперед сказать, что они не прогадали – в этой бочке больше меда, чем дегтя. В настоящее время технологию успешно применяют и другие бренды, такие как Samsung, Bosch, Electrolux, Whirlpool и т.д.

Вам наверняка интересно знать, а правда ли все то хорошее, что говорят о машинках с инверторным двигателем. Внесем ясность:

• 1. «Эти машинки компактные». Смотря с какой стороны поглядеть. Дело в том, что «начинка» действительно не занимает много места, что позволяет несколько уменьшить параметры ширины/глубины машины. Но главное «пузо» – это все таки барабан. И тут чем больше показатель максимальной загрузки, тем шире габариты.
• 
  
• 2. «Нет трущихся частей – значит мотор долговечный». В принципе вранья тут нет, кроме того, что подшипников в любом механизме полно, инверторный – не исключение. Чего нет, так это щеток, по которым на ротор поступает ток. И да, они стачиваются из-за постоянного трения о коллектор. Но ни один производитель и не скрывает, что щетки – это расходный материал. Факт подтвержден – инверторный двигатель более долговечный и простой в эксплуатации.
• 
  
• 3. «Да он же бесшумный!». У обычных моторов опять щетки виноваты – они при контакте с якорем вовсю искрят, правда. И шипят. Однако мы сейчас говорим о стиральных машинах вообще: согласитесь, невозможно их представить совсем «немыми». Вот и инверторный мотор отличается утонченными завываниями, как бы слегка попискивая. Вспомните троллейбус – яркий пример инвертора в большом масштабе. А вот вибраций значительно меньше. Машина с прямым приводом более «спокойная» и не будет трястись.
• 
  
• 4. «Экономия электроэнергии». Заявленный класс энергопотребления А+++ – как смело и красиво звучит. Но сразу скажем, что порядка 15% электроэнергии таки экономится. Все благодаря стабилизации оборотов: не будет машинка с инверторным двигателем крутиться как сумасшедшая при загрузке 2 кг белья. То есть происходит сонастройка, и часть энергии сохраняется.

И кстати, цена на них не может быть низкой. Это объясняется сложностью разработки схемы: якобы над ней надо попотеть, в отличие от создания электросхемы того же коллекторного движка.

Слева: стиральная машина LG Fh5U1TBS4, справа: стиральная машина WHIRLPOOL AWG 912/PRO

Какую стиральную машину выбрать

Наступил момент покупки. Вот теперь отрывайтесь на полную, ведь после определения «мотора мечты» открывается весь горизонт критериев. Каждая модель имеет так называемый паспорт технических характеристик (наклейка на корпусе и инструкция). Там указана основная информация. В статье Стиральные машины: расшифровка функций и программ мы как раз рассказываем подробнее об интересностях стиральных режимов. Рекомендуем почитать.

Знаете, автоматическая стиралка – это упрощение домашних забот, независимо от того, какой мотор заставляет ее «плясать». Однако здорово, что теперь Вы выбираете себе помощницу с пониманием ее внутреннего мира и знанием, чего ожидать в период эксплуатации. Желаем Вам только правильных покупок и взвешенных решений!

Чем отличается коллекторный двигатель от асинхронного

Электричество сегодня является одним из самых востребованных источников энергии. Для его использования применяют специальные механизмы, которые способны преобразовывать ток во вращательную силу.

Одними из самых популярных систем являются коллекторные двигатели. Встречаются они повсеместно, так как отличаются простотой и функциональностью.

Особенности коллекторного устройства

Двигатели такого типа относятся к механизмам постоянного тока. Поэтому они встречаются в большинстве случаев в бытовых приборах, таких как стиральные машины. Устройство и принцип работы коллекторного мотора можно описать несколькими пунктами:

1. Движущей частью двигателя является якорь, который состоит из множества пластинок. Он окружен специальными магнитами. Ток подается на двигатель с помощью щеток.
2. Чтобы ротор постоянно вращался, нужно периодически менять направление тока. Поэтому щетки подключаются к пластинам, которые разделены между собой. Количество сегментов зависит от числа движущихся рамок.

Благодаря такой конструкции двигатель и называют коллекторным. Недостатком конструкции можно считать наличие щеток, которые со временем могут повреждаться или стираться.

Асинхронные моторы

Двигатели такого типа появились довольно давно и очень часто применяются в промышленности. Это обусловлено тем, что здесь используют трехфазные электрические сети. Принцип работы такой системы можно описать несколькими последовательными шагами:

1. Статор мотора представляет собой обмотку из медной проволоки. Она может быть двух- или трехфазной. При подаче на него тока появляется магнитное поле.
2. Ротор же представляет собой металлический цилиндр, который способен вращаться на подшипниках. Когда возбуждается магнитное поле в обмотке статора, это продуцирует аналогичное явление и в роторе. По-простому цилиндр просто старается догнать поле и это приводит к появлению вращения. Обусловлено это небольшим смещением фаз, которое может быть разным в зависимости от типа мотора.

Смотрите также:

Как работают камеры видеонаблюдения http://euroelectrica.ru/kak-rabotayut-kameryi-videonablyudeniya/.

Интересное по теме: Как подключить газовый котел к системе отопления

Советы в статье «Приточные установки от магазина «Вент-заводы».» здесь.

Отличительной особенностью асинхронного двигателя является отсутствие скользящего контакта (в коллекторном моторе это щетки и сам коллектор). Поэтому такие механизмы намного надежней, чем конструкции на основе коллекторов. Обслуживать асинхронные модификации нужно не так часто. Коллекторный двигатель невозможно сделать с большой мощностью, что ограничивает среду их применения.

Трехфазный бесколлекторный двигатель. Что такое бесколлекторный двигатель

Наверняка у каждого новичка, который впервые связал свою жизнь с электромоделями на радиоуправлении, после тщательного изучения начинки, появляется вопрос. Что такое коллекторный и ? Какой из них лучше поставить на свою радиоуправляемую электромодель?

Коллекторные моторы, которые так часто используются для приведения в движение электромоделей на радиоуправлении, имеют всего два исходящих питающих провода. Один из них «+» другой « — ». В свою очередь они подключаются к регулятору скорости вращения. Разобрав коллекторный мотор, вы всегда там найдете 2 магнита изогнутой формы, вал совместно с якорем, на который намотана медная нить (проволока), где по одну сторону вала стоит шестерня, а по другую сторону располагается коллектор, собранный из пластин, в составе которых чистая медь.

Принцип работы коллекторного мотора

Электрический ток (DC или direct current), поступая на обмотки якоря (в зависимости от их количества на каждую по очереди) создает в них электромагнитное поле, которое с одной стороны имеет южный полюс, а с другой стороны северный.

Многие знают, что, если взять два любых магнита и приставить их одноименными полюсами друг другу, то они не за что не сойдутся, а если приставить разноименными, то они прилипнут так, что не всегда возможно их разъединить.

Так вот, это электромагнитное поле, которое возникает в любой из обмоток якоря, взаимодействуя с каждым из полюсов магнитов статора, приводит в действие (вращение) сам якорь. Далее ток, через коллектор и щетки переходит к следующей обмотке и так последовательно, переходя от одной обмотки якоря к другой, вал электродвигателя совместно с якорем вращается, но лишь до тех пор, пока к нему подается напряжение.

В стандартном коллекторном моторе якорь имеет три полюса (три обмотки) – это сделано для того чтобы движок не «залипал» в одном положении.

Минусы коллекторных моторов

Сами по себе коллекторные моторы неплохо справляются со своей работой, но это лишь до того момента пока не возникает необходимость получить от них на выходе максимально высокие обороты. Все дело в тех самых щетках, о которых упоминалось выше. Так как они всегда находятся в плотном контакте с коллектором, то в результате высоких оборотов в месте их соприкосновения возникает трение, которое в дальнейшем вызовет скорый износ обоих и в последствии приведёт к потере эффективной мощности эл. двигателя. Это самый весомый минус таких моторов, который сводит на нет все его положительные качества.

Принцип работы бесколлекторного мотора

Здесь все наоборот, у моторов типа отсутствуют как щетки так и коллектор. Магниты в них располагаются строго вокруг вала и выполняют функцию ротора. Обмотки, которые имеют уже несколько магнитных полюсов, размещаются вокруг него. На роторе бесколлектоных моторов устанавливается так называемый сенсор (датчик) который будет контролировать его положение и передавать эту информацию процессору который работает в купе с регулятором скорости вращения (обмен данными о положении ротора происходит более 100 раз в секунду). На выходе мы получаем более плавную работу самого мотора с максимальной отдачей.

Бесколлекторные моторы могут быть с датчиком (сенсором) и без него. Отсутствие датчика незначительно снижает эффективность работы мотора, поэтому их отсутствие вряд ли расстроит новичка, но зато, приятно удивит ценник. Отличить друг от друга их просто. У моторов с датчиком, помимо 3-х толстых проводов питания есть еще дополнительный шлейф из тонких, которые идут к регулятору скорости. Не стоит гнаться за моторами с датчиком как новичку так и любителю, т.к их потенциал оценит только профи, а остальные просто переплатят, причем значительно.

Плюсы бесколлекторных моторов

Почти нет изнашиваемых деталей. Почему «почти», потому что вал ротора устанавливается на подшипники, которые в свою очередь имеют свойство изнашиваться, но ресурс у них крайне велик, да и взаимозаменяемость их очень проста. Такие моторы очень надежны и эффективны. Устанавливается датчик контроля положения ротора. На коллекторных моторах работа щеток всегда сопровождается искрением, что впоследствии вызывает помехи в работе радиоаппаратуры. Так вот у бесколлектоных, как вы уже поняли, эти проблемы исключены. Нет трения, нет перегрева, что так же является существенным преимуществом. По сравнению с коллекторными моторами не требуют дополнительного обслуживания в процессе эксплуатации.

Минусы бесколлекторных моторов

У таких моторов минус только один, это цена. Но если посмотреть на это с другой стороны, и учесть тот факт что эксплуатация освобождает владельца сразу от таких заморочек как замена пружин, якоря, щеток, коллекторов, то вы с легкостью отдадите предпочтение в пользу последних.

Наверняка задавался вопросом, чем же отличается такой двигатель от других двигателей, например от тех, что стоят в сверлильных станках. Двигатели, установленные в не очень мощных станках, обычно не искрят, и работают они не так шумно, как та же дрель, обладающая меньшей чем станок мощностью.

В чем же дело? Дело в том, что двигатель с щетками — это коллекторный двигатель, а двигатель без щеток — бесколлекторный . Для решения разных задач подойдет свой тип двигателя — где-то лучше подойдет коллекторный, а где-то можно установить только бесколлекторный.

Коллекторный двигатель

Двигатель коллекторный имеет, как правило, всего два провода питания, он прост в управлении, достаточно регулировать постоянное или переменное напряжение питания и обороты станут соответственно меняться. Управлять коллекторным двигателем можно даже при помощи нехитрого диммера. Главное достоинство коллекторного двигателя — высокие обороты (десятки тысяч в минуту) при высоком крутящем моменте.

Принцип работы коллекторного двигателя очень прост. По сути, ротор его представляет собой набор медных рамок в магнитопроводе, которые поочередно коммутируются к источнику питания на коллекторно-щеточном узле. Статор может быть как из постоянных магнитов, так и с обмоткой, питаемой от того же источника, что и ротор, или от отдельного источника, а иногда статор и ротор включены в единую последовательную цепь (как например двигатели стиральных машинок-автоматов).

На каждую из секций обмотки ротора, через коллекторно-щеточный узел, поочередно, в процессе вращения ротора, подается электрический ток, в результате ротор перемагничивается, приобретая четко выраженные северный и южный магнитные полюсы, благодаря которым и происходит вращение ротора внутри статора (полюсы ротора выталкиваются полюсами статора, затем ротор дальше перемагничивается и вновь выталкивается). Поскольку ротор каждый раз коммутируется к источнику питания очередной секцией, вращение не останавливается, пока на коллектор подается питание.

Основной недостаток коллекторного двигателя

Обороты коллекторного двигателя очень удобно регулировать, но когда они достаточно высоки, щетки дают о себе знать. Поскольку щетки все время плотно прилегают к коллектору, на высоких оборотах они быстро изнашиваются, со временем так или иначе засоряются, и в конце концов начинают искрить.

Износ щеток, и вообще коллекторно-щеточного узла, ведет к снижению эффективности коллекторного двигателя. Таким образом, сам коллекторно-щеточный узел — это и есть главный недостаток коллекторных двигателей . Сегодня от коллекторных двигателей стараются отказываться в пользу бесщеточных шаговых.

У бесколлекторного двигателя нет ни коллектора, ни щеток. Простейший пример бесколлекторного двигателя — асинхронный трехфазный двигатель с ротором типа «беличья клетка». Еще один пример бесколлекторного двигателя — более современный — шаговый двигатель с магнитным ротором . Обмотки статора бесколлекторного двигателя сами перемагничиваются так, чтобы ротор все время разворачивался и непрерывно таким образом вращался.

Чаще всего современные бесколлекторные двигатели оснащаются датчиком положения ротора, по сигналам с которого работает регулятор скорости вращения двигателя. Сигнал с датчика положения ротора передается на процессор более 100 раз в секунду, в результате получается точное позиционирование ротора и высокий крутящий момент. Бывают, конечно, бесколлекторные двигатели и без датчика положения ротора, яркий пример — тот же асинхронный трехфазный мотор. Моторы без датчика положения стоят дешевле чем с датчиком.

Достоинства бесколлекторных двигателей

Поскольку ресурс подшипников ротора крайне велик, можно сказать, что в бесколлекторном двигателе практически отсутствуют изнашиваемые со временем детали, и он вообще не требует обслуживания в процессе эксплуатации. Здесь сведено к минимуму трение, отсутствует проблема перегрева коллектора, в целом надежность и эффективность бесколлекторных двигателей очень высоки.

Нет искрящих щеток, датчик положения ротора поможет сделать управление точным, — недостатков практически нет, одни достоинства. Разве что цена качественных шаговых двигателей выше чем у коллекторных (плюс драйвер), но это ничто по сравнению с регулярной заменой пружин, щеток и коллекторов у коллекторных двигателей.

Как только я начал заниматся авиамоделизмом, мне сразу стало интересно почему у двигателя три провода, почему он такой маленький и в то же время такой мощный и зачем ему нужен регулятор скорости… Прошло время, и я во всем разобрался. И дальше поставил перед собой задачу сделать своими руками бесколлекторный двигатель.

Принцип работы электрического двигателя:
В основу работы любой электрической машины положено явление электромагнитной индукции. Поэтому если в магнитное поле поместить рамку с током, то на неё подействует сила Ампера , которая создаст вращательный момент. Рамка начнет поворачиваться и остановится в положении отсутствия момента, создаваемого силой Ампера.

Устройство электрического двигателя:
Любой электрический двигатель состоит из неподвижной части — Статора и подвижной части — Ротора . Для того чтобы началось вращение, нужно по очереди менять направление тока. Эту функцию и выполняет Коллектор (щетки).

Бесколлекторный двигатель — это двигатель ПОСТОЯННОГО ТОКА без коллектора, в котором функции коллектора выполняет электроника. (Если у двигателя три провода, это не значит что он работает от трехфазного переменного тока! А работает он от «порций» коротких импульсов постоянного тока, и не хочу вас шокировать, но те же двигатели которые используются в кулерах, тоже бесколлекторные, хоть они и имеют всего два провода питания постоянного тока)

Устройство бесколлекторного двигателя:
Inrunner (произносится как «инраннер»). Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.

Outrunner (произносится как «аутраннер»). Двигатель имеет неподвижные обмотки (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами.

Принцип работы:
Для того чтобы бесколлекторный двигатель начал вращаться, напряжение на обмотки двигателя надо подавать синхронно. Синхронизация может быть организованна с использованием внешних датчиков (оптические или датчики холла), так и на основе противоЭДС (бездатчиковый), которая возникает в двигателе при его вращении.

Бездатчиковое управление:
Существуют бесколлекторные двигатели без каких либо датчиков положения. В таких двигателях определение положения ротора выполняется путем измерения ЭДС на свободной фазе. Мы помним, что в каждый момент времени к одной из фаз (А) подключен «+» к другой (В) «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, двигатель наводит ЭДС (т.е. в следствии закона электромагнитной индукции в катушке образуется индукционный ток) в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе (С) изменяется. Измеряя напряжение на свободной фазе, можно определить момент переключения к следующему положению ротора.

Что бы измерить это напряжение изпользуется метод «виртуальной точки». Суть заключается в том, что, зная сопротивление всех обмоток и начальное напряжение, можно виртуально «переложить провод» в место соединения всех обмоток:

Регулятор скорости бесколлекторного двигателя:
Бесколлекторный двигатель без электроники — просто железка, т.к. при отсутствии регулятора, мы не можем просто подключить напряжение на него, чтоб он просто начал нормальное вращение. Регулятор скорости — это довольно сложная система радиокомпонентов, т.к. она должна:
1) Определять начальное положение ротора для запуска электродвигателя
2) Управлять электродвигателем на низких скоростях
3) Разгонять электродвигатель до номинальной (заданной) скорости вращения
4) Поддерживать максимальный момент вращения

Принципиальная схема регулятора скорости (вентильная):

Бесколлекторные двигатели были придуманы на заре появления электричества, однако систему управления к ним никто не мог сделать. И только с развитием электроники: с появлением мощных полупроводниковых транзисторов и микроконтроллеров, бесколлекторные двигатели стали применятся в быту (первое промышленное использование в 60-х годах).

Достоинства и недостатки бесколлекторных двигателей:

Достоинства:
-Частота вращения изменяется в широком диапазоне
-Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
-Большая перегрузочная способность по моменту
-Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
-Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов

Недостатки:
-Относительно сложная система управления двигателем
-Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы)
Разобравшись с теорией, перейдем к практике: спроектируем и сделаем двигатель для пилотажной модели МХ-2.

Список материалов и оборудования:
1) Проволока (взятая из старых трансформаторов)
2) Магниты (купленные в интернете)
3) Статор (барашек)
4) Вал
5) Подшипники
6) Дюралюминий
7) Термоусадка
8) Доспуп к неограниченному техническому хламу
9) Доступ к инструментам
10) Прямые руки:)

Ход работы:
1) С самого начала решаем:

Для чего делаем двигатель?
На что он должен быть рассчитан?
В чем мы ограничены?

В моем случае: я делаю двигатель для самолета, значит пускай он будет внешнего вращения; рассчитан он должен на то, что он должен выдать 1400 грамм тяги при трех-баночном аккумуляторе; ограничен я в весе и в размере. Однако с чего же начать? Ответ на этот вопрос прост: с самой трудной детали, т.е. с такой детали, которую легче просто найти, а все остальное подгонять под неё. Я так и поступил. После многих неудачных попыток сделать статор из листовой мягкой стали, мне стало понятно, что лучше найти её. Нашел я её в старой видеоголовке от видеорекоудора.

2) Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется изолированным медным проводом, от сечения которого зависит значение силы тока, а значит и мощность двигателя. Незабываем что, чем толще проволока, тем больше оборотов, но слабее крутящий момент. Подбор сечения:

1А — 0.05мм; 15А — 0.33мм; 40А — 0.7мм

3А — 0.11мм; 20А — 0.4мм; 50А — 0.8мм

10А — 0.25мм; 30А — 0.55мм; 60А — 0.95мм

3) Начинаем наматывать на полюса проволоку. Чем больше витков (13) намотано на зуб, тем большее магнитное поле. Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов. Для получения высоких оборотов, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение.

4) Дальше выбираем способ соединения обмотки: звездой или треугольником. Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов, чем соединение треугольником в 1.73 раз. (впоследствии было выбрано соединение треугольник)

5) Выбираем магниты. Количество полюсов на роторе должно быть четным (14). Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. Также чем больше количество полюсов, тем больше момент, но меньше оборотов. Магниты на роторе закрепляются с помощью специального термоклея.

Испытания данного двигателя я проводил на созданной мной витномоторной установке, которая позволяет измерить тягу, мощность и обороты двигателя.

Чтобы увидеть отличия соединений «звезда» и «треугольник» я соединял по разному обмотки:

В итоге получился двигатель соответствующий характеристикам самолета, масса которого 1400 грамм.

Принцип действия которого основан на частотном регулировании и самосинхронизации получил название бесколлекторного двигателя. В данной конструкции, вектор магнитного поля статора управляется относительно положения ротора. Бесколлекторный двигатель был создан для того, чтобы улучшить свойства стандартных коллекторных электродвигателей постоянного тока.

Он органично соединил в себе самые лучшие качества двигателей постоянного тока и бесконтактных электродвигателей.

Основные отличия от обычных двигателей

Бесколлекторный двигатель нередко используются в радиоуправляемых моделях летательных аппаратов. Их выдающиеся характеристики и живучесть получили широкую популярность, благодаря отсутствию трущихся деталей в виде щеток, которые осуществляют передачу тока.

Для того, чтобы более полно представить разницу, нужно вспомнить, что в стандартном коллекторном электродвигателе происходит вращение ротора с обмотками внутри статора, основой которого служат постоянные магниты. Коммутация обмоток производится с помощью коллектора, в зависимости от положения ротора. В электродвигателе переменного тока, наоборот, ротор с магнитом вращается внутри статора с обмотками. Примерно такую же конструкцию имеет двигатель.

В отличие от стандартных двигателей, в бесколлекторном в качестве подвижной части выступает статор, в котором размещены постоянные магниты, а роль неподвижной части играет ротор с трехфазными обмотками.

Принцип работы бесколлекторного электродвигателя

Вращение двигателя осуществляется путем смены направления магнитного поля в обмотках ротора в определенной последовательности. В этом случае, постоянные магниты взаимодействуют с магнитными полями ротора и приводят в движение подвижный статор. В основе этого движения лежит основное свойство магнитов, когда одноименные полюса отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

Управление магнитными полями в обмотках ротора и их сменой, происходит с помощью контроллера. Он представляет собой достаточно сложное устройство, способное коммутировать высокие токи с большой скоростью. Контроллер обязательно имеет в своей схеме бесколлекторный электродвигатель, что в значительной степени удорожает его использование.

В бесколлекторных электродвигателях отсутствуют какие-либо вращающиеся контакты и любые контакты, способные переключаться. В этом состоит их главное преимущество перед обычными электродвигателями, поскольку все потери от трения сведены к минимуму.

Двигателем постоянного тока называют электрический двигатель, питание которого обеспечивает постоянный ток. При необходимости получить высокомоментный двигатель со сравнительно небольшими оборотами. Конструктивно Inrunners проще из за того, что неподвижный статор может служить корпусом. К нему могут быть смонтированы крепежные приспособления. В случае Outrunners вращается вся внешняя часть. Крепеж двигателя осуществляется за неподвижную ось либо детали статора. В случае мотор-колеса крепление осуществляется за неподвижную ось статора, провода заводятся к статору через полую оськоторых менее 0,5 мм.

Двигателем переменного тока называют электрический двигатель, питание которого обеспечивает переменный ток . Существуют следующие типы двигателей переменного тока:

Также существует УКД (универсальный коллекторный двигатель) с функцией режима работы как на переменном, так и на постоянном токе.

Ещё один тип двигателей – это шаговый электродвигатель с конечным числом положений ротора . Определённое указанное положение ротора фиксируется при помощи подачи питания на необходимые соответствующие обмотки. При снятии напряжения питания с одной обмотки и его передаче на другие происходит процесс перехода в другое положение.

Двигатель переменного тока при питании посредством промышленной сети обычно не позволяет достичь частоты вращения более трёх тысяч оборотов в минуту . По этой причине при необходимости получить более высокие частоты используется коллекторный двигатель, дополнительными преимуществами которого является лёгкость и компактность при сохранении необходимой мощности.

Иногда также применяют специальный передаточный механизм под названием мультипликатор, который меняет кинематические параметры устройства до требуемых технических показателей. Коллекторные узлы иногда занимают до половины пространства всего двигателя, поэтому электродвигатели переменного тока уменьшают в размере и делают легче в весе путём использования преобразователя частоты, а иногда благодаря наличию сети с повышенной частотой до 400 Гц.

Ресурс любого асинхронного двигателя переменного тока заметно выше коллекторного. Определяется он состоянием изоляции обмоток и подшипников . Синхронный же двигатель при использовании инвертора и датчика положения ротора считается электронным аналогом классического коллекторного двигателя, поддерживающего работу посредством постоянного тока.

Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока. Общие сведения и устройство прибора

Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока также называют трёхфазным вентильным двигателем. Он представляет собой синхронное устройство, принцип работы которого основывается на самосинхронизированном частотном регулировании, благодаря чему происходит управление вектором (отталкиваясь от положения ротора) магнитного поля статора.

Контроллеры электродвигателей такого типа зачастую питаются благодаря постоянному напряжению, отчего и получили своё название. В англоязычной технической литературе вентильный электродвигатель называют PMSM или BLDC.

Бесколлекторный электродвигатель был создан в первую очередь для оптимизации любого электродвигателя постоянного тока в целом. К исполнительному механизму такого устройства (особенно к высокооборотному микроприводу с точным позиционированием) ставились очень высокие требования.

Это, пожалуй, и обусловило использование таких специфических приборов постоянного тока, бесколлекторные трёхфазные двигатели, также называемые БДПТ. По своей конструкции они практически идентичны синхронным двигателям переменного тока, где вращение магнитного ротора происходит в обычном шихтованном статоре при наличии трёхфазных обмоток, а количество оборотов зависит напряжения и нагрузок статора. Исходя из определённых координат ротора, происходит переключение разных обмоток статора.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока могут существовать без каких-либо отдельных датчиков, однако, иногда они присутствуют на роторе, например, датчик Холла. Если устройство работает без дополнительного датчика, то обмотки статора выполняют функцию фиксирующего элемента . Тогда ток возникает благодаря вращению магнита, когда в обмотке статора ротор наводит ЭДС.

Если одна из обмоток будет выключена, то будет измеряться и в дальнейшем обрабатываться тот сигнал, который был наведён, однако, такой принцип работы невозможен без профессора обработки сигналов. А вот для реверса или торможения такого электродвигателя мостовая схема не нужна – достаточно будет подачи в обратной последовательности управляющих импульсов на обмотки статора.

В ВД (вентильном двигателе) индуктор в виде постоянного магнита расположен на роторе, а якорная обмотка – на статоре. Исходя из положения ротора, формируется напряжение питания всех обмоток электродвигателя. При использовании в таких конструкциях коллектора, его функцию будет выполнять в вентильном двигателе полупроводниковый коммутатор.

Основное отличие синхронного и вентильного двигателей заключается в самосинхронизации последнего при помощи ДПР, что обусловливает пропорциональную частоту вращения ротора и поля.

Чаще всего бесколлекторный электродвигатель постоянного тока находит применение в следующих сферах:

Статор

Это устройство имеет классическую конструкцию и напоминает такой же прибор асинхронной машины. В состав входит сердечник из медной обмотки (уложенной по периметру в пазы), определяющей количество фаз, и корпус. Обычно синусной и косинусной фаз достаточно для вращения и самозапуска, однако, часто вентильный двигатель создают трёхфазным и даже четырёхфазным.

Электродвигатели с обратной электродвижущей силой по типу укладки витков на обмотке статора делятся на два типа:

• синусоидальной формы;
• трапецеидальной формы.

В соответствующих видах двигателя электрический фазный ток меняется также по способу питания синусоидально или трапецеидально.

Ротор

Обычно ротор изготавливают из постоянных магнитов с количеством пар полюсов от двух до восьми, которые, в свою очередь, чередуются от северного к южному или наоборот.

Самыми распространёнными и дешёвыми для изготовления ротора считаются ферритовые магниты, но их недостатком является низкий уровень магнитной индукции , поэтому на замену такому материалу сейчас приходят приборы, созданные из сплавов различных редкоземельных элементов, поскольку могут предоставить высокий уровень магнитной индукции, что, в свою очередь, позволяет уменьшить размер ротора.

ДПР

Датчик положения ротора обеспечивает обратную связь. По принципу работы устройство делится на такие подвиды:

• индуктивный;
• фотоэлектрический;
• датчик с эффектом Холла.

Последний тип получил наибольшую популярность благодаря своим практически абсолютным безынерционным свойствам и способности избавляться по положению ротора от запаздывания в каналах обратной связи.

Система управления

Система управления состоит из силовых ключей, иногда также из тиристоров или силовых транзисторов, включающих изолированный затвор, ведущих к сбору инвертора тока либо инвертора напряжения. Процесс управления этими ключами реализуется чаще всего путём использования микроконтроллера , требующего для управления двигателем огромного количества вычислительных операций.

Принцип работы

Работа двигателя заключается в том, что контроллер коммутирует определённое количество обмоток статора таким образом, что вектор магнитных полей ротора и статора ортогональны. При помощи ШИМ (широтно-импульсной модуляции) контроллер совершает управление протекающим через двигатель током и регулирует момент, оказывающий воздействие на ротор. Направление этого действующего момента определяет отметка угла между векторами. При расчётах используются электрические градусы.

Коммутацию следует производить таким образом, чтобы Ф0 (поток возбуждения ротора) поддерживался относительно потока якоря постоянным. При взаимодействии такого возбуждения и потока якоря формируется вращающий момент М, стремящийся развернуть ротор и параллельно обеспечить совпадение возбуждения и потока якоря. Однако во время поворота ротора происходит переключение различных обмоток под воздействием датчика положения ротора, в результате чего поток якоря разворачивается по направлению к следующему шагу.

В такой ситуации результирующий вектор сдвигается и становится неподвижным по отношению к потоку ротора, что, в свою очередь, создаёт необходимый момент на валу электродвигателя.

Управление двигателем

Контроллер бесколлекторного электродвигателя постоянного тока совершает регулирование действующего на ротор момента, меняя величину широтно-импульсной модуляции. Коммутация при этом контролируется и осуществляется посредством электроники , в отличие от обычного щёточного двигателя постоянного тока. Также распространёнными являются системы управления, которые для рабочего процесса реализуют алгоритмы широтно-импульсной модуляции и широтно-импульсного регулирования.

Двигатели на векторном управлении обеспечивают самый широкий из всех известных диапазонов для регулирования собственной скорости. Регулирование этой скорости, как и поддержание потокосцепления на необходимом уровне, происходит благодаря преобразователю частоты.

Особенностью регулирования электропривода, основанного на векторном управлении, является наличие контролируемых координат. Они находятся в неподвижной системе и преобразуются во вращающуюся , выделяя пропорциональное контролируемым параметрам вектора постоянное значение, благодаря чему формируется управляющее воздействие, а затем обратный переход.

Несмотря на все преимущества такой системы, она сопровождается и недостатком в виде сложности управления устройством для регулирования скорости в широком диапазоне.

Преимущества и недостатки

В наше время во многих отраслях промышленности такой тип двигателя пользуется огромным спросом, ведь бесколлекторный электродвигатель постоянного тока объединил в себе едва ли не все самые лучшие качества бесконтактных и других типов двигателей.

Неоспоримыми преимуществами вентильного двигателя являются:

Несмотря на весомые положительные моменты, в бесколлекторном электродвигателе постоянного тока также есть несколько недостатков:

Исходя из вышеизложенного и неразвитости современной электроники в регионе, многие всё ещё считают целесообразным использование обычного асинхронного двигателя с наличием преобразователя частоты.

Трёхфазный бесколлекторный электродвигатель постоянного тока

Такой тип двигателя обладает превосходными характеристиками, особенно при совершении управления посредством датчиков положения. Если момент сопротивления варьируется или вовсе неизвестен, а также при необходимости достижения более высокого пускового момента используется управление с датчиком. Если же датчик не используется (как правило, в вентиляторах), управление позволяет обойтись без проводной связи.

Особенности управления трёхфазным бесколлекторным двигателем без датчика по положению:

Особенности управления трёхфазным бесколлекторным двигателем с датчиком по положению на примере датчика Холла:

Заключение

Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока имеет массу преимуществ и станет достойным выбором для использования как специалистом, так и простым обывателем.

Двигатель постоянного тока асинхронный или синхронный. Типы электродвигателей и принципы работы

Электродвигатель переменного тока

Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, для CD-плеера, для игрушки, для флоппи-дисковода)

Электрический двигатель — это электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом которой является выделение тепла.

Классификация электродвигателей

• Двигатель постоянного тока постоянного тока;
  • Коллекторные двигатели постоянного тока… Разновидности:
    • С возбуждением постоянными магнитами;
    • ОТ параллельного соединения обмоток возбуждения и якоря;
    • ОТ последовательного включения обмоток возбуждения и якоря;
    • Со смешанным соединением обмоток возбуждения и якоря;
  • Бесщеточные двигатели постоянного тока (клапанные двигатели) с электронным переключателем тока;

• Двигатель переменного тока — электродвигатель, питаемый переменным током, бывает двух типов:
  • Электродвигатель синхронный — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения;
  • Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля, создаваемого напряжением питания.

• Однофазные — с ручным пуском, либо с пусковой обмоткой, либо со схемой сдвига фаз
• Многофазный

• Шаговые двигатели — Электродвигатели с ограниченным числом положений ротора. Заданное положение ротора фиксируется подачей напряжения на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется снятием напряжения питания с одних обмоток и передачей его на другие.

• Вентильные двигатели — Электродвигатели выполнены в виде замкнутой системы с датчиком положения ротора (РПР), системой управления (преобразователем координат) и силовым полупроводниковым преобразователем (инвертором).

• Универсальный коллекторный электродвигатель (УКД) — коллекторный электродвигатель, который может работать как на постоянном, так и на переменном токе.

Из-за связи с низкой частотой сети (50 Гц) асинхронные и синхронные двигатели тяжелее и тяжелее щеточного двигателя постоянного тока и универсального щеточного двигателя той же мощности. При использовании выпрямителя и инвертора с частотой значительно выше 50 Гц вес и размеры асинхронных и синхронных двигателей приближаются к весу и размерам щеточного двигателя постоянного тока и универсального щеточного двигателя той же мощности.

Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом щеточного двигателя постоянного тока.

История.

Принцип преобразования электрической энергии в механическую с помощью электромагнитного поля был продемонстрирован британским ученым Майклом Фарадеем в 1821 году и состоял из свободно висящего провода, погруженного в бассейн с ртутью. Посередине ртутной ванны был установлен постоянный магнит. Когда через провод пропускался ток, он вращался вокруг магнита, указывая на то, что ток создавал циклическое магнитное поле вокруг провода.Этот двигатель часто демонстрируется в классах физики, где вместо токсичной ртути используется рассол. Это самый простой тип электродвигателя класса. Еще одно усовершенствование — колесо Барлова. Это было демонстрационное устройство, непригодное для практического использования из-за своей ограниченной мощности.

Ссылки

Фонд Викимедиа. 2010.

Посмотреть, что такое «Двигатель переменного тока» в других словарях:

Двигатель переменного тока — — [A.S. Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь.2006] Темы энергия в целом EN двигатель переменного тока …

Рисунок: 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и двухполюсным ротором двигателя постоянного тока электрической машины, ма … Википедия

Машина переменного тока предназначена для работы в моторном режиме (см. Машина переменного тока). П. т. Э. подразделяются на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели (см. Синхронный электродвигатель) используются в … …

Электрическая машина, используемая для производства переменного тока (генератор) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатель) или электрическую энергию другого напряжения или частоты (преобразователь) P.т. М. … … Большая Советская Энциклопедия

Предусмотрен машинный ток переменного тока. для работы в режиме двигателя. П. т. Э. подразделяются на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели используются в основном в электроприводах. когда требуется постоянная угловая скорость. Из асинхронного … … Большой энциклопедический политехнический словарь

Электропривод переменного тока — Электропривод постоянного [переменного тока] Электропривод, содержащий электродвигатель постоянного [переменного тока]. [ГОСТ Р 50369 92] Темы электроприводов EN привод переменного тока привод переменного тока DE Wechselstromantrieb… Руководство технического переводчика

Электропривод постоянного (переменного тока) — 3.1.3 Электропривод постоянного (переменного тока): Привод, содержащий электродвигатель постоянного (переменного тока) и редуктор;

Явление электромагнитной индукции стало основой возникновения и развития всех электромобилей … Пионером этого явления в конце 19 века был Майкл Фарадей, английский ученый-экспериментатор. Он экспериментировал с первыми электрическими машинами … Сейчас невозможно представить нашу жизнь без них.Электродвигатели стали одними из самых распространенных электрических машин.

Для работы электродвигателя требуется напряжение, свойства которого определяют его конструкцию. На переменном напряжении и токе работают такие электродвигатели:

на постоянное напряжение и ток работы:

• коллектор;
• униполярный;
• шаговый.

Электродвигатели синхронные и асинхронные

Синхронные и асинхронные электродвигатели имеют общие условия эксплуатации.Для этого требуется магнитное поле, максимальное значение которого движется в пространстве. Такое поле может быть создано двумя и более обмотками. Типовые конструкции синхронных и асинхронных электродвигателей содержат две или три обмотки.

Они размещены на массивных ферримагнитных сердечниках, усиливающих магнитное поле. Для трех обмоток используется трехфазное напряжение, для двух обмоток — двухфазное или однофазное с фазосдвигающим конденсатором. Но с таким конденсатором к однофазной сети можно подключать и трехфазные двигатели.

Если ротор электродвигателя создает постоянное магнитное поле либо от постоянных магнитов, либо от источника постоянного тока, встроенного в ротор, либо от внешнего источника постоянного тока через кольца со щетками, такой двигатель является синхронным. В нем скорость и частота напряжения блока питания одинаковы. В асинхронных двигателях используется немагнитный ротор без ярко выраженных полюсов, щеточные кольца, встроенные выпрямители и комбинированные детали из разных материалов. Исключение составляет синхронный гистерезисный двигатель.

Ротор асинхронного двигателя работает как вторичная обмотка короткозамкнутого трансформатора. Но ток в его роторе может возникнуть только при более медленном вращении по сравнению с магнитным полем статора. Эта разница в скорости называется скольжением. Простота конструкции и соответствующая надежность делают асинхронный электродвигатель наиболее распространенным.

Коллекторные машины

Однако у синхронных и асинхронных электродвигателей есть один непреодолимый недостаток — частота питающего напряжения.Он определяет скорость вращения магнитного поля и вала в этих двигателях. Никакие конструктивные изменения в них при данной частоте напряжения питания не могут быть использованы для получения скорости вала, превышающей частоту напряжения питания. Если требуется большая скорость, используются коллекторные двигатели.

В этих двигателях обмотки ротора постоянно переключаются коллектором. Каждая обмотка — это, по сути, рамка с током, который, как известно из экспериментов Фарадея, вращается в магнитном поле.Но один кадр повернется и остановится. Поэтому делается несколько рам-обмоток, каждая из которых соответствует паре пластин в коллекторе. Ток подается через щетки, скользящие по коллектору.

Конструкция такого электродвигателя позволяет работать от источника постоянного или переменного напряжения, обеспечивающего ток как в статоре, так и в роторе. При переменном напряжении направление тока в статоре и роторе изменяется одновременно, и поэтому направление действия силы, вращающей ротор, сохраняется.Частота питающего напряжения не влияет на скорость вращения ротора. Это зависит только от величины напряжения, подаваемого на электродвигатель. Скользящий контакт щетки с коллектором ограничивает возможности этих электродвигателей по сроку службы и месту использования, так как искрение в щетках быстро разрушает скользящий контакт и недопустимо в условиях повышенной взрывоопасности.

Униполярные и ступенчатые варианты

Однако есть такие конструкции двигателей постоянного тока, в которых отсутствует коллектор.Это униполярные электродвигатели.

В этих электродвигателях ротор выполнен в виде диска, расположенного между полюсами постоянных магнитов. Щетки расположены диаметрально противоположно подаче тока на диск — ротор. Диск вращается под действием силы Лоренца. Несмотря на привлекательную простоту конструкции, такой электродвигатель не имеет широкого практического применения, так как требует слишком больших значений тока и магнитного поля. Тем не менее существуют уникальные лабораторные разработки униполярных электродвигателей со щетками из жидкого металла, развивающие скорости, немыслимые для других конструкций двигателей.

Шаговый двигатель — это еще одна конструкция постоянного тока.

В целом этот двигатель аналогичен синхронному электродвигателю с ротором с постоянными магнитами. Разница в том, что количество обмоток здесь больше, и они управляются ключами, подающими напряжение питания на каждую обмотку. В результате ротор меняет свое положение, притягиваясь к подключенной обмотке. Количество обмоток определяет минимальный угол поворота ротора, а переключатели определяют скорость вращения ротора.В шаговом двигателе ротор может вращаться практически в любом месте, поскольку ключи подключены к электронной схеме управления.

Рассмотренные конструкции электродвигателей являются базовыми. На их основе создано множество специальных типов электродвигателей для решения определенных задач. Но это совсем другая история …

В быту, коммунальном хозяйстве, на любом производстве электродвигатели являются неотъемлемой частью: насосы, кондиционеры, вентиляторы и т.д. Поэтому важно знать типы наиболее распространенных электродвигателей.

Электродвигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. При этом выделяется тепло, что является побочным эффектом.

Видео: Классификация электродвигателей

Все электродвигатели можно разделить на две большие группы:

называются двигателями переменного тока, которые бывают двух видов:

• Синхронный — это те, в которых ротор и магнитное поле питающего напряжения вращаются синхронно.
• Асинхронный … У них частота вращения ротора отличается от частоты, создаваемой напряжением питания магнитного поля. Они бывают многофазными, а также одно-, двух- и трехфазными.
• Шаговые двигатели отличаются тем, что имеют конечное количество положений ротора. Фиксированное положение ротора фиксируется подачей питания на определенную обмотку. Снимая напряжение с одной обмотки и передавая его на другую, выполняется переход в другое положение.

относятся те, которые питаются от постоянного тока.Их, в зависимости от наличия или отсутствия щеточно-коллекторного узла, подразделяют на:

Коллекторы также в зависимости от типа возбуждения бывают нескольких типов:

• С возбуждением постоянным магнитом.
• С параллельным соединением обмоток включения и якоря.
• С последовательным соединением якоря и обмоток.
• Со смешанным их сочетанием.

Электродвигатель постоянного тока секционный.Щеточный коллектор — правый

Какие электродвигатели входят в группу «Двигатели постоянного тока»

Как уже упоминалось, двигатели постоянного тока составляют группу, в которую входят коллекторные двигатели и бесщеточные двигатели, которые выполнены в виде замкнутой системы, включая датчик положения ротора, систему управления и силовой полупроводниковый преобразователь. Принцип работы бесщеточных электродвигателей аналогичен принципу работы асинхронных двигателей. Их устанавливают в бытовую технику, например, в вентиляторы.

Что такое коллекторный мотор

Длина двигателя постоянного тока зависит от класса. Например, если речь идет о двигателе класса 400, то его длина будет 40 мм. Отличие коллекторных электродвигателей от бесщеточных аналогов — простота изготовления и эксплуатации, следовательно, стоимость его будет ниже. Их особенностью является наличие щеточно-коллекторного узла, с помощью которого цепь ротора соединяется с цепями, расположенными в неподвижной части двигателя.Он состоит из контактов, расположенных на роторе — коллектора и прижатых к нему щеток, расположенных вне ротора.

Ротор

Эти электродвигатели используются в радиоуправляемых игрушках: при подаче напряжения от источника постоянного тока (той же батареи) на контакты такого двигателя вал приводится в движение. А чтобы изменить его направление вращения, достаточно изменить полярность подаваемого напряжения питания. Небольшой вес и габариты, невысокая цена и возможность восстановления щеточно-коллекторного механизма делают эти электродвигатели наиболее часто используемыми в бюджетных моделях, несмотря на то, что по надежности он значительно уступает бесщеточному, поскольку не исключено искрение, я.е. чрезмерный нагрев подвижных контактов и их быстрый износ при воздействии пыли, грязи или влаги.

Коллекторный двигатель обычно маркируется числом оборотов: чем оно меньше, тем выше скорость вращения вала. Он, кстати, очень плавно регулируется. Но есть быстродействующие моторы этого типа, не уступающие бесщеточным.

Преимущества и недостатки бесщеточных двигателей

В отличие от описанных, в этих электродвигателях движущейся частью является статор с постоянным магнитом (корпусом), а ротор с трехфазной обмоткой неподвижен.

К недостаткам этих двигателей постоянного тока можно отнести менее плавную регулировку скорости вращения вала, но они способны набирать максимальную скорость за доли секунды.

Бесщеточный электродвигатель размещен в закрытом корпусе, поэтому он более надежен при неблагоприятных условиях эксплуатации, т.е. пыль и влага ему не страшны. Кроме того, его надежность повышается за счет отсутствия щеток и скорости вращения вала. При этом конструкция мотора более сложная, поэтому дешевым быть не может.Стоимость его, по сравнению с коллектором, в два раза выше.

Таким образом, коллекторный двигатель переменного и постоянного тока универсален, надежен, но более дорогой. Он легче и меньше, чем двигатель переменного тока той же мощности.

Поскольку двигатели переменного тока с питанием от 50 Гц (промышленный источник питания) не позволяют получить высокие частоты (выше 3000 об / мин), при необходимости используется коллекторный двигатель.

При этом его ресурс ниже, чем у асинхронных двигателей переменного тока, что зависит от состояния подшипников и изоляции обмоток.

Как работает синхронный двигатель

Синхронные машины часто используются как генераторы. Он работает синхронно с частотой сети, поэтому с датчиком положения инвертора и ротора является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.

Конструкция синхронного двигателя

Недвижимость

Эти двигатели не являются самозапускающимися механизмами, но требуют внешнего воздействия для набора скорости. Они нашли применение в компрессорах, насосах, прокатных станках и подобном оборудовании, рабочая скорость которого не превышает пятисот оборотов в минуту, но требуется увеличение мощности.Они довольно большие по размеру, имеют «приличный» вес и высокую цену.

Есть несколько способов запуска синхронного двигателя:

• Использование внешнего источника тока.
• Запуск асинхронный.

В первом случае с помощью вспомогательного двигателя, которым может быть двигатель постоянного тока или асинхронный трехфазный двигатель. Первоначально на двигатель не подается постоянный ток. Он начинает вращаться, достигая скорости, близкой к синхронной. В этот момент подается постоянный ток.После замыкания магнитного поля связь с вспомогательным двигателем разрывается.

Во втором варианте в полюсных наконечниках ротора необходимо установить дополнительную короткозамкнутую обмотку, через которую вращающееся магнитное поле наводит в нем токи. Они, взаимодействуя с полем статора, вращают ротор. Пока не достигнет синхронной скорости. С этого момента крутящий момент и ЭДС уменьшаются, магнитное поле замыкается, снижая крутящий момент до нуля.

Эти электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения, чем асинхронные, обладают высокой перегрузочной способностью, сохраняют одинаковую скорость при любой нагрузке на вал.

Электродвигатель однофазный: устройство и принцип работы

Используя только одну обмотку статора (фазу) после запуска и не требуя частного преобразователя, электродвигатель, работающий от однофазной сети переменного тока, является асинхронным или однофазным.

Однофазный электродвигатель имеет вращающуюся часть — ротор и неподвижную часть — статор, который создает магнитное поле, необходимое для вращения ротора.

Из двух обмоток, расположенных в сердечнике статора друг к другу под углом 90 градусов, рабочая занимает 2/3 пазов.Другая обмотка, на которую приходится 1/3 пазов, называется пусковой (вспомогательной).

Ротор также имеет короткозамкнутую обмотку. Его стержни из алюминия или меди закрыты на концах кольцом, а пространство между ними заполнено алюминиевым сплавом. Ротор может быть выполнен в виде полого ферромагнитного или немагнитного цилиндра.

Однофазный электродвигатель, мощность которого может составлять от десятков ватт до десятков киловатт, применяется в бытовой технике, устанавливается на деревообрабатывающих станках, на конвейерах, в компрессорах и насосах.Их преимущество — возможность использования в помещениях, где нет трехфазной сети. По конструкции они мало чем отличаются от асинхронных электродвигателей трехфазного тока.

Чтобы понять, как работает двигатель переменного тока, поместим изогнутый проводник в однородное магнитное поле, создаваемое полюсами магнита.

Отличие генераторов от генераторов в отсутствии коллектора.

Электродвигатели асинхронные трехфазные — это прямые потребители электроэнергии трехфазного тока.Такие модели используются во многих отраслях.

На рисунке 2 показана схема двигателя переменного тока. Синхронный генератор имеет такой же статор рис. 1. Питание обмотки статора переменным током происходит от трехфазной сети.

Изменение тока в фазах также будет происходить в фазах генератора. На рис. 2 ротор представлен в виде цилиндра с прорезями, который установлен на медных или алюминиевых стержнях, соединенных кольцами на поверхностях ротора с торца.

Ток течет в закороченных проводниках. Вращение ротора асинхронного устройства отличается частотой магнитного поля.

Рисунок: 1 Как работает генератор.

При таком же вращении проводники обмотки ротора перестают пересекать магнитное поле, и тогда крутящий момент пропадает. потому что двигатель переменного тока и получил название асинхронный (т.е. асинхронный). Круговое вращающееся магнитное поле условно представлено полем полюсов постоянных магнитов, которые вращаются с частотой.Помещая ротор в поле статора асинхронного трехфазного устройства с короткозамкнутой обмоткой (рис. 3), вращающееся поле статора проходит через проводники обмотки ротора и направляет их на ЭДС. Направление ЭДС определяется правилом правой руки. При замкнутой обмотке ротора в его проводниках появляются токи. Ток любого проводника ротора, взаимодействуя с полем статора, образует электромагнитную силу, течение которой определяется по правилу левой руки.

Группа электромагнитных сил образует электромагнитный момент, который приводит в движение ротор с частотой в направлении поля вращения. Электрическая энергия, которая поступает в обмотку статора из сети, преобразуется в механическую энергию для вращения ротора.

Рисунок: 2 Трехфазный асинхронный двигатель

Рисунок: 3 Схема однофазного электродвигателя

Частота вращения двигателя переменного тока всегда меньше частоты вращения поля статора, поэтому его название асинхронное.Когда ротор АД вращается с частотой, то проводники обмотки ротора не пересекают поле статора. Следовательно, в них не наводится ЭДС, не возникают токи и не создается крутящий момент.

Разница между скоростями вращения ротора и статора называется частотой скольжения . На практике чаще используется понятие скольжения — отношение частоты вращения поля статора к частоте скольжения:

Существует также взаимосвязь между скоростью вращения ротора и скольжением:

Когда AD работает, частота вращения ротора изменяется с момента запуска двигателя до идеального холостого хода… Поэтому в двигательном режиме работы асинхронной машины широта скольжения изменяется от 1 до 0. Частота вращения ротора, а значит и скольжение, зависит от нагрузки на вал (внешний момент сопротивления). По мере увеличения нагрузки скорость ротора уменьшается, а скольжение увеличивается. В асинхронных устройствах общего назначения начальное скольжение, т.е. при начальной нагрузке, ротор АД вращается с частотой, близкой к частоте вращения поля. Частота электродвижущей силы и токов, наводимых в проводах ротора, определяется частотой скольжения.Учитывая, что мы определяем.

Постоянное переключение батареи эквивалентно подаче питания переменного тока на оборудование. Разница лишь в том, что такой переменный ток имеет низкую частоту, так как за секунду можно перевернуть батарею 3-5 раз, а у переменного тока направление меняется 100 раз в секунду.

Если два проводника подключены от понижающего трансформатора к клеммам устройства с таким же напряжением, что и аккумулятор, то устройство электродвигателя переменного тока будет работать.Однако его якорь будет вращаться несколько медленнее, чем если бы он питался от постоянного тока. При переменном токе появляется индуктивное сопротивление обмоток двигателя. Прикоснувшись к его телу рукой через 10-15 минут, можно увидеть, что оно нагрелось.

Этого не происходит при работе от батареи. При питании от переменного тока в стенках корпуса и в полюсах появляются потери от перемагничивания переменным током и вихревые токи. Для уменьшения этих потерь корпус и полюса модели однофазного коллектора переменного тока собираются из штампованных листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга пленкой лака и скреплены заклепками (рис.4).

Рисунок: 4 Статор коллекторного двигателя

1 — Катушка; 2 — полюсный наконечник; 3 — заклепка.

переменного тока работают только с последовательным возбуждением и, благодаря параллельной катушке возбуждения, будут иметь огромное индуктивное реактивное сопротивление с переменным током.

Механические свойства однофазного устройства аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. В результате они используются, когда от устройства требуется высокая пусковая способность и высокая перегрузочная способность.

Применение коллекторных электродвигателей рассчитано на любую скорость вращения, при этом асинхронные, питаемые переменным током частотой 50 Гц, имеют максимальную синхронную скорость 3000 об / мин. Эта особенность делает коллекторные модели незаменимыми для бытовой техники, в частности, для пылесосов. Коллекторные устройства в 2-3 раза легче асинхронных однофазных.

Такие электродвигатели изготавливаются на низкое напряжение, питаются от понижающего трансформатора и рассчитаны на сетевое напряжение 127 или 220 В.Для снижения риска поражения электрическим током эти устройства используются в движущихся игрушках (электрические железные дороги, краны).

переменного тока используются в пылесосах, швейных машинах, электробритвах и других электроприборах.

Электрическая энергия преобразуется в механическую с помощью электродвигателя. Мощность, частота вращения, напряжение и тип мощности — основные показатели электродвигателей. Также большое значение имеют весогабаритные и энергетические показатели.

Электродвигатели обладают большими преимуществами. Таким образом, по сравнению с тепловыми двигателями сопоставимой мощности, по габаритам электродвигатели намного компактнее. Они идеально подходят для небольших площадей, таких как трамваи, электровозы и различные станки.

При их использовании не выделяется пар и продукты разложения, что обеспечивает экологичность. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока, шаговые двигатели, серводвигатели и линейные двигатели.

в свою очередь подразделяются на синхронные и асинхронные.

Двигатели постоянного тока

Двигатели переменного тока

Шаговые двигатели

Серводвигатели

Линейные двигатели

Синхронные двигатели

Асинхронные двигатели

Электродвигатели незаменимы в современном мире … Благодаря им значительно облегчается работа людей. Их использование помогает уменьшить человеческие усилия и сделать повседневную жизнь более комфортной.

Выбор подходящего электродвигателя

Производители все чаще задумываются об энергоэффективности . Более зеленая и экологически чистая экономика — одна из целей Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года, которую взяли на себя многие государства.Но прежде всего в целях ограничения потребления и экономии в последние годы промышленность приобретает более энергоэффективное оборудование. Согласно исследованию Европейской комиссии, на двигатели приходится 65% промышленного потребления энергии в Европе. Поэтому принятие мер в отношении двигателей является важным шагом на пути к сокращению выбросов CO2. Комиссия даже прогнозирует, что к 2020 году можно повысить энергоэффективность двигателей европейского производства на 20–30%. В результате будет на 63 миллиона тонн меньше CO2 в атмосфере и на 135 миллиардов киловатт-часов.

Если вы также хотите интегрировать энергоэффективные двигатели и получить экономию, внося свой вклад в развитие планеты, вам сначала нужно взглянуть на стандарты энергоэффективности для двигателей в вашей стране или географической области . Но будьте осторожны, эти стандарты распространяются не на все двигатели, а только на асинхронные электродвигатели переменного тока .

Международные стандарты

• Международная электротехническая комиссия (МЭК) определила классы энергоэффективности для электродвигателей, размещаемых на рынке, известные как код IE, которые кратко изложены в международном стандарте МЭК
.
• IEC определила четыре уровня энергоэффективности, которые определяют энергетические характеристики двигателя:
  • IE1 относится к СТАНДАРТНОЙ эффективности
  • IE2 означает ВЫСОКИЙ КПД
  • IE3 относится к ПРЕМИУМ-КПД
  • IE4 , все еще изучается, обещает СУПЕР ПРЕМИУМ эффективность
• МЭК также внедрила стандарт IEC 60034-2-1: 2014 для испытания электродвигателей .Многие страны используют национальные стандарты испытаний, а также ссылаются на международный стандарт IEC 60034-2-1.

В Европе

ЕС уже принял несколько директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей размещать на рынке энергоэффективные двигатели:

• Следовательно, класс IE2 является обязательным для всех двигателей с 2011 г.
• Класс IE3 является обязательным с января 2015 года для двигателей мощностью 7.От 5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты)
• Класс IE3 является обязательным с января 2017 года для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели имеют преобразователь частоты).

В США

В США действуют стандарты, определенные американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования). С 2007 года минимальный требуемый уровень установлен на IE2.
Такая же классификация применяется к Австралия и Новой Зеландии .

Азия

В , Китай, , корейские стандарты MEPS (минимальный стандарт энергоэффективности) применяются к трехфазным асинхронным двигателям малого и среднего размера с 2002 года (GB 18693). В 2012 году стандарты MEPS были гармонизированы со стандартами IEC, перейдя от IE1 к IE2, а теперь и к IE3.

Япония гармонизировала свои национальные правила с классами эффективности IEC и включила электродвигатели IE2 и IE3 в свою программу Top Runner в 2014 году.Программа Top Runner, представленная в 1999 году, вынуждает японских производителей постоянно предлагать на рынке новые модели, которые более энергоэффективны, чем предыдущие поколения, тем самым стимулируя эмуляцию и инновации в области энергетики.

Индия имеет знак сравнительной эффективности с 2009 года и национальный стандарт на уровне IE2 с 2012 года.

Более быстрые асинхронные функции и обещания · V8

Асинхронная обработка в JavaScript традиционно имела репутацию не очень быстрой.Что еще хуже, отладка живых приложений JavaScript, в частности серверов Node.js, — непростая задача, особенно , когда дело доходит до асинхронного программирования. К счастью, времена меняются. В этой статье исследуется, как мы оптимизировали асинхронные функции и обещания в V8 (и в некоторой степени также и в других движках JavaScript), и описывается, как мы улучшили отладку асинхронного кода.

Примечание: Если вы предпочитаете смотреть презентацию чтению статей, то посмотрите видео ниже! Если нет, пропустите видео и читайте дальше.

Новый подход к асинхронному программированию #

От обратных вызовов к обещаниям и асинхронным функциям #

До того, как обещания стали частью языка JavaScript, API на основе обратных вызовов обычно использовались для асинхронного кода, особенно в Node.js . Вот пример:

  обработчик функции (готово) {
 validateParams ((error) => {
 if (error) return done (error); 
 dbQuery ((error, dbResults) => {
 if (error) return выполнено (ошибка); 
 serviceCall (dbResults, (error, serviceResults) => {
 console.журнал (результат); 
 выполнено (ошибка, serviceResults); 
}); 
}); 
}); 
}  

Конкретный шаблон использования глубоко вложенных обратных вызовов таким образом обычно называют «адом обратных вызовов» , потому что он делает код менее читаемым и трудным для сопровождения.

К счастью, теперь, когда обещания являются частью языка JavaScript, тот же код можно было бы написать более элегантным и удобным в обслуживании способом:

  function handler () {
 return validateParams () 
.then (dbQuery) 
 .then (serviceCall) 
 .then (result => {
 console.log (результат); 
 return result; 
}); 
}  

Совсем недавно JavaScript получил поддержку асинхронных функций. Вышеупомянутый асинхронный код теперь может быть написан способом, очень похожим на синхронный код:

  async function handler () {
 await validateParams (); 
 const dbResults = ждать dbQuery (); 
 const results = ожидание serviceCall (dbResults); 
 консоль.журнал (результаты); 
 вернуть результаты; 
}  

При использовании асинхронных функций код становится более кратким, а управление и поток данных намного легче отслеживать, несмотря на то, что выполнение по-прежнему асинхронно. (Обратите внимание, что выполнение JavaScript по-прежнему происходит в одном потоке, а это означает, что асинхронные функции не создают сами физические потоки.)

От обратных вызовов прослушивателя событий до асинхронной итерации #

Еще одна асинхронная парадигма, особенно распространенная в Node.js — это ReadableStream s. Вот пример:

  const http = require ('http'); 
 http.createServer ((req, res) => {
 let body = ''; 
 req.setEncoding ('utf8'); 
 req.on ('data', (chunk) => {
 body + = chunk ; 
}); 
 req.on ('end', () => {
 res.write (body); 
 res.end (); 
}); 
}). Listen (1337); 
  

Этот код может быть немного сложным для понимания: входящие данные обрабатываются фрагментами, которые доступны только в обратных вызовах, а сигнализация о конце потока также происходит внутри обратного вызова.Здесь легко ввести ошибки, если вы не понимаете, что функция завершается немедленно и что фактическая обработка должна происходить в обратных вызовах.

К счастью, новая классная функция ES2018, называемая асинхронной итерацией, может упростить этот код:

  const http = require ('http'); 
 http.createServer (async (req, res) => {
 try {
 let body = ''; 
 req.setEncoding ('utf8'); 
 for await (const chunk of req) {
 body + = chunk; 
} 
 рез.написать (тело); 
 res.end (); 
} catch {
 res.statusCode = 500; 
 res.end (); 
} 
}). Слушать (1337); 
  

Вместо того, чтобы помещать логику, которая имеет дело с фактической обработкой запроса, в два разных обратных вызова — 'data' и 'end' callback — теперь мы можем поместить все в одну асинхронную функцию и использовать новый цикл for await… of для асинхронного перебора фрагментов. Мы также добавили блок try-catch , чтобы избежать проблемы unhandledRejection .

Вы уже можете использовать эти новые функции в производстве уже сегодня! асинхронные функции полностью поддерживаются, начиная с Node.js 8 (V8 v6.2 / Chrome 62) , а асинхронные итераторы и генераторы полностью поддерживаются, начиная с Node.js 10 (V8 v6.8 / Chrome 68) !

Улучшения производительности асинхронного кода #

Нам удалось значительно повысить производительность асинхронного кода между V8 v5.5 (Chrome 55 и Node.js 7) и V8 v6.8 (Chrome 68 и Node.js 10). Мы достигли уровня производительности, на котором разработчики могут безопасно использовать эти новые парадигмы программирования, не беспокоясь о скорости.

На приведенной выше диаграмме показан тест doxbee, который измеряет производительность многообещающего кода. Обратите внимание, что графики визуализируют время выполнения, что означает, что чем меньше, тем лучше.

Результаты параллельного теста, в котором особо подчеркивается производительность Promise.all () , еще более впечатляющие:

Нам удалось улучшить Promise.все с коэффициентом 8 × .

Однако вышеперечисленные тесты являются синтетическими микро-тестами. Команду V8 больше интересует, как наши оптимизации влияют на реальную производительность реального пользовательского кода.

На приведенной выше диаграмме показана производительность некоторых популярных сред промежуточного программного обеспечения HTTP, которые интенсивно используют обещания и функции async . Обратите внимание, что этот график показывает количество запросов в секунду, поэтому, в отличие от предыдущих диаграмм, чем больше, тем лучше.Производительность этих фреймворков значительно улучшилась между Node.js 7 (V8 v5.5) и Node.js 10 (V8 v6.8).

Эти улучшения производительности являются результатом трех ключевых достижений:

• TurboFan, новый оптимизирующий компилятор 🎉
• Orinoco, новый сборщик мусора 🚛
• ошибка Node.js 8, из-за которой await пропускал микротики

Когда мы запустили TurboFan в Node.js 8, это дало огромный прирост производительности по всем направлениям.

Мы также работали над новым сборщиком мусора под названием Orinoco, который перемещает работу по сборке мусора из основного потока и, таким образом, значительно улучшает обработку запросов.

И, наконец, что не менее важно, в Node.js 8 была удобная ошибка, из-за которой await в некоторых случаях пропускал микротики, что приводило к повышению производительности. Ошибка началась как непреднамеренное нарушение спецификации, но позже она натолкнула нас на оптимизацию. Начнем с объяснения ошибочного поведения:

  const p = Promise.resolve (); 
 (async () => {
 ожидание p; console.log ('после: ожидание'); 
}) (); 
 
 p. Затем (() => console.log ('tick: a')) 
.then (() => console.log ('галочка: b')); 
  

Вышеупомянутая программа создает выполненное обещание p , и await s его результат, но также привязывает к нему два обработчика. В каком порядке, по вашему мнению, будут выполняться вызовы console.log ?

Поскольку выполняется p , можно ожидать, что он сначала напечатает 'after: await' , а затем 'tick' s. Фактически, это то же самое, что и в Node.js 8: ошибка await в Node.js 8

Хотя такое поведение кажется интуитивным, оно не соответствует спецификации. Node.js 10 реализует правильное поведение, которое заключается в том, чтобы сначала выполнить связанные обработчики, а только потом продолжить асинхронную функцию. В Node.js 10 больше нет ошибки await

Этот «правильное поведение» , возможно, является не сразу очевидно и на самом деле удивил разработчиков JavaScript, поэтому заслуживает некоторого пояснения. Прежде чем мы погрузимся в волшебный мир обещаний и асинхронных функций, давайте начнем с некоторых основ.

Задачи и микрозадачи #

На высоком уровне в JavaScript задач и микрозадач. Задачи обрабатывают такие события, как ввод-вывод и таймеры, и выполняются по одному. Микрозадачи реализуют отложенное выполнение для async / await и promises и выполняются в конце каждой задачи. Очередь микрозадач всегда очищается до того, как выполнение возвращается в цикл событий. Разница между микрозадачами и задачами

  асинхронная функция computeAnswer () {
 return 42; 
}  

  const p = computeAnswer (); 
 п. Потом (console.log); 
 
  

  function computeAnswer () {
 return Promise.resolve (42); 
}  

  асинхронная функция fetchStatus (url) {
 const response = await fetch (url); 
 вернуть response.status; 
}  

  function fetchStatus (url) {
 return fetch (url) .then (response => response.status); 
}  

  async function foo () {
 const v = await 42; 
 возврат v; 
} 
 const p = foo (); 
 
 
 стр.затем (console.log); 
 
  

  class Sleep {
 constructor (timeout) {
 this.timeout = timeout; 
} 
 затем (разрешить, отклонить) {
 const startTime = Date.now (); 
 setTimeout (() => resolve (Date.now () - startTime), 
 this.timeout); 
} 
} 
 (async () => {
 const actualTime = ожидание нового сна (1000); 
 console.log (actualTime); 
}) (); 
  

  async function foo (v) {
 const w = await v; 
 возврат w; 
}  

  async function foo () {
 await bar (); 
 возврат 42; 
} 
 async function bar () {
 await Promise.решать(); 
 выдать новую ошибку ('BEEP BEEP'); 
} 
 
 foo (). Catch (error => console.log (error.stack)); 
  

  $ node index.js 
 Ошибка: BEEP BEEP 
  at bar (index.js: 8: 9)  
 в process._tickCallback (internal / process / next_tick.js: 68: 7) 
 в Function.Module.runMain (internal / modules / cjs / loader.js: 745: 11) 
 при запуске (internal / bootstrap / node.js: 266: 19) 
 в bootstrapNodeJSCore (internal / bootstrap / node.js: 595: 3)  

  $ node --async-stack-traces index.js 
 Ошибка: BEEP BEEP 
  at bar (index.js: 8: 9)  
 at process._tickCallback (internal / process / next_tick.js: 68: 7) 
 в Function.Module.runMain (internal / modules / cjs / loader.js: 745: 11) 
 при запуске (internal / bootstrap / node.js: 266: 19) 
 при bootstrapNodeJSCore (internal / bootstrap / node.js: 595: 3) 
  при async foo (index.js: 2: 3)