Что лучше двигатель постоянного тока или переменного тока
—> Детская Энциклопедия —>
Переменный и постоянный ток в технике
В наше время электрический ток используется во всех отраслях народного хозяйства. И мы знаем, что ток бывает двух видов: постоянный и переменный. Напомним, что при постоянном токе электроны в электрической цепи движутся все время в одном направлении, а при переменном токе непрерывно меняют направление. Какой же ток — переменный или постоянный — больше нужен технике и промышленности?
Передача электрической энергии на большие расстояния возможна только при высоких напряжениях тока, достигающих 110, 220, 400 и даже 500—800 тыс. в. А генератор электрической станции способен создать напряжение не выше 20 тыс. в. В то же время для различных электрических машин и аппаратов нужен электрический ток напряжением всего в несколько десятков или сотен вольт. Вот здесь переменный ток оказывается незаменимым. Ведь он позволяет с помощью трансформаторов легко изменять напряжение в любых пределах: повышать на электростанциях для передачи на большие расстояния и снова понижать непосредственно у потребителей.
В конце прошлого столетия русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский получил трехфазный переменный ток, обладающий очень важными достоинствами. Во-первых, трехфазные линии электропередач выгоднее однофазных: по ним при той же затрате проводов и изоляции можно передать больше энергии, чем по однофазным. А во-вторых, благодаря свойству трехфазного переменного тока создавать вращающееся магнитное поле удалось построить очень простые и надежные асинхронные электрические двигатели, которые сейчас широко используются для привода станков и машин.
Вот эти качества переменного тока позволили ему занять ведущее положение в технике и послужили причиной того, что в наши дни все промышленные электростанции вырабатывают только трехфазный переменный ток.
Больше половины вырабатываемой электрической энергии потребляют электрические двигатели. Кроме простых асинхронных двигателей, не имеющих обмотки на роторе, есть двигатели с обмоткой и контактными кольцами на роторе. Такие моторы развивают большие усилия при трогании с места, и поэтому их чаще всего применяют на подъемных кранах. Есть еще синхронные двигатели, имеющие постоянную скорость вращения. Благодаря этому они применяются в машинах и механизмах, требующих постоянной скорости движения независимо от их нагрузки: в эскалаторах метрополитена, в больших водяных насосах, электрических часах и др. Электрические двигатели бывают маленькими, меньше катушки ниток, и огромными, как карусель.
Применение для привода станков сразу нескольких электрических двигателей позволило устранить сложную систему передач, упростить механизмы станков, облегчило управление ими и дало возможность создать автоматические линии.
Малые размеры и простота электрических двигателей позволили использовать электрическую энергию там, где раньше применялся только ручной труд. Электрические дрели, пилы, рубанки, гайковерты и другой инструмент намного облегчили труд рабочих, сделали его более производительным. Электрические полотеры, пылесосы, стиральные машины и холодильники пришли на помощь домашним хозяйкам. А еще раньше в домах появились электрические чайники, утюги, плитки.
Переменный ток — хороший источник тепла. В мощных дуговых электропечах плавят и варят металл. Электрические печи широко используются в установках «искусственного климата», для обогрева сушильных шкафов и помещений, нагрева металлов и т. д.
Электрические лампочки светят независимо от того, какой ток идет через их нити: переменный или постоянный. Но передача переменного тока более экономична, и трансформаторы позволяют легко получать и поддерживать необходимое напряжение. Поэтому осветительная сеть городов и сел питается переменным током.
Но вот мы сели в трамвай, троллейбус, в вагон метро, в пригородную электричку — и сразу попали во владения постоянного тока. Дело в том, что простые и удобные электрические двигатели переменного тока не позволяют плавно менять скорость своего вращения. А изменять скорость движения приходится почти непрерывно; с такой работой может хорошо справиться только тяговый двигатель постоянного тока.
Питание таких двигателей осуществляется от специальных тяговых выпрямительных подстанций, на которых переменный ток преобразуется в постоянный, а затем подается в контактную сеть — в провода и рельсы.
Но ученые и инженеры задумались, нельзя ли на транспорте применить переменный ток. Оказалось, можно. И уже сейчас на многих железных дорогах в контактных проводах течет переменный ток напряжением до 25 тыс. в, а в дальнейшем переменным током будут электрифицированы все железные дороги. Но двигатели электровозов по-прежнему работают на постоянном токе: выпрямительные установки, превращающие переменный ток в постоянный, в этом случае находятся также на электровозах.
При помощи электрических двигателей постоянного тока приводятся в движение колеса тепловозов, механизмы прокатных станов, шагающих экскаваторов и многих других машин.
Есть и еще большая и важная область, в которой переменный ток не может соперничать с постоянным. Речь идет об электролизе — процессе, связанном с прохождением тока через жидкие растворы — электролиты. Под действием постоянного тока электролит разлагается на отдельные элементы, которые осаждаются на опущенных в электролит электродах. Таким способом получают алюминий, магний, цинк, медь, марганец. В химической промышленности при помощи электролиза добывают фтор, хлор, водород и другие вещества. С помощью электролиза наносят защитные покрытия на металлические изделия (см. ст. «Защита металла»).
Постоянный ток успешно соперничает с переменным в сварочном деле (см. ст. «Как сваривают металл»). При сварке постоянным током частички металла переносятся с электрода на изделие более правильно и шов получается лучше, чем при сварке переменным током.
Есть у постоянного тока еще одна особенность. Скорее не у самого тока, а у его источников. Чтобы получить переменный электрический ток, нужно непременно приводить в движение генератор, а постоянный ток могут давать неподвижные аккумуляторные батареи и гальванические элементы. Эти свойства источников электрического тока в ряде случаев заставляют отдавать предпочтение постоянному току. Например, как завести двигатель стоящего на месте автомобиля? Достаточно нажать кнопку стартера, и двигатель постоянного тока, получая питание от аккумуляторной батареи, заведет мотор. А когда мотор работает, он вращает генератор, который вновь заряжает аккумуляторную батарею. Такой обратимый процесс недоступен для переменного тока.
На многих шахтах работают электровозы с аккумуляторными батареями, а в цехах заводов, на вокзалах и на складах часто можно встретить небольшие электрические тележки с аккумуляторами — электрокары.
Большие аккумуляторные батареи используются для питания устройств сигнализации, управления и аварийного освещения на электростанциях, в поездах и даже в троллейбусах. Легкие аккумуляторы и гальванические батареи применяются в переносных радиостанциях, в радиоприемниках, в электрических фонарях, измерительных и других приборах.
А вспомните об искусственных спутниках Земли и космических кораблях: на них установлены полупроводниковые солнечные батареи — они тоже дают постоянный электрический ток (см. ст. «Полупроводники в технике»).
Прежде чем закончить наш рассказ, вернемся ненадолго к его началу — к передаче электрической энергии по проводам. Передаваемые мощности и длина линий электропередач непрерывно возрастают, и приходится повышать напряжение до 500 и даже до 800 тыс. в.
И вот оказалось, что при этих условиях передавать электрическую энергию выгоднее на постоянном токе. Вдвое лучше используется изоляция, увеличивается пропускная способность воздушных линий электропередач, уменьшается количество проводов. Важно, что отпадет необходимость в сложном процессе синхронизации при включении линий, соединяющих большие электростанции или энергетические системы. Этого, пожалуй, вполне достаточно, чтобы доказать целесообразность использования постоянного тока для сверхдальних передач энергии. Правда, для получения постоянного тока высокого напряжения и последующего преобразования его в переменный ток низкого напряжения нужны очень сложные и дорогие преобразовательные подстанции. Но, несмотря на это, расчеты показывают, что в ряде случаев для сверхмощных и сверхдальних электропередач все же выгоднее использовать постоянный ток. Поэтому сейчас уже ведутся работы по сооружению таких линий электропередач на постоянном токе.
Конечно, перечисленными здесь примерами далеко не исчерпываются все области применения электрической энергии. Здесь ничего не сказано об ее использовании для телеграфной и телефонной связи, для радио и телевидения и прочих целей, но об этом вы прочтете в других статьях этого тома. Ясно одно: нам нужен и переменный и постоянный ток и никогда один из них не вытеснит другого. Наоборот, разумное применение обоих позволяет лучше и полнее использовать электрическую энергию на благо человека.
Электрические машины тока
Электрическая машина – это устройство, в котором энергия электрического тока преобразуется в энергию механическую, заставляя рабочие агрегаты вращаться или совершать возвратно-поступательные движения.
Принцип действия и устройство электрических машин
Принцип действия таких устройств основан на взаимодействии магнитных и электрических полей. Машины, в которых такое взаимодействие происходит при помощи магнитных полей, называются индуктивными, а в устройства с электрическим полем – емкостными. Последний тип не нашел применения в современной технике из-за неустойчивой работы во влажной среде.
Основные типы электрических машин это:
- электродвигатели – оборудование, преобразующие электрическую энергию в механическое движение.
- генераторы – устройства, позволяющие вырабатывать электрическую энергию при механическом воздействии.
Электрические машины переменного тока
Машины, использующие при преобразовании электрической энергии в механическую переменный ток промышленной частоты, могут быть синхронными и асинхронными. Эти два типа отличаются конструктивным исполнением ротора и статора, имеют разные схемы подключения питания и регулировки частоты вращения.
Электрические машины постоянного тока
Электрические машины постоянного тока более сложны в изготовлении, но при этом обладает существенным преимуществом: более стабильной работе при любых оборотах вращающейся части.
Регулировка частоты вращения производится напряжением, подаваемым в электродвигатель. Именно электрические машины постоянного тока устанавливаются на самых ответственных местах, начиная от автомобилей и электровозов и заканчивая атомными подводными лодками.
Электрические машины-генераторы постоянного тока
Для преобразования возвратно-поступательного механического действия или вращения в электрическую энергию постоянного тока применяются специальные машины-генераторы.
Принцип действия генератора прост – в однородном вращающемся магнитном поле, в проводнике возникает ЭДС, которую можно снять через специальные щетки и использовать по своему усмотрению.
Величина и сила тока генератора зависит от количества вращающихся обмоток, витков в них, сечения используемого провода.
Простейшие генераторы постоянного тока уже с начала прошлого века устанавливались на автомобилях и использовались для подзарядки аккумуляторной батареи.
По типу возбуждения такие устройства подразделяются:
- генераторы с внешним, независимым возбуждением;
- самовозбуждающиеся генераторы (с параллельным, последовательным или смешанным способом возбуждения).
Технические расчеты показывают, что КПД генераторов постоянного тока тем выше, чем больше его мощность, и может достигать 90%.
Производители и поставщики электрических машин переменного и постоянного тока
Производство современных электрических машин – это наукоемкое предприятие, требующее:
- серьезных инвестиций;
- дорогостоящего оборудования;
- квалифицированного персонала.
В России работают предприятия, которые имеют большой опыт в проектирование и создании электрических машин переменного и постоянного тока, которые рассчитаны на любые классы напряжений и потребляемых мощностей.
Лидером в данном направлении – это Государственное предприятие завод «Электротяжмаш», продукция которого является известным мировым брендом.
ЗАО «Росэнергомаш» – этот концерн объединил несколько предприятий в России и за её пределами, успешно конкурирующие с аналогичной импортной продукцией.
ООО «Торговый Дом «Электромашина» осуществляет прямые поставки любого электротехнического оборудования на территории Российской Федерации, обеспечивает его гарантийное и сервисное сопровождение.
Больше об электрических машинах переменного и постоянного тока можно узнать на выставке «Электро».
Электродвигатель переменного тока
Электрический двигатель — это, электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.
Классификация электродвигателей
- Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током;
- Коллекторные двигатели постоянного тока. Разновидности:
- С возбуждением постоянными магнитами;
- С параллельным соединением обмоток возбуждения и якоря;
- С последовательным соединением обмоток возбуждения и якоря;
- Со смешанным соединением обмоток возбуждения и якоря;
- Бесколлекторные двигатели постоянного тока (вентильные двигатели) с электронным переключателем тока;
- Коллекторные двигатели постоянного тока. Разновидности:
- Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током, имеет две разновидности:
- Синхронный электродвигатель — 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 вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением.
- Однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь
- Двухфазные — в том числе конденсаторные.
- Трёхфазные
- Многофазные
- Шаговые двигатели — Электродвигатели, которые имеют конечное число положений ротора. Заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие.
- Вентильные двигатели — Электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора (ДПР), системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора).
- Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе.
Из-за связи с низкой частотой сети (50 Герц) асинхронные и синхронные двигатели имеют больший вес и размеры, чем коллекторный двигатель постоянного тока и универсальный коллекторный двигатель той же мощности. При применении выпрямителя и инвертора с частотой значительно большей 50 Гц вес и размеры асинхронных и синхронных двигателей приближаются к весу и размерам коллекторного двигателя постоянного тока и универсального коллекторного двигателя той же мощности.
Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.
История.
Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлова. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности.
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Электродвигатель, завод
- Электрогитарист
Полезное
Смотреть что такое «Электродвигатель переменного тока» в других словарях:
электродвигатель переменного тока — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN ас motor … Справочник технического переводчика
Электродвигатель постоянного тока — Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором Двигатель постоянного тока электрическая машина, ма … Википедия
Переменного тока электродвигатель — машина переменного тока, предназначенная для работы в режиме двигателя (см. Переменного тока машина). П. т. э. подразделяют на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели (См. Синхронный электродвигатель) применяют в… … Большая советская энциклопедия
Переменного тока машина — электрическая машина, применяемая для получения переменного тока (генератор) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатель) либо в электрическую энергию другого напряжения или частоты (преобразователь) П. т. м.… … Большая советская энциклопедия
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ — машина перем. тока, предназнач. для работы в режиме двигателя. П. т. э. подразделяют на синхронные и асинхронные. Синхронные электродвигатели применяют в электроприводах в осн. тогда, когда требуется постоянство угловой скорости. Из асинхронных… … Большой энциклопедический политехнический словарь
электропривод переменного тока — электропривод постоянного [переменного] тока Электропривод, содержащий электродвигатель постоянного [переменного] тока. [ГОСТ Р 50369 92] Тематики электропривод EN ac drivealternating current drive DE Wechselstromantrieb … Справочник технического переводчика
электропривод постоянного (переменного) тока — 3.1.3 электропривод постоянного (переменного) тока: Привод, содержащий электродвигатель постоянного (переменного) тока и редуктор; Источник: СТ ЦКБА 087 2010: Арматура трубопроводная. Электроприводы. Общие технические условия … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ — (электрический двигатель) машина, преобразующая подводимую внешнюю электрическую энергию в механическую, обычно энергию вращения. Э. имеют в общих чертах то же устройство, что и генераторы (см. ), но основаны на обратном принципе действия.… … Большая политехническая энциклопедия
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, ЭЛЕКТРОМОТОР — (Electric motor) электрическая машина, служащая для преобразования подводимой к ней извне электрической энергии в механическую. Различают Э. постоянного тока и переменного тока. Э. постоянного тока бывают с последовательным возбуждением,… … Морской словарь
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ — электромотор, машина, преобразующая получаемую ею электр. энергию в механическую. Большинство Э. не отличается по конструкции от электр. генераторов (см. Генератор электрический), к рые при использовании их в качестве Э. не приводятся во вращение … Технический железнодорожный словарь
Что лучше двигатель постоянного тока или переменного тока
Для привода механизмов кранов и других подъемно-транспортных машин применяются электродвигатели постоянного и трехфазного переменного тока. По своим электромеханическим свойствам электродвигатели постоянного тока наилучшим образом соответствуют условиям работы подъемно-транспортных машин. Но для их питания требуются преобразовательные агрегаты или специальная сеть постоянного тока. Поэтому электродвигатели постоянного тока используют, как правило, для кранов, работающих в особо тяжелых условиях, при частых и значительных перегрузках, а также в тех случаях, когда требуется широкое и плавное регулирование скорости и точная остановка (монтажные краны, быстроходные лифты и т.п.). Электродвигатели постоянного тока различаются по способу возбуждения и по схеме включения обмоток (рис. 4).
Электродвигатель с независимым возбуждением (рис. 4, а) имеет обмотку возбуждения, питаемую от постороннего источника постоянного тока (специального возбудителя, посторонней сети и т. д.). В таком электродвигателе величина тока возбуждения не зависит от его скорости и нагрузки. Электродвигатели с независимым возбуждением для привода подъемно-транспортных машин применяются редко, так как при достаточно мощном источнике питания нет особого различия между работой электродвигателей с параллельным ил и независимым возбуждением. Поэтому более целесообразно .использовать электродвигатели с параллельным возбуждением, которые не требуют отдельного источника для питания обмотки возбуждения.
Электродвигатель с параллельным возбуждением или шунговой электродвигатель (рис. 4, б) имеет обмотку возбуждения, которая подключается к зажимам якоря. Если машина работает в генераторном режиме, то такое подключение обмотки возбуждения приводит к сильной зависимости тока возбуждения от нагрузки. Однако в двигательном режиме этого почти не наблюдается, так как к якорю двигателя подается напряжение, не зависящее от нагрузки. Электродвигатели с параллельным возбуждением могут использоваться для привода лифтов, механизмов подъема, поворота и передвижения кранов.
Электродвигатель с последовательным возбуждением (сериесный электродвигатель) снабжается обмоткой возбуждения (рис. 4, в), соединенной последовательно с обмоткой якоря. Поэтому магнитный поток возбуждения очень сильно зависит от нагрузки электродвигателя. Как правило, такие электродвигатели используются для привода механизмов подъема кранов.
Электродвигатель со смешанным возбуждением (компаундный электродвигатель) имеет две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную (рис. 4, г). Магнитный поток возбуждения в данном случае в меньшей степени зависит от нагрузки электродвигателя, чем у электродвигателей с последовательным возбуждением. В зависимости от того, какая из двух обмоток создает больший магнитный поток, характеристики электродвигателя со смешанным возбуждением приближаются к характеристикам электродвигателей с параллельным или последовательным возбуждением. Чаще всего такие электродвигатели попользуются для привода механизмов передвижения тележек и мостов кранов.
По конструктивному исполнению электродвигатели постоянного тока различного возбуждения ничем практически не отличаются друг от друга. Основными частями кранового электродвигателя постоянного тока (рис. 5) являются станина с полюсами 1 и якорь 3 с коллектором 4. Станина выполняется из стали или чугуна. На ней располагаются главные полюсы 1 с обмотками возбуждения 2. Полюсы набираются из тонких листов специальной электротехнической стали толщиной 0,5— 1 мм. Якорь является вращающейся частью электродвигателя. Он также набирается из штампованных тонких листов стали.
В сердечнике якоря имеются пазы, куда закладывается обмотка, которая соединяется с коллектором и через угольные щетки 5 присоединяется к источнику питания через соответствующую пускорегулирующую аппаратуру. Щетки укрепляются в специальных щеткодержателях и при работе машины скользят по гладкой поверхности коллектора. Последний набирается из пластин холоднокатаной электролитической меди, разделенных изоляционными прокладками из миканита (слюда; проклеенная лаком). Часто электродвигатели постоянного тока снабжаются дополнительными полюсами, служащими для уменьшения искрения на коллекторе. Дополнительные полюсы, так же как и главные, крепятся к станине. На них располагается обмотка, включаемая в цепь якоря последовательно. Крупные электродвигатели постоянного тока снабжаются компенсационной обмоткой, которая закладывается в пазы полюсных башмаков (выступающая часть полюсов). Компенсационная обмотка служит для устранения реакции якоря, вызываемой влиянием магнитного потока якоря на основной поток главных полюсов, в результате чего усиливается искрение на коллекторе.
Наибольшее применение для привода механизмов подъемно-транспортных машин получили асинхронные электродвигатели трехфазного тока (рис. 6). Основными частями электродвигателя (рис. 6, а) являются вращающий ротор 2 и неподвижный статор 1, которые набираются из тонких листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В специально предусмотренных пазах размещаются обмотки 3 статора и 4 ротора. Обмотка статора всегда выполняется трехфазной и может включаться звездой и треугольником (рис. 6, б). Выводы от нее присоединяются к зажимам электродвигателя, к которым с помощью соответствующей пускорегулирующей аппаратуры подается питание от сети.
Различают асинхронные электродвигатели с фазным и короткозамкнутым ротором, на валах которых укрепляется крылатка 7 для охлаждения. У первых обмотка ротора выполняется трехфазной и через кольца 5 и щетки 6 присоединяется к пусковым сопротивлениям. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором обмотка ротора состоит из медных, латунных или алюминиевых стержней, помещенных в пазах ротора и замкнутых между собой с его торцов кольцами. Эти стержни могут составлять или одинарную, или двойную «беличью» клетку. В первом случае электродвигатель имеет недостаточно удовлетворительную пусковую характеристику. Более приемлемыми являются двухклеточные асинхронные электродвигатели. У них стержни верхней клетки ротора выполняются из материала с большим удельным сопротивлением (латунь, алюминиевая бронза и т. д.), стержни нижней клетки делаются с малым удельным сопротивлением (красная медь). В момент пуска такого электродвигателя (при подаче трехфазного тока в обмотку статора) ток протекает по стержням верхней клетки, имеющей сравнительно небольшое индуктивное сопротивление в момент пуска и значительное активное сопротивление. Это равноценно введению пускового реостата в роторную цепь и приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента. После разгона электродвигателя, когда частота тока в обмотке ротора упадет, ток протекает по стержням нижней клетки, имеющей небольшое активное сопротивление.
Аналогично работают электродвигатели с глубоким пазом, обладающие повышенными пусковыми моментами по сравнению с обычными электродвигателями. Так, у электродвигателей с нормальным короткозамкнутым ротором отношение пускового момента к номинальному составляет 0,8—1,3 при значительном пусковом токе (5?7 I н ), электродвигатели же с двойной клеткой или глубоким пазом могут развивать двукратный пусковой момент при меньшем пусковом токе. Это позволяет широко применять их для привода электроталей, кранбалок, лифтов и машин непрерывного транспорта. Обычные же асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором из-за трудностей с регулированием скорости применяются в подъемно-транспортных машинах очень редко. Механизмы кранов и других портовых подъемно-транспортных машин приводятся асинхронными электродвигателями с фазным ротором.