Как подобрать конденсатор для пуска однофазного двигателя

Уже рассказывали, как подобрать конденсатор для пуска трёхфазного двигателя, но методика в нашем случае не годится. Любители рекомендуют произвести попытку входа в так называемый резонанс. При этом потребление агрегата на 9 кВт составит порядка (!) 100 Вт. Это не значит, что вал потянет полную нагрузку, но в холостом режиме потреблением станет минимальным. Как подключить электродвигатель этим способом.

Любители рекомендуют ориентироваться на потребляемый ток. При оптимальном значении емкости мощность станет минимальной. Оценить потребляемый ток можно при помощи китайского мультиметра. А так, подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой выполняют, руководствуясь электрической схемой, указанной на корпусе. Там приведены, например, сведения:

1. Цвет кембрика определённой обмотки.
2. Электрическая схема коммутации для цепи переменного тока.
3. Номинал используемой емкости.

Итак, если брать однофазный асинхронный двигатель, схема подключения чаще указана на корпусе.

Двигатели с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами (английский PMMS) создают крутящий момент благодаря взаимодействию токов статора с постоянными магнитами внутри или снаружи ротора. Электродвигатели с поверхностным расположением магнитов являются маломощными и используются в IT оборудовании, офисной технике, автомобильном транспорте. Электродвигатели со встроенными магнитами (IPM) распространены в мощных машинах, используемых в промышленности.

Двигатели с постоянными магнитами (ПМ) могут использовать концентрированные (с коротким шагом) обмотки, если пульсации вращающего момента не являются критичными, но распределенные обмотки являются нормой в ПМ.

Поскольку PMMS не имеют механических коммутаторов, то преобразователи играют важную роль в процессе контроля тока обмотки.

В отличии от других видов бесщеточных электродвигателей, PMMS не требуют тока возбуждения, необходимого для поддерживания магнитного потока ротора. Следовательно, они способны обеспечить максимальный крутящий момент на единицу объема и могут быть лучшим выбором, если требования к массо-габаритным показателям выходят на первый план.

К наибольшим недостаткам таких машин можно отнести их очень высокую стоимость. Высокопроизводительные электрические машины с постоянными магнитами используют такие материалы как неодим и диспрозий. Данные материалы относятся к редкоземельным и добываются в геополитически нестабильных странах, что приводит к высоким и нестабильным ценам.

Также постоянные магниты добавляют производительности при работе на низких скоростях, но являются «Ахиллесовой пятой» при работе на высоких. Например, при увеличении скорости машины с постоянными магнитами возрастет и ее ЭДС, постепенно приближаясь к напряжению питания инвертора, при этом снизить поток машины не представляется возможным. Как правило, номинальная скорость является максимальной для ПМ с поверхностно-магнитной конструкцией при номинальном напряжении питания.

На скоростях больше номинальной, для электродвигателей с постоянными магнитами типа IPM, используют подавление активного поля, что достигается путем манипуляций с током статора при помощи преобразователя. Диапазон скорости, в котором двигатель может надежно работать, ограничен примерно 4:1.

Необходимость ослабления поля в зависимости от скорости приводит к потерям независящим от вращающего момента. Это снижает КПД на высоких скоростях, и особенно при малых нагрузках. Этот эффект наиболее актуален при использовании ПМ в качестве тягового автомобильного электропривода, где высокая скорость на автостраде неизбежно влечет за собой необходимость ослабления магнитного поля. Часто разработчики выступают за применение двигателей с постоянными магнитами в качестве тяговых электроприводов электромобилей, однако их эффективность при работе в данной системе довольно сомнительна, особенно после вычислений связанных с реальными циклами вождения. Некоторые производители электромобилей сделали переход от ПМ к асинхронным электродвигателям в качестве тяговых.

Также к существенным недостаткам электродвигателей с постоянными магнитами можно отнести их трудно управляемость в условиях неисправности из-за присущей им противо-ЭДС. Ток будет протекать в обмотках, даже при выключенном преобразователе, пока вращается машина. Это может приводить к перегреву и другим неприятным последствиям. Потеря контроля над ослабленным магнитным полем, например при аварийном отключении источника питания, может привести к неподконтрольной генерации электрической энергии и, как следствие, к опасному возрастанию напряжения.

Рабочие температуры – это еще одна не самая сильная сторона ПМ, кроме машин, изготовленных из самарий-кобальта. Также большие броски тока инвертора могут привести к размагничиванию.

Максимальная скорость PMMS ограничивается механической прочностью крепления магнитов. В случае повреждения ПМ его ремонт, как правило, осуществляется на заводе изготовителе, так как извлечение и безопасная обработка ротора практически невозможна в обычных условиях. И, наконец, утилизация. Да это тоже доставляет немного хлопот после окончания срока службы машины, но наличие редкоземельных материалов в этой машине должно упростить этот процесс в ближайшем будущем.

Несмотря на перечисленные выше недостатки, электродвигатели с постоянными магнитами являются непревзойденными с точки зрения низкоскоростных мелкогабаритных механизмов и устройств.

Вступление

Наверняка у каждого новичка, который впервые связал свою жизнь с электромоделями на радиоуправлении, после тщательного изучения начинки, появляется вопрос. Что такое коллекторный (Brushed) и бесколлекторный (Brushless) двигатель? 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.

Реактивные синхронные двигатели

Синхронные реактивные электродвигатели всегда работают только в паре с преобразователем частоты и используют тот же тип управления потоком статора, что и обычный АД. Роторы данных машин изготавливают из тонколистной электротехнической стали с пробитыми пазами таким образом, что бы они намагничивались с одной стороны меньше, чем с другой. Стремление магнитного поля ротора «соединится» с вращающимся магнитным потоком статора и создает вращающий момент.

Основным плюсом реактивных синхронных электродвигателей являются незначительные потери в роторе. Таким образом, хорошо спроектированная и работающая с правильно подобранным алгоритмом управления синхронная реактивная машина вполне способна соответствовать европейским стандартам премиум класса IE4 и NEMA, не используя при этом постоянных магнитов. Снижения тепловых потерь в роторе повышает крутящий момент и увеличивает плотность мощности, по сравнению с асинхронными машинами. Эти двигатели имеют низкий уровень шума благодаря низкому уровню пульсаций момента и вибраций.

Основным недостатком является низкий коэффициент мощности по сравнению с асинхронной машиной, что приводит к большей потребляемой мощности из сети. Это увеличивает затраты и ставит перед инженером сложную задачу, стоит ли применять реактивную машину или нет для конкретной системы?

Сложность в изготовлении ротора и его хрупкость делает невозможным применение реактивных электродвигателей для высокоскоростных операций.

Синхронные реактивные машины хорошо подходят для широкого спектра промышленных применений, которые не требуют больших перегрузок или высоких скоростей вращения, а также все чаще применяются для частотно-регулируемых насосов из-за повышенной их эффективности.

Преимущества и недостатки

Несмотря на ряд очевидных плюсов электромоторов, некоторые любители рыбалки до сих пор, не воспринимают их серьезно. В основном так думают владельцы крупных моторных лодок с бензиновым движком.

Тем не менее, электрический мотор обладает рядом преимуществ:

• Легкость в эксплуатации. Уход за агрегатом прост и дешев. Необходимость в смазке практически отсутствует. Также не требуется подготавливать мотор к хранению на зиму.
• Цена. Электромотор стоит относительно дешево и работает от аккумулятора не требуя постоянных затрат на топливо. Аккумулятор придется покупать отдельно. При этом цена комплекта, все же значительно ниже бензинового двигателя
• Бесшумность. Одно из самых главных преимуществ для любителей умиротворенного отдыха. Лодка без труда может зайти в самые мелкие водоемы, не создав лишнего шума и волн. Идеально подходит для ловли «на дорожку».
• Хождение на мелководье.
• Удобное управление, не требующего большого опыта и мобильность. Двигатель запускается за секунду, а передачи переключаются быстро.
• Возможность троллинга на скорости 3 км/ч.
• При спокойном ветре может заменить якорь.
• Вес самого мотора, редко переваливающий за 9 кг. Некрупные габариты вполне позволяют уместить агрегат в багажнике машины.
• Индикатор заряда батареи. Аккумулятор заряжается относительно быстро, однако зарядку нужно планировать заранее.
• Экологичность. Электричество не загрязняет окружающую среду, в то время как бензиновые моторы запрещены на некоторых водоемах.

При всех плюсах, электромотор имеет и некоторые минусы:

• В первую очередь необходимость покупки тягового аккумулятора. Необходим тяговый аккумулятор, автомобильный не годится, в силу того, что требуются постоянная поддержка напряжения, а не единичные импульсы.
• Вес аккумуляторной батареи может достигать 30кг. Размер батареи зависит от длины лодки. Если лодка меньше пяти метров годятся 12 и 24 вольтные модели, с весом примерно 20 кг. При длине судна более пяти метров нужны 36 вольтные АКБ.
• Зависимость от погоды. При сильных волнах появляется вероятность сильно «замочить» батарею. Сюда же относится сильный ветер, уменьшающий эффективность работы электромотора.
• Малая скорость движения. При загрузке в 250 кг максимальная скорость средней электромоторной лодки против ветра достигает 5 км/ч. Наибольшей скоростью при минимуме нагрузки для лодок длиной больше 8 метров может стать 12-15 км/ч. Для лодок меньше 8 метров, то есть для большинства, этот показатель понижается до 7-10 км/ч.
• Время непрерывной работы аккумулятора 100 А/ч на максимальной скорости в среднем составляет 2 часа, а пройденное расстояние 10-12 километров. То есть порыбачить на электромоторе, в среднем удастся не более 2 дней. Правда, всегда можно взять второй аккумулятор, но это ударит по весу судна.

Данные недостатки, однако, являются, скорее, некими техническими ограничителями. Если у владельца лодки имеется возможность для постоянной зарядки АКБ, данный тип моторов является идеальным средством для ловли рыбы не только в небольших водоемах, но и в крупных реках и даже морях.

Что представляет собой лодочный электромотор

Давайте взглянем на конструкцию лодочного электромотора, она состоит из:

• Винта с двигателем, который, собственно, и задает движение и тягу. На многие современные модели ставится система, выравнивающая скачки при переходе с маленькой передачи на высокую. Технология обеспечивает плавные обороты винта, защищая аккумулятор от перегруза.

• Штанги, на которую крепится движок. Её высота регулируется и обеспечивает легкое прохождение на мели.
• Струбцины, скрепляющие мотор с транцем лодки.
• Подвижного румпеля, позволяющего выбирать направление движения лодки.
• Панели управления, через которую регулируется скорость, либо включается задний ход.

Аккумулятор покупается отдельно. В зависимости от размера судна вам может потребоваться модель от 12 до 36 вольт.

При этом двигатель состоит из:

• прочной композитной трубы;
• обтекателя редуктора;
• мотора и закрепленного на его вал гребного винта.

Разные компании выпускают модели винтов с различным размерами и количеством лопастей. Популярными считаются винты с двумя лопастями. Они не цепляют водоросли и ил, хотя периодически очищать их от травы все же необходимо.

Настраиваемая длина ноги-штанги позволяет настраивать глубину погружения винта. Этим обеспечивается возможность перемещения лодки на мелководье, что очень удобно, если вам хочется порыбачить, например, в камышовых зарослях.

Помимо этого, от глубины погружения винта, зависит мощность работы двигателя. Чем винт глубже, тем эффективнее мощность, но здесь появляется вероятность повреждения винта о дно.

Электромоторы для надувных лодок – цены

Цена на электромотор напрямую зависит от его мощности, которую измеряют в тягах и обозначают в фунтах(lbs). Тяговое усилие получается из максимальной массы, которую способен толкнуть двигатель при максимальных оборотах. Для отечественного покупателя многие магазины все же переводят фунтовую тягу (lbs) в привычные лошадиные силы (л.с.) или, по крайней мере, в кг.

В целом цены на электромоторы можно поделить на 3 сегмента:

• До 10 тыс. руб. Моторы начальной категории с тягой не более 35 lbs (0,5 л.с.). Такие модели редко имеют плавное переключение скоростей. При этом имеют индикатор уровня заряда и потребляют 12в.
• От 10 тыс. руб. до 40 тыс. руб. Большинство моделей на рынке входят в эту ценовую нишу. Их мощность примерно равна 0,7 л.с. Они оснащены плавным переключением передач имеют цифровые вольтметры и повышенный порог максимально потребляемого тока. Также здесь встречается ножная система управления и телескопический румпель.
• От 40 тыс. руб. до 300 тыс. руб. за самые топовые модели. Профессиональные моторы, сделанные из самых лучших материалов, способные тянуть самые большие лодки. Их мощность может достигать 3 л.с. Имеют функции автопилота и управление через педали или пульт. Усовершенствованные винты, встроенные сонары – все это обеспечивает максимальный комфорт, но и требует существенных затрат.

Лучшими фирмами, производящими электромоторы сегодня являются:

• Minn Kota.
• Flover.
• Haswing.
• WaterSnake.

Отдельного слова заслуживает аккумуляторная батарея.

Изначально, аккумуляторы делятся на:

• стартовые, подающие мгновенные импульсы тока, не способные работать длительно;
• тяговые, применяемые для лодок, тяговые работают долго и не выходят из строя даже при полном разряжении.

Из характеристик здесь можно отметить:

• емкость аккумулятора, измеряемую в А/ч, зависящую от мощности мотора;
• мощность аккумулятора в вольтах, влияющую на эффективность работы двигателя.

Стоимость тяговых аккумуляторов варьируется от 1500 руб. за самые простенькие и до 30 тыс. руб. за дорогие гелиевые модели.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Способ 1. Смена направления тока в рамке.

Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:

На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

   Рис. 4.3

И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.

Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

   Рис. 4.4

И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.

А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

   Рис. 4.6

И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.

А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:

   Рис. 5

Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.

Завершающая сборка

Для того чтобы можно было произвести запуск, осталось только лишь все собрать в правильном порядке. Возьмите намотанную катушку и убедитесь что концы находятся на одной линии, сделать это можно с помощью линейки.

Если все в порядке, то можно установить катушку в колечки булавок и немного стукнуть по катушке для придания вращения.

Постарайтесь сделать плавный пуск электродвигателя, в противном случае можно погнуть проволоку и тогда вращаться наш самодельный моторчик не будет.

Если вы все правильно изготовили, то она будет долгое время вращаться, а именно до тех пор, пока не разрядится батарейка. Все, наш простейший электродвигатель готов!

Электромотор для лодки своими руками

Теоретически хороший мотор можно собрать и вручную. Тем, кому не по карману дорогостоящие агрегаты всегда могут попробовать сделать движок для своей лодки самостоятельно. Для этого нужны прямые руки, хорошие инструменты и конечно желание.

Требуется:

Электрический мотор. Народный ум додумался брать моторы даже из дрели

Здесь важно, чтобы «вольтаж» мотора совпадал с аккумулятором.
Собственно источник питания – аккумулятор. Как уже было отмечено, щелочные АКБ не годятся для данной цели.
Винт, который можно снять с неработающего мотора или сделать самому из металла.
Редукторы, которые можно взять например от сломанной болгарки.
Трубка для самой конструкции.
Рулевая колонка.
Струбцины, крепящие мотор с рулем и лодкой.

Но данные операции годятся лишь опытным людям, имеющим сварку, болгарку, шуруповерт, стальные трубы, и другие необходимые приспособления.