Типы электродвигателей и их характеристики

Трехфазные двигатели делятся на синхронные и асинхронные.

Содержание

Производительность и надежность машины напрямую зависят от электродвигателя, поэтому необходим тщательный выбор.

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Мощность, количество оборотов в минуту, напряжение и тип питания – это основные характеристики электродвигателя. Вес, размер и энергетические показатели также важны.

Электрические двигатели имеют множество преимуществ. Например, электродвигатели имеют гораздо меньшие размеры, чем тепловые двигатели сопоставимой мощности. Они подходят для небольших применений, например, в трамваях, электровозах и станках различного назначения.

Они не выделяют паров или продуктов разложения и поэтому являются экологически безопасными. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока, шаговые двигатели, серводвигатели и линейные двигатели.

Трехфазные двигатели делятся на синхронные и асинхронные.

В первом случае – с помощью вспомогательного двигателя, который может быть двигателем постоянного тока или трехфазным асинхронным двигателем. Первоначально на двигатель не подается постоянный ток. Он начинает вращаться и достигает скорости, близкой к синхронной. В этот момент включается постоянный ток. Когда магнитное поле замыкается, соединение со вспомогательным двигателем отключается.

Какие двигатели входят в группу “Двигатели постоянного тока”?

Как упоминалось выше, двигатели постоянного тока образуют группу, включающую коллекторные и бескоммутаторные двигатели, которые выполнены в виде замкнутой системы, включающей датчик положения ротора, систему управления и силовой полупроводниковый преобразователь. Принцип работы безмутаторных двигателей аналогичен принципу работы асинхронных двигателей. Они устанавливаются в бытовых приборах, таких как вентиляторы.

Нельзя сказать, что вечный двигатель уже изобретен упрямым кулибиным, но вот варианты электродвигателей существуют со времен открытия Майклом Фарадеем явления электромагнитной индукции. Это произошло в 19 веке. С тех пор невозможность жизни без каких-либо машин стала очевидной. Электродвигатели в различных вариантах исполнения прочно вошли в нашу жизнь и обеспечили нам комфортное существование, а иногда стали ангелами-хранителями нашего здоровья и жизни.

Типы электродвигателей и их применение

Нельзя сказать, что вечный двигатель был изобретен еще упрямым Кулибиным, но вот варианты электродвигателей существовали с момента открытия Майклом Фарадеем явления электромагнитной индукции. Это произошло в 19 веке. И с тех пор невозможность существования без какой-либо машины очевидна. Электродвигатели в их различных вариантах стали частью нашей жизни и обеспечили нам комфортное существование, а иногда они становятся ангелами-хранителями нашего здоровья и жизни.

типы электродвигателей

Независимо от конструкции, алгоритм работы электродвигателей одинаков – в цилиндрическом отверстии находится вращающийся ротор, который окружен неподвижной обмоткой или, как ее называют специалисты, статором. При вращении ротор создает магнитное поле, которое заставляет противоположные полюса отталкиваться друг от друга от статора.

Двигатели переменного тока – являются более простой, дешевой и надежной конструкцией. Они бывают двух типов:

Типы электродвигателей

Давайте рассмотрим типы электродвигателей и их характеристики.

Двигатели постоянного тока, конструкция которых включает:

Индуктор, состоящий из дна и главных/вспомогательных полюсов. Он генерирует стационарное магнитное поле.
Якорь, который представляет собой магнитную систему, состоящую из рабочей обмотки, железных пластин и коллектора.
Щетки, которые обеспечивают сбор тока с коллектора.
Держатели щеток, которые удерживают щетки в нужном положении.

Двигатели постоянного тока подразделяются на:

КоллекторРотор имеет узел щеточного коллектора, который также служит датчиком положения ротора. Они недорогие, но имеют некоторые недостатки. Щетки, контактирующие с коллектором, вызывают износ и иногда перегрев устройства. Переключение обмотки якоря и искрение щеток вызывают шум.
Бесколлекторные двигателина основе самосинхронизирующегося управления частотой. Они отличаются экономичностью и более высоким КПД, достигаемым за счет отсутствия переключающих контактов и крутящего момента.

Двигатели постоянного тока используются для привода автомобилей, крановых машин, буровых установок, экскаваторов и т.д.

В котором скорость вращения ротора и скорость магнитного поля одинаковы. Подмножеством таких двигателей являются шаговые двигатели, в которых один импульс тока поворачивает ротор на определенный угол. Скорость и крутящий момент можно регулировать в широком диапазоне и изменять их направление путем изменения последовательности сигналов. Скорость вращения ротора и магнитное поле можно изменять. В этих агрегатах могут использоваться два типа роторов – фазированные и короткозамкнутые.

Асинхронные двигатели в свою очередь делятся на:

Двухфазный .с двумя перпендикулярными обмотками в статоре (одна подключена непосредственно к сети переменного тока, другая – через фазосдвигающий конденсатор), которые создают вращающееся магнитное поле. Двигатели этого типа способны к самозапуску. Их можно встретить в стиральных машинах и станках различного назначения.
Трехфазныйс тремя рабочими обмотками, расположенными таким образом, что создаваемые ими вращающиеся магнитные поля смещены друг относительно друга на 120 градусов. Обмотки соединены в треугольник или звезду. Второй вариант требует более высокого напряжения. Трехфазный двигатель считается наиболее продвинутым вариантом, так как в нем нет проблем с реверсом. Эти двигатели используются в лебедках, промышленных машинах, кранах, циркулярных пилах и т.д.

Преимущества электродвигателей

Теперь, когда мы узнали, какие бывают типы электродвигателей, давайте поговорим об их преимуществах, среди которых можно отметить:

Простота конструкции. Минимальное количество узлов снижает вероятность сбоя.
Надежность и простота использования. Двигатели всех типов легко запускаются и имеют достаточно длительный срок службы.
Компактность и универсальность. Подходит для установки в трамваях, небольших машинах, бытовых приборах и т.д.
Экологически чистый. Двигатели не выделяют вредных химических веществ, паров или продуктов разложения.
Высокая эффективность.
Реверсивный двигатель может быть получен путем изменения полюсов якоря (в коллекторных двигателях) или изменения последовательности фаз (в трехфазных двигателях).
Низкий уровень шума благодаря отсутствию вибрации.
Способность работать в любых условиях.

Электродвигатели появились в нашей жизни более века назад и сегодня широко используются практически во всех областях экономики, делая нашу жизнь более комфортной.

Двигатели постоянного тока

Типы электродвигателей и принцип их работы

Представьте себе, как выглядел бы современный мир, если бы из него исчезли все электродвигатели. Предположим, их заменили тепловые машины. Однако если тепловые двигатели громоздки, выделяют пар и выхлопные газы, то электродвигатели сопоставимой мощности компактны, прекрасно вписываются в станки, электромобили и другое оборудование, экологичны, экономичны и надежны. Сегодняшний мир невозможно представить без электродвигателей, которые значительно облегчают труд людей – словом, делают нашу жизнь более комфортной.

Типы электродвигателей и принцип их работы

Электродвигатели позволяют преобразовывать механическую энергию в электрическую. Решающими факторами в этом процессе являются размер, мощность и количество оборотов в минуту, которые определяются конструктивными особенностями двигателей, а также напряжением питания.

В зависимости от типа напряжения питания электродвигатели бывают: переменного или постоянного тока. По типу управления: шаговое, линейное, серво (следящее). Трехфазные двигатели бывают асинхронными и синхронными. Давайте рассмотрим типы электродвигателей, отметим их особенности и обсудим принципы работы каждого из них.

После электричества я полностью отказался от интереса к природе. Несовершенная вещь.

Владимир Маяковский

Оглавление

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока используются для создания электроприводов с высокими динамическими характеристиками. Они отличаются высокой перегрузочной способностью и равномерной скоростью вращения. Электродвигатели постоянного тока часто используются в электротранспорте. Они также используются во многих станках, машинах и приборах, включая бытовую технику.

Двигатель постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока основаны на принципе взаимодействия между токами, протекающими по выводам якоря, и неподвижным магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения полюсов.

Классический двигатель постоянного тока основан на вращательном движении токовой рамки во внешнем магнитном поле: ток подается на рамку через набор щеток-коллекторов, а магнитное поле статора получается от постоянных магнитов или от того же постоянного тока (магнитное поле катушки тока). В результате катушка с током вращается в магнитном поле. Вместо рамки роль статора может играть катушка с током на магнитопроводе, т.е. ротор (якорь двигателя постоянного тока).

С помощью резисторов, включенных в цепь якоря двигателя с независимым возбуждением, можно получить желаемый пусковой ток и пусковой момент, регулировать (снижать) скорость вращения якоря при нагрузке на вал. Понижая напряжение якоря с помощью регулятора, можно также получить необходимый пусковой момент, регулировать скорость вращения в сторону уменьшения от основной скорости, т.е. уменьшить ее.

Благодаря вышеупомянутым характеристикам, эти двигатели постоянного тока с независимым возбуждением используются везде, где требуется бесступенчатое регулирование скорости в широком диапазоне, например, в станках.

Двигатели переменного тока

Двигатель переменного тока

Двигатели переменного тока широко используются как в быту, так и в промышленности, поскольку они считаются более универсальными, чем двигатели постоянного тока. Двигатели переменного тока просты по конструкции, более надежны, чем двигатели постоянного тока, и просты в эксплуатации.

Например, большинство бытовых вентиляторов и промышленных вытяжек оснащены асинхронными двигателями переменного тока. Лебедки, насосы и станки также оснащаются двигателями переменного тока. Простота промышленных трехфазных двигателей заключается в отсутствии щеточно-коллекторного узла и сложной электроники.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель

Шаговые двигатели работают путем преобразования дискретных электрических импульсов постоянного тока в механические движения (шаги). Офисное оборудование, станки, роботы – везде, где требуется высокая скорость и равномерность движения рабочего органа, сегодня используются шаговые двигатели. Электронный блок управления регулирует частоту импульсов и частоту повторения импульсов для управления скоростью вращения ротора. Шаговый двигатель – это бесщеточный синхронный двигатель постоянного тока.

Примеры применения шаговых двигателей:

Сервоприводы (сервомоторы)

Серводвигатель

Серводвигатель (сервопривод) – это высокотехнологичный двигатель постоянного тока. В отличие от шагового двигателя, серводвигатель также оснащен датчиком положения ротора, через который реализуется механизм отрицательной обратной связи.

Этот тип двигателя способен достигать высоких скоростей и мощности, как шаговый двигатель постоянного тока, но управление положением инструмента более точное. Для станков с ЧПУ сервопривод – это именно то, что нужно. Многие современные промышленные машины оснащены сервоприводами, интегрированными в высокоточную компьютерную систему управления.

Линейные двигатели

Линейный электродвигатель

Линейный двигатель постоянного тока имеет вместо ротора стержень с магнитами, который движется прямо через статор против индукционной катушки. Этот тип двигателя становится все более популярным в качестве привода для машин, имеющих возвратно-поступательное движение во время работы.

Это надежное и экономичное решение, исключающее необходимость использования механических передач. Импульсы нужной полярности и длительности подаются на катушку, создавая магнитное поле нужной конфигурации, которое, в свою очередь, воздействует на шпиндель, текущее положение которого контролируется датчиками Холла, встроенными в статор.

Асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель в производстве

Типичный асинхронный двигатель – это двигатель переменного тока, в котором частота (или угловая скорость) ротора отличается от угловой скорости магнитного потока статора. Другими словами, в таком двигателе существует “проскальзывание”. Трехфазные асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором или с фазным ротором.

Более мощные асинхронные двигатели изготавливаются с фазным ротором, величина магнитного потока которого регулируется реостатом, а скорость вращения ротора регулируется. Менее критичные устройства (зависимость скорости вращения ротора от нагрузки) оснащаются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока являются наиболее распространенными в промышленности благодаря простоте обслуживания, надежности и низкой стоимости.

Однофазные асинхронные двигатели имеют короткозамкнутый ротор и две обмотки в статоре, одна из которых смещена относительно другой на 90°. Одна обмотка является рабочей. Когда двигатель работает, на эту обмотку постоянно подается однофазный переменный ток.

Другая обмотка является пусковой и подключается при запуске для создания пускового момента. Она имеет меньшее сечение провода и более высокое сопротивление, чем обмотка привода.

Когда ротор двигателя достигает достаточной скорости, обмотка стартера отключается. Это происходит автоматически с помощью реле тока или специального пускателя.

Наилучшие пусковые характеристики достигаются в двигателе с конденсатором в пусковой обмотке. В этом случае ток в обмотке стартера сдвинут по фазе на угол, близкий к 90°, что обеспечивает достаточный пусковой момент.

Механические характеристики однофазного асинхронного двигателя идентичны характеристикам трехфазного асинхронного двигателя. КПД однофазных двигателей ниже, чем у трехфазных, поэтому однофазные двигатели выпускаются с номинальной мощностью не более 0,6 кВт.

Однофазные коллекторные двигатели, которые могут питаться как от источника переменного тока, так и от источника постоянного тока, изготавливаются на одну и ту же мощность и поэтому называются универсальными коллекторными двигателями.

По сути, это двигатели последовательного возбуждения, отличающиеся тем, что они выполнены с катушкой и приспособлены к пульсирующему магнитному потоку. При питании переменным током частотой 50 Гц ток и магнитный поток одновременно меняют направление, поэтому вращающий момент пульсирует с частотой 100 Гц.

Эти двигатели имеют характеристики двигателей с последовательным возбуждением. Как и однофазные асинхронные двигатели, они используются в электроинструментах, бытовых приборах и других небольших машинах.

Подборка статей об асинхронных двигателях:

Синхронные двигатели

Под “синхронным двигателем” традиционно подразумевается двигатель переменного тока, в котором скорость вращения ротора (или угловая скорость) равна угловой скорости магнитного потока в статоре. Чаще всего оно используется для обозначения двигателей, роторы которых имеют постоянные магниты или обмотку возбуждения, создающую собственное сильное магнитное поле для предотвращения проскальзывания.

Трехфазные синхронные двигатели отличаются от асинхронных тем, что ротор представляет собой электромагнит, по обмоткам которого протекает постоянный ток. Такой электродвигатель обладает способностью поддерживать строго постоянную скорость, равную скорости магнитного поля, создаваемого трехфазной обмоткой статора.

Кроме того, синхронный двигатель имеет высокий коэффициент мощности. Регулируя ток возбуждения, можно поддерживать коэффициент мощности равным единице. Синхронный двигатель не имеет потерь на скольжение и поэтому имеет более высокий КПД, чем асинхронный двигатель.

Поэтому скорость вращения ротора в синхронных двигателях постоянна. Мощные вентиляторы, приводы кранов, насосы – синхронные двигатели используются во многих приложениях, где требуется высокая мощность и постоянная скорость, независимо от нагрузки.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет статор, аналогичный описанным выше типам двигателей, паяный магнитопровод с тремя обмотками, расположенными в его пазах, но в фазном роторе не залиты дюралевые сердечники, а настоящая трехфазная обмотка, соединенная в звезду, уже расположена в фазном роторе. Концы фазных обмоток ротора выведены на три кольцевых контакта, которые установлены на валу ротора и электрически отделены от него.

Что такое электродвигатели

Все электродвигатели основаны на принципе электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части – статора (для асинхронных и синхронных двигателей переменного тока) или индуктора (для двигателей постоянного тока) и подвижной части – ротора (для асинхронных и синхронных двигателей переменного тока) или якоря (для двигателей постоянного тока). Постоянные магниты часто используются в качестве индуктора в маломощных двигателях постоянного тока.

Все двигатели можно условно разделить на два типа:
Двигатели постоянного тока
Трехфазные двигатели (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

По мнению некоторых людей, этот двигатель также можно назвать самосинхронизирующимся синхронным двигателем постоянного тока. Простой двигатель, представляющий собой машину постоянного тока, состоит из постоянного магнита в возбудителе (статоре), первого электромагнита с четко выраженными полюсами в якоре (двухзубый якорь с четко выраженными полюсами и одной обмоткой), щеточно-стопорного узла с 2 пластинами (ребрами) и 2 щетками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 мертвые точки), из которых самозапуск невозможен, а крутящий момент не является равномерным. В первом приближении магнитное поле полюсов статора является однородным (гомогенным).

Эти двигатели со щеточным коллектором являются

Коллекционер – это электрическое устройство, в котором датчик положения ротора и переключатель тока обмотки являются одним и тем же устройством – щеточно-коллекторным блоком.

Бесколлекторная – представляет собой замкнутую электромеханическую систему, состоящую из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант по сравнению с двигателями с коммутатором.

Двигатели переменного тока

Эти двигатели делятся на синхронные и асинхронные. Основное отличие заключается в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью ротора (при этом сам ротор вращается со скоростью магнитного поля в статоре), а в асинхронных машинах разница между скоростью ротора и скоростью магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора) как была, так и остается.

Синхронный – Двигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти двигатели традиционно используются для больших мощностей (сотни киловатт и более).
Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора – шаговые двигатели. Это положение ротора определяется подачей питания на соответствующие обмотки. Переключение в другое положение осуществляется путем снятия напряжения питания с одной обмотки и подачи его на другие обмотки двигателя.
Другим типом синхронного двигателя является вентильный реактивно-электрический двигатель, обмотки которого питаются от полупроводниковых элементов.

Асинхронный – это двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающегося магнитного поля, создаваемого напряжением питания; другое название асинхронных машин – индукционные машины, причина в том, что ток в обмотках ротора индуцируется вращающимся полем статора. В настоящее время асинхронные машины составляют огромную часть электрических машин. В основном они используются в виде электродвигателей и считаются основными преобразователями электрической энергии в механическую, а асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

В зависимости от количества фаз, двигатели могут быть

однофазный
двухфазный
трехфазный

Наиболее распространенные и широко используемые двигатели, которые применяются в промышленности и быту:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет только одну рабочую обмотку в статоре, на которую подается переменный ток, когда двигатель работает. Однако двигатель имеет вспомогательную обмотку на статоре, которая замыкается на сеть через конденсатор или индуктивность, или замыкается через пусковые контакты прерывателей. Это делается для создания начального сдвига фаз, чтобы ротор начал вращаться, иначе пульсирующее магнитное поле статора не будет двигать ротор.

Ротор такого двигателя, как и любого другого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, представляет собой цилиндрический сердечник с алюминиевыми пазами, с отлитыми тут же вентиляционными лопатками.
Такой ротор называется ротором с короткозамкнутым ротором. Однофазные двигатели используются в маломощных приложениях, таких как комнатные вентиляторы или небольшие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором более эффективны при работе от однофазной сети переменного тока. Они содержат две рабочие обмотки на статоре, расположенные перпендикулярно, причем одна из обмоток подключена непосредственно к сети переменного тока, а другая – через фазосдвигающий конденсатор, так что создается вращающееся магнитное поле, но без конденсатора ротор не будет двигаться.

Эти двигатели, помимо прочего, имеют ротор с короткозамкнутым ротором, и их применение даже шире, чем у однофазных двигателей. Есть стиральные машины и различные станки. Двухфазные двигатели, используемые в однофазных сетях, называются конденсаторными, поскольку фазосдвигающий конденсатор часто является существенным компонентом этих двигателей.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет три рабочие обмотки на статоре, которые смещены друг относительно друга таким образом, что при подключении к трехфазной цепи их магнитные поля смещены друг относительно друга на 120° в пространстве. При подключении трехфазного двигателя к трехфазной сети переменного тока возникает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение закороченный ротор.

Обмотки статора трехфазного двигателя могут быть соединены в звезду или треугольник, при этом цепь звезды требует более высокого напряжения, чем цепь треугольника, поэтому двигатель имеет, например, два напряжения: 127/220 или 220/380. Трехфазные двигатели незаменимы для привода различных станков, лебедок, циркулярных пил, кранов и т.д.

Трехфазный асинхронный двигатель с эксцентриковым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с эксцентричным ротором имеет статор, аналогичный описанным выше типам двигателей, сварной магнитопровод с тремя обмотками, размещенными в его пазах, но фазный ротор заполнен не дюралевыми стержнями, а настоящей трехфазной обмоткой, соединенной звездой. Звездообразные концы фазных обмоток ротора выводятся к трем контактным кольцам, которые надеты на вал ротора и электрически отделены от него.

Щетки, помимо прочего, подают на кольца трехфазное переменное напряжение и могут включаться напрямую или через реостаты. Двигатели с фазным ротором, конечно, дороже, но их пусковой момент под нагрузкой значительно выше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором. Именно благодаря повышенной прочности и огромному пусковому моменту этот тип двигателей нашел свое применение в приводах лифтов и кранов, т.е. там, где оборудование запускается под нагрузкой, а не на холостом ходу, как в двигателях с короткозамкнутым ротором.

Читайте далее: