Обновлено: 18.05.2024

Для чего вообще написана эта статья? А дело в том, что в дальнейшем, в моих следующих статьях мы будем подключать различные типы двигателей в качестве исполнительных устройств к драйверам и контроллерам. "Мозгом" всего этого, конечно будет ESP8266. И для этого мы должны знать, а на что они, эти двигатели вообще способны и как ими управлять. Какой двигатель нам нужен в данном конкретном случае. Сразу скажу, наша классификация будет отличатся от классической (незначительно), так как нас интересует практика, а не теория. Ну а начнем как всегда с определения.

Определение

Электродвигатель - устройство с помощью которой электрическая энергия преобразуется в механическую, чаще всего во вращательное движение, но бывают и другие двигатели. И все же в 90% случаев имеются в виду вращающиеся двигатели.

Принцип действия

Лежит принцип электромагнитной индукции это, напомню, возникновение электрического поля (тока) под действием изменяющегося магнитного. Или другими словами изменяющиеся, магнитное поле порождает электрическое и наоборот. Поэтому любое изменяющиеся электрическое поле (а там где ток там и поле) породит магнитное, а оно при взаимодействие с "другим" магнитным полем вызовет отталкивание или притягивания элементов ротора и статора, а вот количество реализаций всего этого может быть огромное количество о чем и будет рассказано ниже.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются две части статор и ротор.

• статор - неподвижная часть,
• ротор - вращающаяся часть.

Да и насчет якоря, с ним путаница. Якорем называется обмотка по которой протекает ток при работе (для работы) двигателя, он может быть и подвижным и не подвижным, а значит как статором так и ротором. Часто якорем называют подвижную часть во многих электромагнитных приборах. Но вот в синхронной машине, что назвать якорем я честно не знаю.

Классификация

Классификация большая, путанная и многообразная, но она нас будет интересовать с практической точки зрения.

По типу питающего тока двигатели делятся на:

• переменного тока;
• постоянного тока;
• универсальные двигатели

Ну это самое простое, скажите Вы, нет не совсем все так просто.

Двигатель переменного тока.

Подключаются и работают от переменного тока (AC). Разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Но сразу же возникает путаница, а вот двигатель компьютерного вентилятора к каким относится? Мы об этом поговорим ниже.

Двигатель постоянного тока

Вы скажите да тут все просто, подключаем двигатель к постоянному току (DC) и значит он постоянного тока, так то так, но не совсем и даже не из за примера выше с вентилятором компьютера. Какой двигатель применяется в известных нам сетевых дрелях, болгарках, перфораторах, шлиф машинах и так далее, в тех инструментах которые мы включаем в бытовую сеть "220 вольт"? Да там применяется двигатель постоянного тока! Как так, скажите Вы? Мы же втыкаем его в сеть переменного тока "220 вольт"? Все очень просто соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и на роторе и на статоре. Все представлено на схеме ниже.

Универсальные двигатели

Как видно из примера выше некоторые коллекторные двигатели переменного тока можно подключить и к постоянному току, но с более низким напряжением.

Классификация двигателей постоянного тока

В свою очередь двигатели постоянного тока так же разделяются п о способу формирования магнитного поля на роторе:

• коллекторные двигатели;
• бесколлекторные (вентильные двигатели)

Но(! опять путаница) щёточно - коллекторный узел может применятся не только в двигателях постоянного тока, а как мы увидим ниже и в двигателях переменного тока.

Коллекторные двигатели

Применяется специальный щеточный коммутатор - коллектор.

Коллекторный узел от двигателя полотера.

На фото ниже видны щетка и коллектор двигателя шуруповёрта

Именно с помощью коллекторного узла формируется сначала ток на обмотках ротора, а затем и переменное магнитное поле которое взаимодействует с постоянным магнитным полем статора полученным с помощью постоянных или переменных магнитов. Так чаще всего, но может быть все наоборот, ротор будет постоянным магнитом, а на обмотках статора будет формироваться переменное магнитное поле. Именно такие двигатели используют в болгарках, дрелях и большинстве шуруповёртах (не всех). Такие же двигатели только постоянного тока используются в агрегатах машин, например стеклоподъёмники и дворники. По вариантам подключение обмоток они так же разделяются, но дальше мы уже не будем рассматривать и залезать в дебри.

Бесколлекторные (вентильные двигатели)

Все то же самое, что выше, но щёточно-коллекторного узла нет, он заменён электроникой, Отсюда и слово вентильный - управляемый силовыми ключами (вентилями). Так как отказались от коллектора то ротор конструктивно сделали без обмоточным, вместо этого используют постоянные магниты что конечно увеличивает цену. Кроме того для коммутации нужно знать положении ротора (хотя не всегда), для этого применяют разные датчики (их много разных) поэтому большинство двигателей применяется в электронной промышленности, а бесколлекторные двигатели иногда называют шаговыми хотя это не одно и то же. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя бесколлекторный двигатель который способен поворачиваться на определённый угол и работать с определённой скоростью это достигается тем что конструктивно в бесколлекторных двигателях уже есть вся электроника как силовая так и контролирующая для поворота вала на определенный угол.

Классификация двигателей переменного тока

Двигатели переменного тока по принципу работы делятся:

• синхронные двигатели - ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре.
• асинхронные двигатели - магнитное поле вращается быстрее ротора. Частота вращения ротора отстает от частоты статора на величину скольжения, которая составляет 0,012-0,06 (при стандартом частоте в 50 Гц)

Чаще, особенно в быту встречаются асинхронные двигатели, но в последнее время все больше и больше развития получают синхронные двигатели в связи с развитием микропроцессорной техники и электромобилей.

Конструкция

Мы разберем конструктивные различия классических представителей этих двух классов, но тут могут быть нюансы (я же говорил, что классификация путанная) и о них ниже.

Конструкция и сравнение синхронных и асинхронных двигателей.

Статоры идентичны конструктивно и функционально (несут одну функцию — создание магнитного поля)

Электрическим двигателем называют машину, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Обычно механическая работа выражается во вращении вала. Работают эти устройства от различных источников питания и хотя выполняют одну задачу, имеют определённые отличия, которые обуславливают область их применения. Ведь не зря же в холодильники ставят одни моторы, в вентиляторы – другие, в стиральные машины, вообще, третьего вида. Для лучшего понимания рассмотрим виды электродвигателей и чем они отличаются друг от друга. Это поможет понять логику выбора того или иного движка для каждого из устройств.

Виды электродвигателей: классификация

Электрические двигатели отличаются типом питания, устройством и назначением

Итак, рассмотрим виды электродвигателей по виду питающего напряжения. Они бывают:

• постоянного тока;
• переменного тока:
  • однофазное питание;
  • трехфазное питание;

  Пояснений требует только универсальный тип. Такой электродвигатель может работать как от постоянного, так и от переменного напряжения. По сути, один вид – универсальный коллекторный двигатель с обмотками возбуждения. К двигателям переменного тока относятся синхронные, асинхронные. На постоянном токе работают коллекторные и вентильные.

  
  

  Наиболее распространённые виды электродвигателей

  По способу передачи электропитания все электродвигатели можно разделить на две группы:

  • с коллектором (щёточные);
  • без коллектора (бесщёточные).

  Бесщёточные электродвигатели требуют меньше обслуживания, работают тише, более надёжны. К ним относятся асинхронные с короткозамкнутым ротором (работают от переменного напряжения), вентильные (питаются постоянным напряжением). Остальные имеют коллектор и щётки, через которые на обмотки катушек подаётся напряжение.

  Постоянного тока

  Двигатели постоянного тока появились еще в конце 19 века. С некоторыми изменениями они используются и сегодня и притом они популярны. Например, вибрирование в современном смартфоне обеспечивает именно двигатель постоянного тока, очень маленький и мощностью в милли ватты, но все же. В большей части игрушек тоже стоят такие движки. Но это не значит, что их не используют в серьёзной технике, ещё как используют. Самые мощные стоят в качестве тяговых на электровозах. У них мощность исчисляется сотнями киловатт (больше 800), а питаются они от напряжения 1,5 кВ.

  
  

  Типы электромоторов постоянного тока

  Коллекторные

  Коллекторный двигатель постоянного тока, как и все другие, состоит из неподвижной (статор) и подвижной (якорь) части. На статоре установлены магнитные полюса. Для маломощных моделей ставят постоянные магниты, для мощных добавляют обмотки (называются обмотками возбуждения), которые усиливают магнитное поле.

  Ротор представляет собой магнитопровод из металлических пластин, в пазы которого уложены витки медного провода – роторные обмотки. Концы роторных обмоток выведены на коллектор, который представляет собой медные пластины в виде секторов цилиндра. Пластины изолированы друг от друга и от вала, на котором закреплены. Концы обмоток выводятся на коллекторные пластины. Вторая часть коллекторного узла – графитовые щётки со щеткодержателем. Щётки прижимаются к коллекторным пластинам, но не мешают вращению якоря.

  
  

  Устройство двигателя постоянного тока коллекторного типа

  Вал прокручивается, щетки контактируют с другой парой пластин, передавая потенциал на другие обмотки, которое проталкивают якорь дальше. Так и работает коллекторный двигатель постоянного тока, а более подробно в предыдущей статье.

  Универсальный

  В большей части бытовой техники, которая работает от сети, стоит универсальный коллекторный двигатель. Его отличия от описанного выше незначительны. Как может одна и та же конструкция работать и на постоянном и на переменном напряжении? Всё из-за того, что в этой машине взаимодействуют магнитные поля полюсов и роторных обмоток. Все знают, что поменять направление вращения якоря просто: надо изменить полярность на полюсах или на роторе. А что получится, если их поменять сразу и там, и там? Ничего. Якорь продолжит движение в прежнем направлении. На этом и основана работа коллекторного электродвигателя на переменном токе.

  
  

  Универсальный коллекторный двигатель в разрезе

  Обмотки возбуждения и якоря соединяются последовательно, так, что полярность питания на них меняется практически в одно и то же время. Единственное, что пришлось изменить в универсальном двигателе – сделать сердечник якоря шихтованным. Это необходимо чтобы стабилизировать взаимодействие магнитных полей якоря и полюсов (с обмотками возбуждения).

  Достоинства, недостатки, область применения

  Почему коллекторные двигатели ставят в большей части бытовой и строительной техники? На то есть несколько причин. Первая: они могут разгоняться до высоких скоростей – до 10 тыс.об/мин. По сравнению с 3 тыс. об/мин, которые развивают асинхронные их ближайшие конкуренты, а это очень неплохо. Вторая причина популярности – ими легко управлять. Частота вращения напрямую зависит от приложенного напряжения, а момент от тока якоря. До появления полупроводников и создания частотных преобразователей, это был единственный тип электродвигателей, который позволял легко и достаточно точно управлять скоростью. Третья причина широкого применения, несложная конструкция и относительно небольшая цена. Четвёртая – они могут иметь хороший крутящий момент даже на небольших оборотах.

  
  

  Один из популярных видов электродвижков — коллекторный двигатель

  Все эти свойства определили широкую область применения коллекторных двигателей постоянного тока. Они стоят на стиральных машинах, в дрелях, миксерах и т.д. Везде, где требуются высокие скорости, возможность плавной регулировки, хороший крутящий момент.

  Но наличие щеток, которые искрят и стираются, вносит свои коррективы. Этот узел требует постоянного ухода, часто щетки приходится заменять, коллектор чистить. Кроме того, он является причиной ещё двух неприятных моментов. Первая – шумная работа. Для строительной техники или промышленного оборудования это, возможно, и не очень критично, но для бытовой – существенный минус. Вторая неприятность – щетки перескакивают с одной пары на другую, так что потребление тока получается импульсным, что плохо влияет на параметры питания и создаёт радиопомехи. Это оказывает влияние на работающие рядом приборы с радиоуправлением. Это не только игрушки, но и разного рода пульты ДУ. Для сглаживания этих скачков на входе ставят конденсаторы, они сглаживают пульсации и убирают помехи.

  Вентильные электродвигатели

  
  

  Вентильные двигатели независимо от типа предусматривают электронное управление

  Вентильно-индукторный двигатель

  
  

  Конструкция вентильного безколлекторного электродвигателя

  С независимым возбуждением

  Этот вид электродвигателей стоит выделить отдельно, так как он значительно отличается как по устройству, так и по характеристикам и области применения. Начнём с того, что ротор состоит из двух отдельных магнитных пакетов, разнесённых на некотором расстоянии друг от друга. Полюса двух пакетов ориентированы так, чтобы результирующий момент был равен нулю (согласованное положение). Обмотка возбуждения крепится к статору хотя и обмотана вокруг ротора, но его она не касается. Магнитная система статора также собрана из металлических пластин. По характеру трёхфазная распределённая, три фазных обмотки со смещением друг относительно друга на 120°. Обмотка статора по размерам слегка больше либо равна собранному ротору (оба пакета охватывает магнитное поле).

  
  

  Вентильно-индукционный электродвигатель с самовозбуждением

  Питание подаётся на одну из обмоток статора. Поле, наводимое, в роторе поворачивает его так, чтобы оно совпало с полем статора. Причём поле одновременно наводится в двух пакетах, так что движение не такое скачкообразное, как у предыдущей модели. Питание переключается на следующую обмотку, вращение продолжается.

  Чем хорош этот вид электродвигателей? Плюсов много. Легко управлять скоростью вращения, как у синхронных машин с обмоткой возбуждения, доступно векторное управление. Можно увеличивать или уменьшать скорость, регулировать момент. В нём нет магнитов, которые стоят немало, да ещё могут размагнититься. И еще один плюс, нет коллектора и щеток. Минус, все-таки есть. Этот вид электродвигателей нельзя запитать напрямую от сети – требуется преобразователь. И ещё, он имеет более сложную конструкцию, чем описанный выше вариант. Зато крутящий момент более плавный и практически линейный.

  Переменного тока

  Электрические двигатели переменного тока бывают синхронными и асинхронными. Чем отличаются эти виды электродвигателей? Разница в том, что у синхронных ротор вращается с той же скоростью, с которой изменяется поле статора, в асинхронных моделях скорость ротора отличается.

  
  

  Есть два типа двигателей переменного тока – с синхронным и асинхронным вращением ротора

  Асинхронный двигатель переменного тока

  В устройствах, которые питаются от трехфазной сети обычно ставят асинхронные движки. Так, что на производстве стоят именно они. В этих машинах в статор отдельная электромагнитная система. Внутрь корпуса вставляются пластины, в пазах которых располагаются фазные обмотки. Обычно фаз в статоре три, но может быть две, а может и много.

  
  

  Асинхронный двигатель с разными роторами

  Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет коллекторный узел. На вал надевают магнитопровод из наборных пластин с ячейками под три фазные обмотки. Питание на обмотки подаётся через коллекторный узел, в них поочерёдно возникает магнитное поле, которое вкладывается с магнитным полем статора. Благодаря этому возникает вращение.

  Особенности однофазных моделей

  Такие двигатели не могут развивать достаточного крутящего момента, потому применяются там, где это не требуется, например в вытяжных вентиляторах. Другие виды электродвигателей в этой области не применяют, так как большой крутящий момент тут излишен.

  Достоинства, недостатки, область применения

  Как уже говорили, асинхронные двигатели популярны и в основном модели с короткозамкнутым ротором. Плюсов несколько. Первый – нет коллектора, что упрощает конструкцию, мотор требует более простого и редкого обслуживания. Второй – их можно подключать к сети напрямую. Во время старта потребление тока сильно возрастает (в 3-7 раз по сравнению с номинальным), го такие перегрузки допустимы. Третий – конструкция проста и следовательно недорога.

  Область применения асинхронных двигателей промышленные процессы, оборудование. Особенно там, где нет необходимости в высоких скоростях и в изменении скорости. Максимальная скорость, которую может развить подобный движок – 3 тыс. об /мин. Не так много, но для большинства оборудования достаточно. Регулируется скорость у такого движка слабо. Можно понизить напряжение и скорость уменьшится. Но если напряжение будет слишком низким, вырастет отставание скорости ротора от скорости магнитного поля, что приведёт к перегреву и двигатель может перегореть.

  
  

  Область применения двигателей переменного тока – приводить в действие оборудование на производстве

  Синхронные электродвигатели

  Статор синхронного двигателя переменного тока сделан практически так же, как и асинхронного. Разница между ними в устройстве ротора. Он состоит из постоянных магнитов. Они могут быть закреплены на поверхности или встроены внутрь. Так что виды электродвигателей, синхронный от асинхронного, можно отличить по ротору.

  
  

  Ротор синхронного двигателя постоянного тока сделан из магнитов

  Достоинства, недостатки, применение

  Как вы уже, наверное, поняли, скорость синхронного двигателя никак не регулируется. В смысле, можно изменять скорость магнитного поля статора, а оно зависит от частоты. До изобретений полупроводниковых приборов это было сложно, хлопотно и неэффективно. Несмотря на стабильность работы, простоту конструкции, применялись они мало. Во-первых, трудно запустить; во-вторых, нет возможности регулировать скорость. Другие виды электродвигателей были более популярны.

  Виды электродвигателей: какой лучше

  Описаны только основные виды электродвигателей и даны краткие характеристики, очень сжато описано устройство и принцип работы. Тем не менее, уже можно сделать выводы о том, что идеального решения, причём для всех случаев, просто нет. Есть наиболее подходящее для каждого конкретного случая.

  • Асинхронный электродвигатель без частотного регулирования – лучший выбор для насосов.
  • Коллекторный двигатель с его регулируемыми скоростями вне конкуренции для дрелей и пылесосов. И то, в последнее время стали делать с вентильными, они без щеток, что делает работу тише, срок службы дольше, хотя цену выше. Так что, тут, как посмотреть.

  Выбирать вид электродвигателя надо под каждый конкретный случай

  В общем, чтобы ответить какой лучше, надо рассматривать совокупность условий и характеристик работы. Принимать во внимание достоинства и недостатки, перебирать все виды электродвигателей и только так можно найти оптимальный.

  Электрический двигатель, сокращенно электродвигатель - электрическая машина, с помощью которой электрическая энергия преобразуется в механическую, для приведения в движение различных механизмов. Электродвигатель является основным элементом электропривода.

  В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

  По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

  Областью науки и техники изучающей электрические машины является - электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

  Конструкция электродвигателя

  Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть.

  
  

  У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

  Принцип работы электродвигателя

  
  

  2. Если проводник с током I согнуть в рамку и поместить в магнитное поле, то две стороны рамки, находящиеся под прямым углом к магнитному полю, будут испытывать противоположно направленные силы F

  
  

  
  

  4. Производимые электродвигатели имеют несколько витков на якоре, чтобы обеспечить больший постоянный момент.

  
  

  5. Магнитное поле может создаваться как магнитами, так и электромагнитами. Электромагнит обычно представляет из себя провод намотанный на сердечник. Таким образом, по закону электромагнитной индукции ток протекающий в рамки будет индуцировать ток в обмотки электромагнита, который в свою очередь будет создавать магнитное поле.

  Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:

  Классификация электродвигателей

  1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, - датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
  2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
  3. Вентильный электродвигатель постоянного тока - электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
  4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
  5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
  • КДПТ - коллекторный двигатель постоянного тока
  • БДПТ - бесколлекторный двигатель постоянного тока
  • ЭП - электрический преобразователь
  • ДПР - датчик положения ротора
  • ВРД - вентильный реактивный двигатель
  • АДКР - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • АДФР - асинхронный двигатель с фазным ротором
  • СДОВ - синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

  Типы электродвигателей

  Коллекторные электродвигатели

  Коллекторная машина - вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

  
  

  Универсальный электродвигатель

  Может работать на переменном и постоянном токе. Широко используется в ручном электроинструменте и в некоторых бытовых приборах (в пылесосах, стиральных машинах и др.). В США и Европе использовался как тяговый электродвигатель. Получил большое распространение благодаря небольшим размерам, относительно низкой цены и легкости управления.

  
  

  Коллекторный электродвигатель постоянного тока

  Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую. Преимуществами электродвигателя постоянного тока являются: высокий пусковой момент, быстродействие, возможность плавного управления частотой вращения, простота устройства и управления. Недостатком двигателя является необходимость обслуживания коллекторно-щеточных узлов и ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

  Бесколлекторные электродвигатели

  У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

  Бесщеточная машина - вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

  Асинхронный электродвигатель

  Наиболее распространенный электродвигатель в промышленности. Достоинствами электродвигателя являются: простота конструкции, надежность, низкая себестоимость, высокий срок службы, высокий пусковой момент и перегрузочная способность. Недостатком асинхронного электродвигателя является сложность регулирования частоты вращения.

  Cинхронный электродвигатель

  Синхронные двигатели обычно используются в задачах, где требуется точное управление скоростью вращения, либо где требуется максимальное значение таких параметров как мощность/объем, КПД и др.

  Специальные электродвигатели

  Серводвигатель

  Серводвигатели не являются отдельным классом двигателей. В качестве серводвигателя могут использоваться электродвигатели постоянного и переменного тока с датчиком положения ротора. Серводвигатель используется в составе сервомеханизма для точного управления угловым положением, скоростью и ускорением исполнительного механизма. Для работы серводвигатель требует относительно сложную систему управления, которая обычно разрабатывается специально для сервопривода.

  Основные параметры электродвигателя

  Момент электродвигателя

  Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) - векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

  
  

  ,

  • где M – вращающий момент, Нм,
  • F – сила, Н,
  • r – радиус-вектор, м

  
  

  ,

  • где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
  • n_ном - номинальная частота вращения, мин -1 [4]

  Начальный пусковой момент - момент электродвигателя при пуске.

  Справка: В английской системе мер сила измеряется в унция-сила (oz, ozf, ounce-force) или фунт-сила (lb, lbf, pound-force)

  1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
  1 lb = 4,448222 N (Н)

  момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

  1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
  1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

  Мощность электродвигателя

  Мощность электродвигателя - это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

  Механическая мощность

  Мощность - физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

  
  

  ,

  • где P – мощность, Вт,
  • A – работа, Дж,
  • t - время, с

  Работа - скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

  
  

  ,

  Для вращательного движения

  
  

  ,

  
  

  ,

  Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

  
  

  Справка: Номинальное значение - значение параметра электротехнического изделия (устройства), указанное изготовителем, при котором оно должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

  Коэффициент полезного действия электродвигателя

  Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя - характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

  
  

  ,

  
  

  • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
  • P₁ - подведенная мощность (электрическая), Вт,
  • P₂ - полезная мощность (механическая), Вт
  При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями - в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями - потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями - потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями - потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

  КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

  Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

  
  

  Частота вращения

  
  

  • где n - частота вращения электродвигателя, об/мин

  Момент инерции ротора

  Момент инерции - скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

  
  

  ,

  • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
  • m - масса, кг

  1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

  Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

  
  

  ,

  
  

  ,

  Номинальное напряжение

  Номинальное напряжение (англ. rated voltage) - напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

  Электрическая постоянная времени

  Электрическая постоянная времени - это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

  
  

  ,

  Механическая характеристика

  Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

  Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

  Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

  
  

  
  

  Зависимость мощности от скорости вращения вала для двигателей разных типов при ограниченном токе статора

  Виды электрических двигателей и принципы их работы
  

  Представьте себе, каким бы стал современный мир, если бы из него вдруг исчезли все электродвигатели. Допустим, заменили бы их на тепловые машины. Но ведь тепловые двигатели громоздки, выделяют пар и выхлопные газы, в то время как электрические двигатели сопоставимой мощности компактны, отлично умещаются на станках, электротранспорте, другом оборудовании, будучи при этом экологически безопасными, экономичными и надежными. Невозможно представить современный мир без электродвигателей, сильно облегчающих работу людям, короче говоря, делающих нашу жизнь более комфортной.

  
  

  Благодаря электродвигателям мы получаем механическую энергию из электрической. А решающее значение в этом процессе имеют массогабаритные характеристики, мощность и количество оборотов в минуту, которые в свою очередь связаны как с конструктивными особенностями двигателей, так и с параметрами питающего напряжения.

  По виду питающего напряжения электродвигатели бывают: переменного или постоянного тока. По способу управления: шаговыми, линейными, серво (следящими). Двигатели переменного тока, в свою очередь, бывают асинхронными и синхронными. Давайте же рассмотрим виды электрических двигателей, отметим их особенности, и поговорим о принципах работы каждого из них.

  После электричества совершенно бросил интересоваться природой. Неусовершенствованная вещь.

  Владимир Владимирович Маяковский

  Содержание статьи

  Двигатели постоянного тока

  Для построения электроприводов с высокими динамическими характеристиками используют электродвигатели постоянного тока. Они отличаются высокой перегрузочной способностью и равномерностью вращения. Именно двигатели постоянного тока применяются зачастую в электротранспорте. Ими же комплектуются многие станки, машины, агрегаты, включая бытовую технику.

  Работа электрических двигателей постоянного тока основана на принципе взаимодействия токов, протекающих по проводникам якоря, с неподвижным магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения полюсов.

  В основе работы классического двигателя постоянного тока — вращение рамки с током во внешнем магнитном поле: к рамке подводится ток через щеточно-коллектроный узел, а магнитное поле статора получают или от постоянных магнитов, или от того же постоянного тока (магнитное поле катушки с током). В результате рамка с током поворачивается в магнитном поле. Вместо рамки может выступать катушка с током на магнитопроводе - ротор (якорь двигателя постоянного тока).

  При помощи резисторов, включаемых в цепь якоря двигателя с независимым возбуждением, можно получать требуемый пусковой ток и пусковой момент, регулировать (уменьшать) скорость якоря при наличии нагрузки на валу. Снижая напряжение на якоре при помощи регулятора, также можно получать требуемый пусковой момент, регулировать скорость вниз от основной, то есть уменьшать ее.

  Благодаря перечисленным свойствам такие двигатели постоянного тока с независимым возбуждением находят применение там, где есть необходимость в плавном регулировании скорости в широком диапазоне, например в металлорежущих станках.

  Двигатели переменного тока

  
  

  Электродвигатели переменного тока очень широко используются в быту и в промышленности, поскольку считаются более универсальными, по сравнению с двигателями постоянного тока. Двигатели переменного тока имеют простую конструкцию, более надежны, чем двигатели постоянного тока, и неприхотливы в обращении.

  Например большинство домашних вентиляторов и промышленных вытяжек оборудованы именно асинхронными двигателями переменного тока. Ими же оснащены лебедки, насосы, станковое оборудование. Простота двигателей переменного тока промышленной частоты заключается в отсутствии щеточно-коллекторного узла и сложной электроники.

  Шаговые двигатели

  
  

  Шаговые электродвигатели функционируют, преобразуя дискретные электрические импульсы постоянного тока в механические перемещения (шаги). Офисная техника, станки, роботы, - везде, где требуется высокая скорость и равномерность перемещения рабочего органа, применяются сегодня шаговые электродвигатели. Для контроля скорости вращения ротора, электронным блоком регулируется частота следования импульсов и их скважность. Шаговый двигатель — это синхронный бесщеточный двигатель постоянного тока.

  Примеры ипсользования шаговых двигателей:

  Сервоприводы (серводвигатели)

  
  

  Сервопривод (следящий привод) — это высокотехнологичный двигатель постоянного тока. В отличие от шагового двигателя, у серводвигателя в конструкции присутствует еще и датчик положения ротора, при помощи которого реализуется механизм отрицательной обратной связи.

  Двигатели данного типа способны развивать высокие обороты и мощность, как и шаговые двигатели постоянного тока, но регулировка положения рабочего органа оказывается более точной. Для станков с ЧПУ, сервопривод — как раз то, что нужно. Многие современные промышленные станки оборудованы именно сервоприводами, интегрированными в систему высокоточного компьютерного управления.

  Линейные электродвигатели

  
  

  У линейного двигателя постоянного тока вместо ротора — стержень (шток) с магнитами, прямолинейно перемещаемый через статор относительно катушки индуктивности. Двигатели данного типа набирают популярность в качестве приводов механизмов с возвратно-поступательными движениями в процессе работы.

  Это надежное и экономичное решение, исключающее необходимость использовать какую бы то ни было механическую передачи. Импульсы необходимой полярности и длительности посылаются в катушку, формируя магнитное поле нужной конфигурации, которое со своей стороны действует на шток, причем текущее положение штока отслеживается благодаря датчикам Холла, встроенным в статор.

  Асинхронные электродвигатели

  
  

  Более мощные асинхронные двигатели изготавливают с фазным ротором, величина магнитного потока у такого ротора регулируется реостатом, и скорость вращения получается регулируемой. Менее критичное (к зависимости частоты вращения ротора от нагрузки) оборудование оснащают асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

  Трехфазные асинхронные электродвигатели переменного тока благодаря простоте в обслуживании, надежности и низкой стоимости наиболее распространены в промышленности.

  Однофазные асинхронные электродвигатели имеют короткозамкнутый ротор и две обмотки в статоре, смещенные одна относительно другой на 90°. Одна обмотка рабочая. При работе электродвигателя эта обмотка постоянно получает питание от сети однофазного переменного тока.

  Вторая обмотка пусковая и подключается на период пуска для создания пускового момента. Она выполнена проводом меньшей площади сечения, и ее активное сопротивление больше, чем у рабочей обмотки.

  Когда ротор двигателя развивает достаточную частоту вращения, пусковая обмотка отключается. Это происходит автоматически под действием токового реле или специального пускателя.

  Лучшие пусковые свойства имеет электродвигатель, в цепь пусковой обмотки которого включен конденсатор. В этом случае ток в пусковой обмотке сдвигается по фазе на угол, близкий к 90°, чем обеспечивается достаточный пусковой момент.

  В рабочей части механические характеристики однофазного асинхронного электродвигателя идентичны характеристикам трехфазного асинхронного электродвигателя. КПД однофазных электродвигателей меньше, чем трехфазных, поэтому однофазные двигатели изготовляют с номинальной мощностью не более 0,6 кВт.

  На такую же мощность изготовливают коллекторные двигатели однофазного тока, которые могут работать как от сети переменного тока, так и от источника постоянного напряжения, поэтому их называют универсальными коллекторные двигатели.

  По существу, это двигатели с последовательным возбуждением, отличающиеся тем, что магнитопровод их делается шихтованным и они приспособлены к работе с пульсирующим магнитным потоком. В случае питания от источника переменного напряжения В 50 Гц ток и магнитный поток одновременно меняют направление, и поэтому момент получается пульсирующим с частотой 100 Гц.

  Эти электродвигатели обладают характеристиками двигателей с последовательным возбуждением. Их применяют как и асинхронные однофазные электродвигатели в электроинструментах, бытовых механизмах и других машинах небольшой мощности.

  Подборка статей про асинхронные двигатели:

  Синхронные электродвигатели

  
  

  Синхронные трехфазные электродвигатели отличаются от асинхронных тем, что ротор их представляет собой электромагнит, через обмотки которого пропускается постоянный ток. Такой электродвигатель обладает свойством поддерживать строго постоянную частоту вращения, равную частоте вращения магнитного поля, создаваемого трехфазной обмоткой статора.

  Кроме того, синхронный электродвигатель имеет высокий коэффициент мощности. Регулируя ток возбуждения, можно поддерживать коэффициент мощности равным единице. В синхронном электродвигателе отсутствуют потери, связанные со скольжением, поэтому КПД их также больше, чем в асинхронных.

  У синхронных двигателей скорость вращения ротора поэтому постоянна. Мощные вентиляторы, приводы подъемных кранов, насосов, - во многих применениях, где необходимы высокая мощность и постоянная скорость, независимо от нагрузки, используются синхронные двигатели.

  Экономичность и надежность оборудования напрямую зависят от электродвигателя, поэтому его выбор требует серьезного подхода.

  
  
  
  

  Посредством электродвигателя электрическая энергия преобразуется в механическую. Мощность, количество оборотов в минуту, напряжение и тип питания являются основными показателями электродвигателей. Также, большое значение имеют массогабаритные и энергетические показатели.

  Электродвигатели обладают большими преимуществами. Так, по сравнению с тепловыми двигателями сопоставимой мощности, по размеру электрические двигатели намного компактнее. Они прекрасно подходят для установки на небольших площадках, например в оборудовании трамваев, электровозов и на станках различного назначения.

  При их использовании не выделяется пар и продукты распада, что обеспечивает экологическую чистоту. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока, шаговые электродвигатели, серводвигатели и линейные.

  Электродвигатели переменного тока, в свою очередь, подразделяются на синхронные и асинхронные.
  

  Электродвигатели постоянного тока

  Используются для создания регулируемых электроприводов с высокими динамическими и эксплуатационными показателями. К таким показателям относятся высокая равномерность вращения и перезагрузочная способность. Их используют для комплектации бумагоделательных, красильно-отделочных и подъемно-транспортных машин, для полимерного оборудования, буровых станков и вспомогательных агрегатов экскаваторов. Часто они применяются для оснащения всех видов электротранспорта.
  

  Электродвигатели переменного тока

  Пользуются более высоким спросом, чем двигатели постоянного тока. Их часто используют в быту и в промышленности. Их производство намного дешевле, конструкция проще и надежнее, а эксплуатация достаточно проста. Практически вся домашняя бытовая техника оборудована электродвигателями переменного тока. Их используют в стиральных машинах, кухонных вытяжных устройствах и т.д. В крупной промышленности с их помощью приводится в движение станковое оборудование, лебедки для перемещения тяжелого груза, компрессоры, гидравлические и пневматические насосы и промышленные вентиляторы.
  

  Шаговые электродвигатели

  Действуют по принципу преобразования электрических импульсов в механическое перемещение дискретного характера. Большинство офисной и компьютерной техники оборудовано ими. Такие двигатели очень малы, но высокопродуктивны. Иногда и востребованы в отдельных отраслях промышленности.
  

  Серводвигатели

  Относятся к двигателям постоянного тока. Они высокотехнологичны. Их работа осуществляется посредством использования отрицательной обратной связи. Такой двигатель отличается особой мощностью и способен развивать высокую скорость вращения вала, регулировка которого осуществляется с помощью компьютерного обеспечения. Такая функция делает его востребованным при оборудовании поточных линий и в современных промышленных станках.
  

  Линейные электродвигатели

  Обладают уникальной способностью прямолинейного перемещения ротора и статора относительно друг друга. Такие двигатели незаменимы для работы механизмов, действие которых основано на поступательном и возвратно-поступательном движении рабочих органов. Использование линейного электродвигателя способно повысить надежность и экономичность механизма благодаря тому, что значительно упрощает его деятельность и почти полностью исключает механическую передачу.
  

  Синхронные двигатели

  Являются разновидностью электродвигателей переменного тока. Частота вращения их ротора равняется частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре. Их используют для компрессоров, крупных вентиляторов, насосов и генераторов постоянного тока, так как они работают с постоянной скоростью.
  

  Асинхронные двигатели

  Также, относятся к категории электродвигателей переменного тока. Частота вращения их ротора отличается от частоты вращения магнитного поля, которое создается током обмотки статора. Асинхронные двигатели разделяются на два типа, в зависимости от конструкции ротора: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Конструкция статора в обоих видах одинакова, различие только в обмотке.

  Электродвигатели незаменимы в современном мире. Благодаря им значительно облегчается работа людей. Их использование помогает снизить затрату человеческих сил и сделать повседневную жизнь намного комфортнее.

  Читайте также:

    
  • Восстание степана разина видео кратко
    
  • Поль рикер герменевтика кратко
    
  • Дело берия начало либерализации режима кратко
    
  • Федеративное устройство рф кратко шпаргалка
    
  • Гипотеза шахматова о повести временных лет кратко