принцип работы, устройство, классификация. Все про электродвигатели.

Интернет-магазин инженерного оборудования «ОВК Комплект»предлагает своим посетителям ознакомиться с принципом работы, устройством и классификацией электродвигателей, а в последствии купить электродвигатель по самой разумной цене в Украине! Эти устройства незаменимая основа для функционирования большей части техники как бытового, так и промышленного применения. Поэтому в современном обществе их область применения не имеет границ. А актуальность такой покупки может возникнуть в любое время года.

На сегодняшний день, практически в любом механическом приспособлении используется сочетание кинетической и потенциальной энергии — механическая энергия, которая является источником движущей силы, отвечающей за работу всей системы. С открытием электричества механическую энергию стало возможно преобразовывать из электрической, путем применения электромеханической машины — электродвигателя.

Принцип работы электродвигателя

Функционирует электрический двигатель из принципа электромагнитной индукции — физический процесс генерации электрического тока в замкнутом контуре при условии изменения магнитного потока, перемещающегося сквозь него. Первый электродвигатель по такому принципу был создан в 1821 году ученым из Британии Майклом Фарадеем и представлял собой не закрепленный стальной провод, который был погружен в чан с ртутью, где в середине был установлен вечный магнит. Под влиянием электрического воздействия на провод, последний образовывал вокруг себя циклическое магнитное поле, что заставляло его кружить вокруг магнита.

В дальнейшем принцип действия электродвигателя (электромагнетизма) до ума довел русский ученый Б. С. Якоби. Он первый в 1834 году смог изобрести техническое приспособление, которое было в состоянии создавать круговое вращение, что порождало собой привидение в движение механические устройства. Развивая эту идею, Якоби достиг роста мощности своего первого прототипа электродвигателя с 15 Вт до 550 Вт. В 1839 году электрический двигатель этого гения был в состоянии развить 1 лошадиную силу, что позволяло перемещать лодку с весом около тонны по реке против течения.

Устройство электродвигателя

В основе конструкции любого электродвигателя лежит наличие двух самых важных элементов — неподвижная часть “статор” (“индуктор” для двигателей постоянного напряжения) и подвижная часть “ротор” (“якорь” для машин постоянного напряжения). Под воздействием электрического тока на обмотки статора, генерируется вращающееся электромагнитное поле, под влиянием которого на обмотку ротора и вызывая тем самым ток индукции, заставляет его вращаться в определенном направлении. Этот процесс объясняется законом Ампера: на проводник под напряжением, внедренный в зону электромагнитного поля, действует электродвижущая сила (ЭДС). Электродвигатели отличаются по параметру частоты вращения ротора (якоря), который зависит от числа пар магнитных полюсов и частоты напряжения питания сети.

1. КОРПУС

2. РОТОР

3. КЛЕММНАЯ КОРОБКА

4. СТАТОР

5. ВАЛ

Типы электродвигателей

Современные виды электродвигателей имеют широкую классификацию по разным конструктивным и функциональным признакам. Прежде всего, их принято делить по принципу возникновения вращающего момента на:

• Электродвигатель гистерезисный — в процессе перемагничивания ротора возникает свойство физической системы, гистерез, который собственно и создает вращающий момент. Электрооборудование данного типа очень редко находят применение в промышленной сфере.
• Электромагнитный электродвигатель — самый распространенный тип, применяемый практически во всех бытовых и промышленных областях.

Данная группа в свою очередь делиться по характеру потребления питания на:

• Эл двигатель постоянного тока — питается от сети с постоянным напряжением. Такой вид устройства может быть выполнен так же в разных вариантах: с отсутствием щеточно-коллекторного узла или с его наличием. В последнем предусмотрена градация по типу возбуждения на: двигатели с независимым возбуждением и самовозбуждением, которые тоже могут разнится по характеру обмотки и быть исполнены в таких формах: параллельно, последовательно, смешано.
• Электрический двигатель переменного тока — питание осуществляется от сети с переменным типом напряжения.

Такой вид электромагнитных преобразователей классифицируются по принципу работы на:

• Синхронный электродвигатель — суть заключается в синхронном вращении ротора с электромагнитным полем статора при одинаковой частоте. Такие приспособления отличаются особо высокой мощностью достигающей сотни киловатт и более того.
• Асинхронный двигатель переменного тока — функционирует на основе того, что частота вращения электромагнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора, по типу исполнения обмотки который может быть короткозамкнутым или же фазовым. По количеству фаз электродвигатели асинхронные выступают в однофазном или трехфазном вариантах.

как он устроен и работает

Электрический двигатель представляет собой особый преобразователь. Это машина, где электрическая энергия преобразуется и переходит в механическую. Принцип действия двигателя основан на электромагнитной индукции. Есть к тому же и электростатические двигатели. Можно без особых дополнений использовать двигатели на других принципах преобразования электричества в перемещении. Но немногие знают, как устроен и как работает электродвигатель.

• Принцип работы устройства
• Работа трехфазного асинхронного двигателя
• Современная классификация
• Основные особенности
• Агрегаты пульсирующего тока
• Модификации переменного тока
• Универсальное коллекторное оборудование

Принцип работы устройства

В составе электродвигателя переменного тока присутствуют неподвижные и подвижные части. К первым относят:

• статор;
• индуктор.

Статор находит применение для машин синхронного и асинхронного типа. Индуктор эксплуатируется в машинах постоянного тока. Подвижная часть состоит из ротора и якоря. Первый применяют для синхронных и асинхронных устройств, тогда как якорь используется для оборудования с постоянными показателями. Функция индуктора лежит на двигателях небольшой мощности. Здесь нередко используют постоянные магниты.

Говоря о том, как устроен электродвигатель, необходимо определить, к какому классу оборудования относится конкретная модель. В конструкции асинхронного двигателя ротор бывает:

• короткозамкнутым;
• фазным, то есть с обмоткой.

Последний тип используется, если требуется уменьшить пусковой ток и

отрегулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. Обычно речь идет о крановых электродвигателях, повсеместно используемых в крановых установках.

Кран обладает подвижностью и применяется в машинах постоянного тока. Это может быть генератор либо двигатель, а также универсальный двигатель, функционирующие по тому же принципу. Его используют в электроинструменте. Фактически универсальный двигатель — это тот же двигатель с постоянными показателями, в котором происходит последовательное возбуждение. Отличие касается лишь

расчётов обмоток. Здесь отсутствует реактивное сопротивление. Оно бывает:

• емкостным;
• индуктивным.

Вот почему любой электроинструмент, если из него извлекается электронный блок, сможет работать и на постоянном токе. Но при этом напряжение в сети будет меньше. Принцип действия электродвигателя определяется сообразно тому, из каких компонентов он состоит и для каких целей предназначается.

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Во время включения в сеть формируется вращающееся магнитное поле. Оно отмечается в статоре и проникает через короткозамкнутую обмотку ротора. В ней переходит в индукцию. После этого, в соответствии с законом Ампера, ротор начинает вращаться.

Частота перемещения этого элемента зависит от частоты питающего напряжения и количества магнитных полюсов, представленных парами.

Разность между частотой вращения ротора и магнитного поля статора выражается в виде скольжения. Двигатель именуют асинхронным, потому что частота вращения магнитного поля у него сообразна с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличия в конструкции. Ротор дополняется магнитом постоянного типа либо электромагнитом. В нём имеются элементы, такие как для запуска беличья клетка и постоянные магниты. Также их роль могут выполнять электромагниты.

В асинхронном двигателе у магнитного поля статора частота вращения совпадает с аналогичным показателем у ротора. Для включения используют асинхронные электродвигатели вспомогательного типа либо ротор с короткозамкнутой обмоткой. Асинхронные двигатели смогли найти широкое применение во всех технических областях.

Особенно это актуально в отношении трехфазных двигателей, характеризующихся простотой конструкции. Они не только доступны по цене, но и надежнее в сравнении с электрическими. Ухода они не требуют почти никакого. Название асинхронный, присвоенное им, обусловлено несинхронным вращением ротора в таком двигателе. Если отсутствует трехфазная сеть, такой двигатель может включаться в сеть однофазного тока.

В составе статора асинхронного электродвигателя присутствует пакет. В нём имеются лакированные листы электротехнической стали, чья толщина составляет 0,5 мм. У них есть пазы, куда уложена обмотка. Три фазы обмотки соединены друг с другом треугольником или звездой, которые смещены на 120 градусов пространственно.

Если речь идет о роторе электродвигателя, в котором имеются контактные кольца в пазах, здесь отмечается ситуация, похожая на обмотку статора. Это актуально, если он включён звездой либо начальные концы фаз соединены тремя контактными кольцами, зафиксированными на валу. Когда двигатель запущен, можно подключить реостат на фазы обмотки для контроля частоты вращения.

После успешного разбега контактные кольца коротко замыкаются, а потому обмотка ротора выполняет те же функции, что и в случае с короткозамкнутым изделием.

Современная классификация

По принципу формирования вращающего момента двигатели электрического типа делят на магнитоэлектрические и гистерезисные. Последняя группа отличается тем, что вращающий момент здесь формируется вследствие гистерезиса при чрезмерном намагничивании ротора. Такие двигатели не считаются классическими и не так распространены в промышленности. Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические модификации, которые делятся на две большие группы, согласно потребляемой энергии. Это двигатели переменного и постоянного тока. Выпускаются также универсальные модели, которые способны питаться обоими видами электрического тока.

Основные особенности

Было бы правильно называть эти устройства электрическими нефазными. Это обусловлено тем, что фазы переключаются здесь непосредственно в двигателе.

За счет этого мотор питается постоянным, как и переменным типами тока, с одинаковым успехом. Эта группа делится по способу переключения фаз и присутствию обратной связи. Они бывают вентильными и коллекторными.

Что касается типа возбуждения, коллекторные двигатели подразделяют на модели с самовозбуждением, моторы с независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов. Первый тип, в свою очередь, классифицируется на моторы с последовательным, параллельным, смешанным возбуждением.

Бесколлекторные, или вентильные изделия, работают от электричества. В них переключение фаз происходит посредством специального электроблока, носящего название инвертора. Процесс этот может оснащаться обратной связью, когда пускают в ход датчик положения ротора либо без обратной связи. Такое устройство можно фактически позиционировать, как аналог асинхронного устройства.

Агрегаты пульсирующего тока

Такой двигатель является электрическим, и питание у него осуществляется пульсирующим электротоком. Конструкционные особенности его схожи с аналогичными особенностями у устройств постоянного тока. Конструктивные отличия его от двигателя с постоянными показателями состоят в присутствии шихтованных вставок для выпрямления переменного тока. Используют его на электровозах со специальными установками. Характерной особенностью является наличие компенсационной обмотки и значительного количества пар полюсов.

Модификации переменного тока

Двигатель представляет собой устройство, питание которого происходит с переменным током. Агрегаты эти бывают асинхронными и синхронными. Различие состоит в том, что в асинхронных машинах магнитодвижущая сила статора перемещается со скоростью вращения ротора. У асинхронного оборудования всегда наблюдается разница между скоростью вращения магнитного поля и ротора.

Синхронный электродвигатель работает от переменного тока. Ротор здесь вращается сообразно движению магнитного поля питающего напряжения. Синхронные электродвигатели делятся на модификации с обмотками возбуждения, с постоянными магнитами, а также на реактивные модификации, гистерезисные, шаговые, гибридные реактивные типы устройств.

Выделяют и так называемый реактивно-гистерезисный тип. Выпускают также модели с шаговыми агрегатами. Здесь определённое положение ротора фиксируется подачей питания на определенные зоны обмотки. Переход в другое положение достигается посредством снятия напряжения с одних обмоток и перемещения его в другие области. Вентильные реактивные модели электрического типа формируют

питание обмоток посредством полупроводниковых элементов. Асинхронное устройство имеет частоту вращения ротора, отличную от частоты вращающегося магнитного поля. Она создается питающим напряжением. Такие модели получили на сегодня наибольшее распространение.

Универсальное коллекторное оборудование

Такой агрегат может работать на переменном и постоянном токе. Изготавливают его с последовательной обмоткой возбуждения при показателях мощности до 200 Вт. Статор выполняется из особой электротехнической стали. Обмотка возбуждения осуществляется при постоянном показателе напряжения полностью и частично при переменном показателе. Номинальное напряжение для переменного электротока составляют 127 и 220 В, аналогичные показатели для постоянного параметра равны 110 и 220 В. Находят применение в электроинструментах и бытовых аппаратах.

То, как работает электродвигатель, зависит от его принадлежности к тому или иному типу оборудования. Модификации переменного тока с питанием от промышленной сети 50 Гц не дают получить частоту вращения больше 3000 оборотов в минуту. Вот почему для получения значительных частот используют коллекторный мотор электрического типа. Он к тому же легче и меньше по размерам, нежели устройства с переменными показателями с аналогичной мощностью.

В их отношении используют специальные передаточные механизмы, преобразующие кинематические параметры механизма до приемлемых. При использовании преобразователей частоты и при наличии сети повышенной частоты двигатели переменного тока легче и меньше коллекторных изделий.

Ресурс асинхронных моделей с переменными показателями значительно выше, нежели у коллекторных. Определяется он состоянием подшипников и особенностями обмоточной изоляции.

Синхронный двигатель, у которого есть датчик положения ротора и инвертор, считается электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока. Фактически он является коллекторным электродвигателем с последовательно включенными обмотками статора. Они идеально оптимизированы для работы с бытовой электросетью. Такую модель, независимо от полярности напряжения, можно вращать в одну сторону, так как последовательное соединение обмоток и ротора гарантирует смену полюсов из магнитных полей. Соответственно, результат остается направленным в одну сторону.

Статор из магнитного мягкого материала применим для работы на переменном токе. Это возможно, если сопротивление в перемагничивании у него незначительное. Чтобы снизить потери на вихревые токи, статор делают из изолированных пластин. Он получается наборным. Его особенностью является то, что потребляемый ток ограничивается за счёт индуктивного сопротивления обмоток. Соответственно, момент двигателя оценочно становится максимальным и варьируется от 3 до 5. Чтобы приблизить к механическим характеристикам двигатели общего назначения, применяются секционные обмотки. Они имеют отдельные выводы.

Примечательно, что для передвижения некоторыми видами бактерий используется электродвигатель из нескольких белковых молекул. Он способен трансформировать энергию электрического тока в форме движения протонов во вращении жгутика.

Синхронная модель возвратно-поступательного движения работает таким образом, что подвижная часть устройства оснащена постоянными магнитами. Они зафиксированы на шторке. Посредством неподвижных элементов постоянные магниты находятся под воздействием магнитного поля и проводят перемещение штока возвратно-поступательным методом.

Принципы работы

а. Основные детали

Все двигатели состоят из двух основных частей:

• СТАТОР (неподвижная часть)
• РОТОР (вращающаяся часть)

Конструкция и изготовление этих двух компонентов определяют классификацию и характеристики двигателя. Дополнительные компоненты (например, щетки, контактные кольца, подшипники, вентиляторы, конденсаторы, центробежные переключатели и т. д.) также могут быть уникальными для конкретного типа двигателя.

б. Операция

Все двигатели, описанные в этом руководстве, работают на принципе электромагнетизма. Существуют и другие двигатели, работающие на электростатическом и пьезоэлектрическом принципах, но они менее распространены.

В электродвигателях величина силы напрямую зависит от силы магнитного поля и величины тока, протекающего в проводнике (рис. 3-1).

Рисунок 3-1: Сила, действующая на проводник в магнитном поле

F = ILB, где

F — сила (ньютоны)
I — сила тока (амперы)
L — длина (метры)
B — магнитный поток (веберы/м²)

Обычно ротор электродвигателя находится внутри создаваемого магнитного поля по статору. Магнитное поле индуцирует ток внутри ротора, а результирующая сила, вызванная магнитными полями в статоре и роторе (и, следовательно, крутящий момент), заставляет его вращаться.

в. Мощность двигателя и крутящий момент

На паспортной табличке электродвигателей указана номинальная механическая мощность либо в лошадиных силах, либо в киловаттах.

 

Двумя важными факторами, определяющими выходную механическую мощность, являются крутящий момент и скорость.

Крутящий момент — это мера силы, которая стремится произвести вращение. Часто указывается в фунт-футах или ньютон-метрах.

Чтобы лучше понять концепцию крутящего момента, рассмотрим большой гаечный ключ длиной один фут, который используется для откручивания гайки (см. рис. 3-2). Если к концу этого ключа приложить силу 2 фунта, крутящий момент составит 2 фунта-фута. Пока гайка не начнет вращаться, работа фактически не выполняется. Когда гайка действительно начинает вращаться, работа выполняется. Если предположить, что к рукоятке ключа продолжает прикладываться та же сила, мощность, по сути, равна скорости вращения, умноженной на приложенный крутящий момент.

Рисунок 3-2: Пример крутящего момента

Скорость двигателя обычно указывается в оборотах в минуту (об/мин).

Мощность двигателя определяется как скорость вращения двигателя, умноженная на крутящий момент.

 

Чем медленнее работает двигатель, тем больший крутящий момент он должен развивать, чтобы обеспечить ту же выходную мощность. Чтобы выдерживать больший крутящий момент, низкоскоростным двигателям требуются более прочные компоненты, и они, как правило, крупнее, тяжелее и дороже, чем двигатели с более высокими скоростями той же номинальной мощности.

Иногда понятия крутящий момент и скорость путают с лошадиными силами. Чтобы проиллюстрировать разницу, рассмотрим стартер автомобиля. Этот специальный двигатель рассчитан на высокий крутящий момент, но относительно низкую мощность. Его единственная цель — медленно провернуть двигатель автомобиля, чтобы он завелся. И наоборот, двигатель в маленьком вентиляторе вращается с большой скоростью, но легко останавливается. Последний двигатель производит низкий крутящий момент. Последний пример — двигатель настольной пилы мощностью 3 л.с. Проталкивание куска дерева во вращающееся лезвие почти не замедлит двигатель, поскольку двигатель сочетает в себе скорость и крутящий момент для приложения.

д. Моментно-скоростные характеристики двигателей

Крутящий момент, создаваемый двигателем, обычно зависит от скорости.

Каждый тип двигателя имеет свое собственное отношение крутящего момента к скорости, которое при построении графика в виде зависимости крутящего момента от скорости помогает в процессе выбора (Рисунок 3-3).

Рис. 3-3: Типичная диаграмма крутящий момент-скорость

Некоторые важные точки на графике крутящий момент-скорость включают:

1. Начальный крутящий момент — крутящий момент, создаваемый при нулевой скорости. Если двигатель должен вращать нагрузку, которую трудно запустить (высокоинерционная нагрузка), следует выбрать двигатель с высоким пусковым моментом.
2. Подтягивающий момент — минимальный крутящий момент, создаваемый при разгоне с места до рабочей скорости. Это может иметь решающее значение для приложения, которому требуется питание для преодоления некоторых временных барьеров перед достижением выходного уровня рабочего уровня.
3. Пробивной крутящий момент — максимальный крутящий момент, который может создать двигатель перед остановкой.
4. Крутящий момент при полной нагрузке (также тормозной момент) — крутящий момент, создаваемый при скорости при полной нагрузке, который дает номинальную мощность двигателя. В этот момент крутящий момент, умноженный на скорость, равен номинальной мощности в лошадиных силах.

Предыдущий: Классификация двигателей | Содержание | Далее: Двигатели переменного тока

 

Промышленные электромонтажные работы.

История электродвигателя

В промышленных электромонтажных работах электрический двигатель фактически представляет собой машину, которая преобразует электрическую энергию в один из видов производительной механической энергии. Двигатель играет ведущую роль, когда речь идет об общей производительности промышленных установок. В результате она отвечает за высокие стандарты, которые в настоящее время ценятся и используются во всем мире промышленности. В то время как официальное начало электрического двигателя является чем-то вроде загадки, мы знаем, что стандартные принципы электромагнитной индукции были официально открыты в начале 1800-х годов людьми по имени «Эрстед», «Фарадей» и «Гаусс». Позже, в 1800-х годах, Никола Тесла создал двигатель, работающий на переменном токе. Это официально положило начало новой эре промышленной производительности и автоматизации.

Самый стандартный принцип, связанный с работой электродвигателя, состоит в том, что когда проводник, по которому течет электрический ток, помещается в магнитное поле, он создает силу, действующую на этот проводник, которая прямо пропорциональна потоку наличие электрического тока и общая сила, связанная с магнитным полем, в которое он вводится. В настоящее время производится несколько различных типов электрических двигателей. Однако наиболее распространены те, которые работают на индукции переменного тока. «Индукция» — это термин, который происходит от передачи мощности от статора двигателя к ротору двигателя посредством электромагнитной силы. Поскольку токи нагрузки в роторе электродвигателя индуцируются процессом действия трансформатора, эти двигатели не зависят от щеток или традиционных контактных колец.

В последние несколько лет возникла чрезвычайная ситуация с силовыми полупроводниками и технологически продвинутыми микропроцессорами, которые смогли эффективно и действенно управлять регулируемой скоростью электродвигателя за счет использования специально разработанных инверторных приводов. Это, в сочетании с приводами переменного тока с широтно-импульсной модуляцией, привело к увеличению скорости и регулированию крутящего момента в электродвигателях, используемых в промышленных электромонтажных работах. Существует также много электродвигателей постоянного тока, так как этот тип двигателя считается одним из старейших и наиболее универсальных двигателей в промышленной электротехнической промышленности.