Типы электрических двигателей, их разновидности, свойства, характеристики
Электро двигатель называют машину, которая видоизменяет электроэнергию в механическую. Кстати, купить асинхронный двигатель можно на сайте Компании ООО НПО «Энергомаш».
В большинстве случаев механическая работа выражается во вращении вала. Работают данные устройства от самых разных источников питания и хотя выполняют одну задачу, имеют конкретные отличия, которые обуславливают сферу их использования. Ведь не напрасно же в холодильники ставят одни моторы, в вентиляторы – иные, в машины стиральные, вообще, 3-го вида. Для лучшего понимания рассмотрим виды электрических двигателей и чем они друг от друга отличаются. Это поможет понять логику выбора того либо другого движка для любого из устройств.
Виды электрических двигателей: классификация
Жёсткой спецификации электрических двигателей нет, но распознавать их можно по нескольким показателям. Ключевые – вид питания и наличие скользящего контакта. Эти позиции можно считать основными и по ним легче ориентироваться. В общем то, видов электрических двигателей не так и много – синхронные, асинхронные, постоянного тока, вентильные. Вот, пожалуй, все. Иное дело, что в большинстве «категорий» есть достаточно вариантов, которые существенно меняют свойства и характеристики. Но с этим нужно будет разбираться касательно к каждой конструкции.
Электродвигатели выделяются типом питания, устройством и назначением
Итак давайте рассмотрим виды электрических двигателей по виду питающего напряжения. Они могут быть:
- постоянного тока;
- электрического тока:
- однофазное питание;
- трехфазное питание;
- многофункциональные.
Пояснений просит только многофункциональный вид. Такой электрический двигатель способна работать как от постоянного, так и от переменного напряжения. По существу, один вид – многофункциональный коллекторный мотор с обмотками возбуждения. К двигателям электрического тока относятся синхронные, асинхронные. На систематическом токе работают коллекторные и вентильные.
Самые популярные виды электрических двигателей
По методу передачи электрического питания все электрические двигатели можно поделить на две группы:
- с коллектором (щёточные);
- без коллектора (бесщёточные).
Бесщёточные электрические двигатели просят меньше обслуживания, работают тише, очень надёжны. К ним можно отнести асинхронные с короткозамкнутым ротором (работают от переменного напряжения), вентильные (питаются постоянным напряжением). Другие имеют коллектор и щётки, через которые на обмотки катушек подаётся напряжение.
Постоянного тока
Двигатели постоянного тока возникли еще в конце 19 столетия. С некоторыми изменением они применяются и сейчас и притом они востребованы. К примеру, вибрирование в сегодняшнем смартфоне обеспечивает собственно ДПТ, мелкий и мощностью в милли ватты, но все таки. В большей части игрушек тоже стоят такие движки. Однако это не означает, что их не применяют в положительной технике, ещё как применяют. 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 электрических моторов постоянного тока
Коллекторные
Коллекторный ДПТ, как и все остальные, состоит из неподвижной (статор) и подвижной (якорь) части. На статоре установлены магнитные полюса. Для маломощных моделей ставят частые магниты, для мощных добавляют обмотки (называются обмотками возбуждения), которые увеличивают магнитное поле.
Ротор собой представляет магнитопровод из пластин из металла, в пазы которого положены витки медного провода – роторные обмотки. Концы роторных обмоток выведены на коллектор, он собой представляет медные пластины в виде секторов цилиндра. Пластины изолированные один от одного 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, однако не мешают вращению якоря.
На щетки подаётся напряжение. В определённый момент времени они имеют контакт с какой-нибудь парой пластин на коллекторе (нечасто щеток бывает 4-ре). Эта пара пластин подсоединена к роторным обмоткам, другими словами, через щетки на обмотку подаётся питание. Вокруг якоря появляется магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем статора. Результирующий вектор этого взаимного действия «толкает» якорь, вынуждая его вращаться.
Вал прокручивается, щетки контактируют со второй парой пластин, передавая потенциал на прочие обмотки, которое проталкивают якорь дальше. Так и работает коллекторный ДПТ, а более детально в прошлой публикации.
Многофункциональный
В большей части домашней техники, которая работает от сети, стоит многофункциональный коллекторный мотор. Его отличия от сказанного выше незначительны. Как может таже самая конструкция работать и на систематическом и на переменном напряжении? Все благодаря тому, что в данной машине взаимодействуют магнитные поля полюсов и роторных обмоток. Все знают, что заменить направление вращения якоря просто: нужно поменять полярность на полюсах или на роторе. А что выйдет, если их заменить сразу и там, и там? Ничего. Якорь продолжит движение в прежнем направлении. На этом и основана работа коллекторного электрического двигателя на переменном токе.
Многофункциональный коллекторный мотор в разрезе
Обмотки возбуждения и якоря соединяются постепенно, так, что полярность питания на них меняется фактически в одно и то же время. Одно, что понадобилось поменять в многофункциональном двигателе – сделать сердечник якоря шихтованным. Это нужно чтобы стабилизовать взаимное действие магнитных полей якоря и полюсов (с обмотками возбуждения).
Положительные качества, минусы, сфера использования
Почему коллекторные двигатели ставят в большей части бытовой и техники для строительных работ? На то существует несколько причин. Первая: они могут разгоняться до больших скоростей – до 10 тыс.оборотов в минуту. Если сравнивать с 3 тыс. оборотов в минуту, которые развивают асинхронные их ближайшие соперники, а это очень хорошо. Вторая причина популярности – ими легко управлять. Скорость вращения зависит от приложенного напряжения, а момент от тока якоря. До возникновения полупроводников и создания преобразователей частоты, это был единственный вид электрических двигателей, который позволял легко и достаточно точно управлять скоростью. Третья причина широкого использования, простая конструкция и сравнительно низкая стоимость. Четвёртая – они могут иметь неплохой вращающий момент даже на маленьких оборотах.
Один из распространенных видов электродвижков — коллекторный мотор
Все такие свойства установили большую сферу использования коллекторных двигателей постоянного тока. Они стоят на машинах для стирках, в дрелях, миксерах и т.д. Везде, где нужны большие скорости, возможность плавной регулировки, неплохой вращающий момент.
Но наличие щеток, которые искрят и стираются, привносит собственные корректировки. Этот узел просит регулярного ухода, часто щетки приходится менять, коллектор очищать. Также, он считается основой ещё 2-ух плохих моментов. Первая – шумная работа. Для техники для строительных работ или оборудования которое применяется в промышленности это, возможно, и не очень критично, однако для бытовой – важный недостаток. Вторая неприятность – щетки перескакивают с одной пары на иную, так что употребление тока выходит импульсным, что плохо оказывает влияние на параметры питания и делает радиопомехи. Это влияет на работающие рядом приборы с радиоуправлением. Это не только игрушки, но и различного рода пульты ДУ. Для сглаживания таких скачков при входе ставят конденсаторы, они сглаживают пульсации и удаляют помехи.
Вентильные электрические двигатели
Такие двигатели называют ещё вентильно-индукторными, безколлекторным или безщеточными. Бывают вентильные двигатели 2-ух типов – «традиционный» и с самовозбуждением. Причем выделяются и по устройству и по назначениям.
Вентильные двигатели независимо от типа предполагают электронное управление
Вентильно-индукторный мотор
Если сопоставлять виды электрических двигателей по размерам, вентильные будут самыми небольшими. Что отличительно, они работают от постоянного тока, причём питаются им статорные обмотки, ротор обмоток не имеет, а создан из постоянных магнитов. Причём и ротор, и статор имеют зубчатое строение. В «набор» входит измеритель холла, маленькой современный контроллер, определяющий положение ротора и в зависимости от его положения подаёт питание на ту либо иную пару обмоток на статоре. Другими словами, вентильный мотор управляется с помощью прибора электроники.
Рабочий принцип, наверняка, уже понятен. Питание подаётся на одну пару обмоток, вокруг неё появляется магнитное поле. К этому полю притягивается ближний полюс магнита. Дальше, питание переключается на следующую пару обмоток, магнит притягивается туда. Так и выходит вращение ротора. Чем быстрее переключается питание, тем быстрее частота вращения ротора. Как можно заметить, никаких щеток, только магнитная индукция. Это и есть ключевой плюс, а минус – в «пульсирующем» характере крутящего момента. Потому вентильно-индукционные двигатели не используются в транспорте, мало кому понравиться, если колёса будут прокручиваться рывками. Все таки разглядывая такие варианты электрических двигателей, приходим к выводу, что этот имеет 4-ре важных плюса: конструкционная простота, хорошая управляемость скоростью, отсутствие коллектора и четвёртый – небольшие размеры. Всё это дает возможность менять ими асинхронные движки в большинстве случаев.
С независимым возбуждением
Такой вид электрических двигателей необходимо отметить отдельно, так как он существенно выделяется как по устройству, так и по свойствам и сферы использования. Начинаем с того, что ротор состоит из 2-ух индивидуальных магнитных пакетов, разнесённых на определенном расстоянии один от одного. Полюса 2-ух пакетов ориентируются таким образом, чтобы результирующий момент был равён нулю (согласованное положение). Обмотка возбуждения фиксируется к статору хотя и обмотана вокруг ротора, но его она не касается. Магнитная система статора также собрана из пластин из металла. По характеру трёхфазная распределённая, три фазных обмотки со сдвигом относительно друг друга на 120°. Обмотка статора по размеру слегка больше либо равна собранному ротору (оба пакета охватывает магнитное поле).
Питание подаётся на одну из обмоток статора. Поле, наводимое, в роторе поворачивает его таким образом, чтобы оно совпало с полем статора. Причём поле одновременно наводится в 2-ух пакетах, так что движение не такое скачкообразное, как у предыдущей модели. Питание переключается на следующую обмотку, вращение длится.
Чем прекрасен такой вид электрических двигателей? Достоинств много. Легко управлять частотой вращения, как у синхронных машин с обмоткой возбуждения, доступно векторное управление. Можно уменьшать либо увеличивать скорость, настраивать момент. В нём нет магнитов, которые стоят много, да ещё могут размагнититься. И очередной плюс, нет коллектора и щеток. Минус, все же есть. Такой вид электрических двигателей нельзя запитать прямо от сети – требуется преобразователь. И ещё, он имеет довольно не простую конструкцию, чем вышеописанный вариант. Зато вращающий момент более плавный и фактически линейный.
Электрического тока
Электродвигатели электрического тока бывают синхронными и асинхронными. Как отличаются такие варианты электрических двигателей? Разница в том, что у синхронных ротор крутится с той же скоростью, с которой меняется поле статора, в асинхронных моделях скорость ротора выделяется.
Существует два типа двигателей электрического тока – с синхроным и асинхронным вращением ротора
Асинхронный мотор электрического тока
В устройствах, которые питаются от трёхфазной системы электроснабжения в большинстве случаев ставят асинхронные движки. Так, что на производстве стоят непосредственно они. В таких машинах в статор отдельная электромагнитная система. В середину корпуса ставятся пластины, в пазах которых размещаются фазные обмотки. В большинстве случаев фаз в статоре три, но может быть две, а может и много.
Ротор может быть 2-ух типов – короткозамкнутый или фазный. Короткозамкнутый может быть цельнометаллическим (последние модели) или состоять из «беличьей» клетки с залитыми алюминием промежутками между стержнями клетки. Ротор ставится в статор, между ними оставляют очень маленький просвет, не больше нескольких миллиметров даже для самых мощных. На статор подается напряжение, которое сформировывает вращающееся магнитное поле. Ротор попадает в территорию действия магнитного поля, в нем наводятся токи. Результирующее поле имеет определённое направление, так что ротор начинает вращение. Так как поле появляется путём индукции, электрического контакта ротора со статором нет, нет коллектора и щеток. Вал крепится только в крышках статора на подшипниках. Этот мотор относится к группе бесщеточных (безколлекторных).
Асинхронный мотор с фазным ротором имеет коллекторный узел. На вал одевают магнитопровод из наборных пластин с ячейками под три фазные обмотки. Питание на обмотки подаётся через коллекторный узел, в них по очерди появляется магнитное поле, которое вкладывается с магнитным полем статора. За счёт этого появляется вращение.
Характерности однофазных моделей
В однофазном асинхронном двигателе в статоре располагают две обмотки: она фазная, вторая запасная или стартовая. Она необходима для «разгона» ротора, чтобы дать ему первое вращение. Для оснащения «отставания» включается стартовая обмотка через конденсатор. Так что нередко подобный тип асинхронника называют конденсаторным двигателем. Хотя, по существу, мотор все тот же асинхронный, но двухфазный.
Эти двигатели не способны развивать достаточного крутящего момента, потому используются там, где это не потребуется, к примеру в вытяжных вентиляторах. Остальные виды электрических двигателей в данной области не используют, так как большой вращающий момент здесь излишен.
Положительные качества, минусы, сфера использования
Как уже рассказывали, асинхронные двигатели востребованы и как правило модели с короткозамкнутым ротором. Достоинств несколько. Первый – нет коллектора, что облегчает конструкцию, мотор просит более обыкновенного и редкого обслуживания. Второй – их можно включать к сети напрямую. Во время старта употребление тока значительно увеличивается (в 3-7 раз если сравнивать с номинальным), го такие перегрузки допустимы. 3-ий – конструкция проста и поэтому недорога.
Сфера использования асинхронных двигателей промышленные процессы, оборудование. Особенно там, где нет надобности в больших скоростях и в изменении скорости. Самая большая скорость, которую может развить аналогичный движок – 3 тыс. об /мин. Мало, но для многих оборудования достаточно. Изменяется скорость у подобного движка слабо. Можно уменьшить напряжение и скорость станет меньше. Однако если напряжение будет очень невысоким, вырастет отставание скорости ротора от скорости магнитного поля, что приведёт к перегреву и мотор может перегореть.
Сфера использования двигателей электрического тока – приводить в действие оборудование на производстве
На данный момент решена проблема регулирования скорости асинхронных двигателей. Их применяют одновременно с частотными преобразователями, подавая напряжение с них либо встраивают этот блок в конструкцию, получая говоря иначе инверторные двигатели. Во многих случаях, это собственно асинхронники, питание которых выполняется через встроенный преобразователь. Что дает возможность менять скорость в ещё достаточно широких пределах, чем это дает возможность делать ДПТ. Причём может меняться и момент, уходит проблема стартовых токов, отключать движок тоже можно «мягко».
Синхронные электрические двигатели
Статор двигателя синхронного типа электрического тока выполнен фактически также, как и асинхронного. Разница между ними в устройстве ротора. Он состоит из постоянных магнитов. Они бывают закреплены на поверхности или установлены в середину. Так что виды электрических двигателей, синхронный от асинхронного, можно отличить по ротору.
Когда на обмотки статора подаётся питание, появляется вращающееся магнитное поле. Магнитное поле ротора постоянное и при их взаимном действии появляется вращающий момент, который и «проталкивает» ротор. В рабочий период постоянное поле магнитов на роторе «соединяется» с крутящимся магнитным полем статора, потому их частоте вращения такие же и скоростью ротора легко управлять. Но явление это осложняет пуск. Ротор «сцепится» с полем статора только, если станет иметь ту же скорость.
У синхронных электрических двигателей есть одна проблема – их тяжело завести. Частота вращения ротора должна быть равна скорости поля статора или так, или никак. Сразу, со старта он развить такую скорость просто не может, потому поле статора просто «соскальзывает». В результате ротор, при старте просто подрагивает, однако не крутится. Говорят мотор «не синхронизировался». Проблема в большинстве случаев решается устройством на роторе специализированной пусковой обмотки асинхронного типа. При помощи нее вал разгоняется, потом пусковая обмотка выключается, а постоянное поле магнитов синхронизирует частоту вращения.
Положительные качества, минусы, использование
Как вы уже, пожалуй, убедились, скорость двигателя синхронного типа совсем не изменяется. В смысле, можно менять скорость магнитного поля статора, а оно зависит от частоты. До изобретений полупроводниковых приборов это было тяжело, хлопотно и неэффективно. Не обращая внимания на стабильность работы, простоту конструкции, использовались они мало. Во-первых, тяжело запустить; второе, нет возможности настраивать скорость. Остальные виды электрических двигателей были более востребованы.
С изобретением частотного преобразователя проблема исчезла. Частоту трехфазного тока при их помощи разрешается менять от 1 Гц до 500 Гц, так что и пределы регулировки асинхронного мотора также могут быть более чем значительны. Причем характеристики этой «пары» фактически аналогичные, как и у двигателей постоянного тока. Потому в настоящий момент двигатели синхронного типа с преобразователями частоты активно заменяют остальные виды электрических двигателей, к примеру, ставят взамен коллекторного привода. Пример тому машины стиральные с прямым приводом, кулеры охлаждения. Стали менять и двигатели постоянного тока, возникли новые электропоезда с двигателями синхронного типа и преобразователями частоты.
Виды электрических двигателей: какой лучше
Описаны только главные виды электрических двигателей и даны краткие характеристики, очень сжато описано устройство и рабочий принцип. Все таки, уже можно создать выводы про то, что прекрасного решения, причём для всех случаев, попросту нет. Есть самое подходящее для любого определенного случая.
- Асинхронный электрический двигатель без частотного регулирования – хороший выбор для насосов.
- Коллекторный мотор с его регулируемыми скоростями не имеет конкурентов для дрелей и пылесосов. И то, сейчас начали делать с вентильными, они без щеток, что выполняет работу тише, служебный срок длительнее, хотя цену выше. Так что, здесь, как увидеть.
Подбирать вид электрического двигателя нужно под каждый определенный случай
В общем, чтобы дать ответ какой лучше, нужно рассматривать совокупность условий и рабочих характеристик. Принять во внимание плюсы и минусы, перебирать все разновидности электрических двигателей и именно так можно найти допустимый.