Устройство электрического двигателя: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Электродвигатель постоянного тока: принцип работы и действия, устройство, характеристики

Сейчас невозможно представить нашу жизнь без электродвигателей. Они приводят в действие станки, бытовую технику и инструменты, поезда, трамваи и троллейбусы, компьютеры, игрушки и разные подвижные механизмы, устанавливаются на производственных станках, если частоту вращения рабочего вала требуется регулировать в широком диапазоне. Агрегаты для преобразования электрической энергии в механическую представлены множеством видов и моделей (синхронные, асинхронные, коллекторные и т.д.). Из этой статьи вы узнаете, что такое электродвигатель постоянного тока, его устройство и принцип действия.

Краткая история создания

Разные ученые пытались создать экономичный и мощный двигатель еще с первой половины 19 века. Основой послужило открытие М.Фарадея, сделанное в 1821 г. Он обнаружил, что помещенный в магнитное поле проводник вращается. Отталкиваясь от этого, в 1833 г изобретатель Томас Дэвенпорт смог сконструировать двигатель постоянного тока, а позже, в 1834 г, ученый Б.С.Якоби придумал прообраз современной модели двигателя с вращающимся валом. Устройство, более похожее на современные агрегаты, появилось в 1886 г, и до сегодняшнего дня электродвигатель продолжает совершенствоваться.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

На мысль о создании двигателя ученых натолкнуто следующее открытие. Помещенная в магнитное поле проволочная рамка с пропущенным по ней током начинает вращаться, создавая механическую энергию. Принцип действия электродвигателя постоянного тока основывается на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Но одна рамка после определенного количества вращений замирает в положении, параллельном внешнему магнитному полю. Для продолжения движения необходимо добавить вторую рамку и в определенный момент переключить направление тока.

Вместо рамок в двигателе используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг него возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и далее процесс продолжается.

Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах).

Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников. Изолированные друг от друга выводы представляют собой кольцо из нескольких ламелей, которое находится на оси вала якоря и называется коллекторным узлом. Благодаря поочередному замыканию ламелей щетками двигатель вращается равномерно. Степень равномерности работы двигателя зависит от количества проводников (чем больше, тем равномернее).

Устройство электродвигателя постоянного тока

Теперь, когда вы знаете, как работает электродвигатель постоянного тока, пора ознакомиться с его конструкцией.

Как и у других моделей, основу двигателя составляют статор (индуктор) – неподвижная часть, и якорь вкупе с щеточноколлекторным узлом – подвижная часть. Обе части разделены воздушным зазором.

В состав статора входят станина, являющаяся элементом магнитной цепи, а также главные и добавочные полюса. Обмотки возбуждения, необходимые для создания магнитного поля, находятся на главных полюсах. Специальная обмотка, улучшающая условия коммутации, расположена на добавочных полюсах.

Якорь представляет собой узел, состоящий из магнитной системы (она собрана из нескольких листов), набора обмоток (проводников), уложенных в пазы, и коллектора, который подводит постоянный ток к рабочей обмотке.

Коллектор имеет вид цилиндра, собранного из изолированных медных пластин. Он насажен на вал двигателя и имеет выступы, к которым подходят концы секций обмотки якоря. Щетки снимают ток с коллектора, входя с ним в скользящий контакт. Удержание щеток в нужном положении и обеспечение их нажатия на коллектор с определенной силой осуществляется щеткодержателями.

Многие модели двигателей оснащены вентилятором, задача которого – охлаждение агрегата и увеличение продолжительности рабочего периода.

Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока позволяют широко использовать это устройство в самых разных сферах – от бытовых приборов до транспорта. К его преимуществам можно отнести:

• Экологичность. При работе не выделяются вредные вещества и отходы.
• Надежность. Благодаря довольно простой конструкции он редко ломается и служит долго.
• Универсальность. Он может использоваться в качестве как двигателя, так и генератора.
• Простота управления.
• Возможность регулирования частоты и скорости вращения вала – достаточно подключить агрегат в цепь переменного сопротивления.
• Легкость запуска.
• Небольшие размеры.
• Возможность менять направление вращения вала. В двигателе с последовательным возбуждением нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, во всех остальных типах – в якоре.

Как и любое устройство, электродвигатели постоянного тока имеют и «слабые стороны»:

• Их себестоимость, следовательно, и цена достаточно высока.
• Для подключения к сети необходим выпрямитель тока.
• Самая уязвимая и быстроизнашивающаяся деталь – щетки – требует периодической замены.
• При сильной перегрузке может случиться возгорание. Если соблюдать правила эксплуатации, такая возможность исключена.

Но, как видите, достоинства явно перевешивают, поэтому на данный момент электродвигатель является одним из наиболее экономичных и эффективных устройств. Зная устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока, вы сможете самостоятельно собрать и разобрать его для техосмотра, чистки или устранения неисправностей.

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока

Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

1. Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
2. Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.

Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.

Режимы работы электродвигателя в следующей статье.

Строение электродвигателя и его особенности

Электродвигатель – это устройство, назначение которого преобразовывать энергию электрическую в энергию механическую. Его главными элементами, которые помогают выполнять данное условие, являются ротор и статор. При этом, ротор – это вращающийся компонент двигателя, в то время как статор находится в неподвижном состоянии. Благодаря подаваемому напряжению возникает электромагнитное поле, которое и вращает ротор, выполняя механические действия. В зависимости о того, какие принципы используются в устройстве электродвигателей, их различают по следующим параметрам:

1. По типу питания:
   • Электродвигатели постоянного тока, работающие от блоков питания, аккумуляторных батарей и прочих источников;
   • Электродвигатели переменного тока, работающие от электрических сетей.
2. По принципу работы:

• Синхронные, состоящие из обмоток на роторе и щёточного механизма, предназначенного для подачи электрического тока на эти же обмотки;
• Асинхронные двигатели, не имеющие на роторе ни щёток, ни обмоток. Скорость вращения такого мотора медленнее, чем у созданного магнитного поля статора, что отличается от синхронных.

На сегодняшний день, любой каталог электродвигателей имеет в своём наборе больше агрегатов асинхронного действия. В корпусе такого двигателя установлены обмотки статора, создающие при вращении магнитное поле. Для охлаждения такой системы используется вентилятор, устанавливаемый на конце вала электродвигателя. При этом понятно, что вал и ротор являются одним целым. Изготовляется он из металлических, замкнутых между собой с обеих сторон стержней. Такая конструкция считается самой долговечной, надёжной и безотказной. Поэтому, если поломки и возникают, то это получается не из-за износа стержней, а через короткие замыкания либо износ подшипников.

Если же необходимо вращение в постоянной скорости с возможностью её регулировки, особенно в бытовых условиях, используют синхронный электродвигатель, работающий на переменном токе. Этот тип двигателя, не превосходит асинхронный в системе защиты от перепадов напряжения, коротких замыканий и прочих воздействий, поэтому, применяемая система плавного пуска электродвигателя здесь будет так же обязательным условием. Состоит синхронный двигатель из следующих элементов:

• металлический корпус;
• обмотки полюса;
• ротор или якорь, на котором имеются обмотки;
• коллектор или токосъёмное кольцо, к которым припаяны выводы с упомянутых выше обмоток;
• графитовые стержни, передающие напряжение на коллектор.

В процессе работы синхронного двигателя между потоком магнитных полей в обмотке возбуждения и током ротора возникает взаимодействие, которое создаёт вращающий момент. Если выполнять смену направления тока, будет выполняться и смена направления магнитных потоков. Это явление будет поддерживать вращение вала в одном и том же направлении. Для смены скорости таких двигателей, прежде всего, используют метод изменения напряжения, подаваемого в определённой величине на электродвигатель. Благодаря видоизменениям конструкций и мощностным показателям, двигатели переменного тока представлены к продаже в самом разнообразном модельном ряде, позволяющим использовать приводы не только в промышленных целях, но и бытовых, сельскохозяйственных и многих прочих.

Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Принцип действия электродвигателя

Электродвигателем называется устройство, принцип действия которого преобразование электрической энергии в механическую. Такое преобразование используется для запуска в работу всевозможных видов техники, начиная от самого простого рабочего оборудования и заканчивая автомобилями. Однако при всей полезности и продуктивности такого преобразования энергий, в данном свойстве есть небольшой побочный эффект, который проявляется в повышенном выделении тепла. Именно поэтому электрические двигатели оснащаются дополнительным оборудованием, которое способно охладить его и позволить работать в бесперебойном режиме.

Принцип работы электродвигателя – основные функциональные элементы

Любой электрический двигатель состоит из двух основных элементов, один из которых является неподвижным, такой элемент называется статором. Второй элемент является подвижным, эта часть двигателя называется ротором. Ротор электрического двигателя может быть выполнен в двух вариантах, а именно может быть короткозамкнутым и с обмоткой. Хотя последний тип на сегодняшний день является достаточно большой редкостью, поскольку сейчас повсеместно используются такие устройства, как частотные преобразователи.

Принцип действия электродвигателя основана на выполнении следующих этапов работы. Во время включения в сеть, в статоре начинает осуществлять вращение возникшее поле магнитного типа. Оно действует на обмотку статора, в которой при этом возникает ток индукционного типа. Согласно закону Ампера, ток начинает действовать на ротор, который под этим действием начинает свое вращение. Непосредственно частота вращения ротора напрямую зависит от того, какой силы действия возникает ток, а так же от того, какое количество полюсов при этом возникает.

Принцип работы электродвигателя – разновидности и типы

 

 

 

На сегодняшний день наиболее распространенными считаются двигатели, которые имеют магнитоэлектрический тип. Есть еще тип электродвигателей, которые называют гистерезисные, однако они не являются распространенными. Первый тип электродвигателей, магнитоэлектрического вида, могут подразделяться еще на два подтипа, а именно электродвигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.

Первый вид двигателей осуществляет свою работу от постоянного тока, эти типы электродвигателей используются тогда, когда возникает необходимость регулировки скоростей. Данные регулировки осуществляются посредством изменений напряжения в якоре. Однако сейчас существует большой выбор всевозможных преобразователей частот, поэтому такие двигатели стали применяться все реже и реже.

 

 

Двигатели переменного тока соответственно работают посредством действия тока переменного типа. Здесь так же имеется своя классификация, и двигатели делятся на синхронные и асинхронные. Их основным различием становится разница во вращении необходимых элементов, в синхронном движущая гармоника магнитов движется с той же скоростью, что и ротор. В асинхронных двигателях наоборот, ток возникает за счет разницы в скоростях движения магнитных элементов и ротора.

Благодаря своим уникальным характеристикам и принципам действия электродвигатели на сегодняшний день распространенны гораздо больше, чем скажем двигатели внутреннего сгорания, поскольку они обладают рядом преимуществ перед ними. Так коэффициент полезного действия электродвигателей является очень высоким, и может достигать почти 98%. Так же электродвигатели отличаются высоким качеством и очень долгим рабочим ресурсом,  они не издают много шума, и во время работы практически не вибрируют. Большим преимуществом такого типа двигателей является то, что они не нуждаются в топливе, и как результат не выделяют в атмосферу никаких загрязняющих веществ. К тому их использование является намного более экономичным, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.

Электродвигатель. Виды и применение. Работа и устройство

Электродвигатель представляет электромашину, перестраивающую электрическую энергию в механическую. Обычно электрическая машина реализует механическую работу благодаря потреблению приложенной к ней электроэнергии, преобразовывающейся во вращательное движение. Ещё в технике есть линейные двигатели, способные создавать сразу поступательное движение рабочего органа.

Особенности конструкции и принцип действия

Не важно какое конструктивное исполнение, но устройство любых электродвигателей однотипное. Ротор и статор находятся внутри цилиндрической проточки. Вращение ротора возбуждают магнитное поле, отталкивающее его полюса от статора (неподвижной обмотки). Сохранять постоянное отталкивание можно путём перекоммутации обмоток ротора, или образовав вращающееся магнитное поле непосредственно в статоре. Первый способ присущий коллекторным электродвигателям, а второй — асинхронным трехфазным.

Корпус любых электродвигателей обычно чугунный или выполнен из сплава алюминия. Однотипные двигатели, не смотря на конструкцию корпуса производятся с одинаковыми установочными размерами и электрическими параметрами.

Работа электродвигателя базируется на принципах электромагнитной индукции. Магнитная и электрическая энергия создают электродвижущуюся силу в замкнутом контуре, проводящем ток. Это свойство заложено в работу любой электромашины.

На движущийся электроток в середине магнитного поля постоянно воздействует механическая сила, стремительно пытающаяся отклонить направление зарядов в перпендикулярной силовым магнитным линиям плоскости. Во время прохождения электротока по металлическому проводнику либо катушке, механическая сила норовит подвинуть или развернуть всю обмотку и каждый проводник тока.

Назначение и применение электродвигателей

Электрические машины имеют много функций, они способны усиливать мощность электрических сигналов, преобразовывать величины напряжения либо переменный ток в постоянный и др. Для выполнения таких разных действий существуют многообразные типы электромашин. Двигатель представлят тип электрических машин, рассчитанных для преобразования энергии. А именно, этот вид устройств превращает электроэнергию в двигательную силу или механическую работу.

Он пользуется большим спросом во многих отраслях. Их широко используется в промышленности, на станках различного предназначения и в других установках. В машиностроении, к примеру, землеройных, грузоподъёмных машинах. Также они распространены в сферах народного хозяйства и бытовых приборах.

Классификация электродвигателей

Электродвигатель, является разновидностью электромашин по:

• Специфике, создающегося вращательного момента:
  — гистерезисные;
  — магнитоэлектрические.
• Строению крепления:
  — с горизонтальным расположением вала;
  — с вертикальным размещением вала.
• Защите от действий внешней среды:
  — защищённые;
  — закрытые;
  — взрывонепроницаемые.

В гистерезисных устройствах вращающий момент образуется путём перемагничивания ротора или гистерезиса (насыщения). Эти двигатели мало эксплуатируются в промышленности и не считаются традиционными. Востребованными являются магнитоэлектрические двигатели. Существует много модификаций этих двигателей.

Их разделяют на большие группы по типу протекающего тока:

• Постоянного тока.
• Переменного тока.
• Универсальные двигатели (работают на постоянном переменном токе).

Особенности магнитоэлектрических двигателей постоянного тока

С помощью двигателей постоянного тока создают регулируемые электрические приводы с высокими эксплуатационными и динамическими показателями.

Типы электродвигателей:

• С электромагнитами.
• С постоянными магнитами.

Группа электродвигателей, питание которых выполняется постоянным током, подразделяется на подвиды:

• Коллекторные. В этих электроприборах присутствует щёточно-коллекторный узел, обеспечивающий электрическое соединение неподвижной и вращающейся части двигателя. Устройства бывают с самовозбуждением и независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов.
• Выделяют следующие виды самовозбуждения двигателей:
  — параллельное;
  — последовательное;
  — смешанное.
• Коллекторные устройства имеют несколько минусов:
  — низкая надёжность приборов;
  — щёточно-коллекторный узел довольно сложная в обслуживании составляющая часть магнитоэлектрического двигателя.
• Безколлекторные (вентильные). Это двигатели с замкнутой системой, работающие по аналогичному принципу работы синхронных устройств. Оснащены датчиком положения ротора, преобразователем координат, а также инвертором силовым полупроводниковым преобразователем.

Эти машины выпускаются различных размеров от самых маленьких низковольтных до громадных размеров (в основном до мегаватта). Миниатюрными электродвигателями оснащены компьютеры, телефоны, игрушки, аккумуляторные электроинструменты и т.п.

Применение, плюсы и минусы электродвигателей постоянного тока

Электромашины постоянного тока применяют в разных областях. Ими комплектуют подъёмно-транспортные, красочно-отделочные производственные машины, а также полимерное, бумажное производственное оборудование и т.д. Часто электрический двигатель этого типа встраивают в буровые установки, вспомогательные агрегаты экскаваторов и другие виды электротранспорта.

Преимущества электрических двигателей:

• Лёгкость в управлении и регулировании частоты вращения.
• Простота конструкции.
• Отменные пусковые свойства.
• Компактность.
• Возможность эксплуатации в разных режимах (двигательном и генераторном).

Минусы двигателей:

• Коллекторные двигатели требуют трудное профилактическое обслуживание щёточно-коллекторных узлов.
• Дороговизна производства.
• Коллекторные устройства имеют не большой срок службы из-за изнашивания самого коллектора.

Электродвигатель переменного тока

В электродвигателях переменного тока электроток описывается по синусоидальному гармоническому закону, периодично меняющему свой знак (направление).

Статор этих устройств изготавливают из ферромагнитных пластинок, имеющих пазы для помещения в них витков обмотки с конфигурацией катушки.

Электродвигатели по принципу работы бывают синхронными и асинхронными. Главным их отличием является то, что скорость магнитодвижущей силы статора в синхронных приборах равна скорости вращения ротора, а в асинхронных двигателях эти скорости не совпадают, обычно ротор вращается медленнее поля.

Синхронный электродвигатель

Из-за одинакового (синхронного) вращения ротора с магнитным полем, аппараты именуют синхронными электродвигателями. Их подразделяют на подвиды:

• Реактивный.
• Шаговый.
• Реактивно-гистерезисный.
• С постоянными магнитами.
• С обмотками возбуждения.
• Вентильный реактивный.
• Гибридно-реактивный синхронный двигатель.

Большая часть компьютерной техники оснащена шаговыми электродвигателями. Преобразование энергии в этих устройствах основано на дискретно угловом передвижении ротора. Шаговый  электродвигатель имеет высокую продуктивность, независящую от их мизерных размеров.

Достоинства синхронных двигателей:

• Стабильность частоты вращения, что не зависит от механических нагрузок на валу.
• Низкая чувствительность к скачкам напряжения.
• Могут выступать в роли генератора мощности.
• Снижают потребление мощности, предоставляемой электростанциями.

Недостатки в синхронных устройствах:

• Сложности с запуском.
• Сложность конструкции.
• Затруднения в регулировки частоты вращения.

Недостатки синхронного двигателя, делают более выгодным для использования электродвигатель асинхронного типа. Тем не менее, большинство синхронных двигателей из-за их работы с постоянной скоростью востребованы для установок в компрессоры, генераторы, насосы, а также крупные вентиляторы и пр. оборудование.

Асинхронный электродвигатель

Статор асинхронных двигателей представляет распределённую двухфазную, трехфазную, реже многофазную обмотку. Ротор выполняют в виде цилиндра, используя медь, алюминий либо металл. В его пазы залиты либо запрессованные токопроводящие жилы к оси вращения под определённым углом. Они соединяются в одно целое на торцах ротора. Противоток возбуждается в роторе от переменного магнитного поля статора.

По конструктивным особенностям выделяют два вида асинхронных двигателей:

• С фазным ротором.
• С короткозамкнутым ротором.

В остальном конструкция приборов не имеет отличий, статор у них абсолютно одинаковый. По числу обмоток выделяют такие электродвигатели:

• Однофазные. Этот тип двигателей самостоятельно не запускается, ему требуется стартовый толчок. Для этого применяется пусковая обмотка либо фазосдвигающая цепь. Также приборы запускаются вручную.
• Двухфазные. В этих устройствах присутствуют две обмотки со смещёнными на угол фазами. В приборе возникает вращающееся магнитное поле, напряженность которого в полюсах одной обмотки нарастает и синхронно спадает в другой.
  Двухфазный электродвигатель может самостоятельно запускаться, но с реверсом присутствуют сложности. Часто этот тип устройств подключают к однофазным сетям, включая вторую фазу через конденсатор.
• Трехфазные. Достоинством этих типов электродвигателей является легкий реверс. Основные части двигателя – это статор с тремя обмотками и ротор. Позволяет плавно регулировать скорость ротора. Эти приборы довольно востребованы в промышленности и технике.
• Многофазные. Состоят эти устройства из встроенной многофазной обмотки в пазах статора на его внутренней поверхности. Эти двигатели гарантируют высокую надёжность при эксплуатации и считаются усовершенствованными моделями двигателей.

Асинхронные электрические двигатели значительно облегчают работу людей, поэтому они незаменимы во многих сферах.

Достоинствами этих приборов, которые сыграли роль в их популярности, являются следующие моменты:

• Простота производства.
• Высокая надёжность.
• Не нуждаются в преобразователях для включения в сеть.
• Небольшие расходы при эксплуатации.

Ко всему этому, можно добавить относительную стоимость асинхронных приборов. Но они также имеют и недостатки:

• Невысокий коэффициент мощности.
• Трудность в точной регулировке скорости.
• Маленький пусковой момент.
• Зависимость от напряжения сети.

Но благодаря питанию электродвигателя с помощью частотного преобразователя, некоторые недостатки устройств устраняются. Поэтому потребность асинхронных моторов не падает. Их применяют в приводах разных станков в областях металлообработки, деревообработки и пр. В них нуждаются ткацкие, швейные, землеройные, грузоподъёмные и другие виды машин, а также вентиляторы, насосы, центрифуги, разные электроинструменты и бытовые приборы.

Похожие темы:

Устройство электродвигателя постоянного тока

Электрический двигатель – это электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии, поступающей от источника тока в механическую энергию. Часть потребляемой электроэнергии расходуется на перемагничивание ферромагнетиков, преодоление электрического сопротивления и силы трения, что сопровождается образованием тепла.

Электродвигатель, работающий от источника постоянного тока, называют двигателем постоянного тока. В зависимости от особенностей конструкции электрические двигатели постоянного тока подразделяются на коллекторные и бесколлекторные. Рассмотрим устройство двигателя постоянного тока на примере изделия коллекторной конструкции. Основные элементы электродвигателя постоянного тока: статор, ротор, коллектор и токопроводящие щетки.

Статор, он же индуктор, – неподвижная часть машины, в большинстве вариантов исполнения – внешняя. Статор состоит из станины и магнитных полюсов. В зависимости от конструкции двигателя на статоре могут устанавливаться постоянные магниты, электромагниты с обмотками возбуждения или короткозамкнутые обмотки. Кроме основных магнитных полюсов на статоре могут устанавливаться дополнительные полюса. Статор необходим для создания магнитного потока в системе.

Подвижная вращающаяся часть машины, как правило, внутренняя – ротор или якорь. Ротор электродвигателя постоянного тока состоит из многочисленных катушек с токопроводящими обмотками, по которым проходит электрический ток. Количество катушек в конструкции ротора может достигать нескольких десятков. Таким образом частично устраняется неравномерность крутящего момента, уменьшается коммутируемый ток, обеспечивается оптимальное взаимодействие магнитных полей статора и ротора.

Щеточно-коллекторный узел представляет собой связующее звено между ротором и статором. В коллекторе объединены выводы всех катушек ротора. Этот узел служит переключателем тока со скользящими контактами и дополнительно выполняет функции датчика углового положения ротора.

Щетки – неподвижные контакты, подводящие ток к ротору. Чаще всего в двигателях применяются медно-графитовые и графитовые щетки. При вращении ротора происходит замыкание и размыкание контактов коллектора. При этом в обмотках ротора происходят переходные процессы, приводящие к искрению. Искрение и трение при работе двигателя постоянного тока приводят к тому, что щеточно-коллекторный узел является самым уязвимым элементом конструкции. Для уменьшения искрения чаще всего используется установка дополнительных полюсов. Порядка 25% поломок электродвигателей происходит по причине неисправности щеточно-коллекторного узла. В некоторых областях применения электродвигателей постоянного тока поломки по причине износа щеточно-коллекторного узла составляют свыше 60% от общего количества.

При подаче тока на ротор, помещенный в магнитное поле статора, в системе возникает момент силы, под действием которого ротор начинает вращаться. Направление вращения ротора зависит от направления тока. Чтобы ротор вращался в одном и том же направлении, направление тока в нем должно оставаться постоянным. Это условие выполняется с помощью коллекторного узла. Механическая энергия вращения ротора передается другим механизмам посредством присоединенного к ротору шкива и ременной передачи.

Устройство и принцип работы электроинструмента

Содержание:

1. 1. Коллекторный электродвигатель постоянного тока
1. 1.1. Принцип действия
2. 1.2. Недостатки
2. 2. Бесколлекторный двигатель
3. 3. Редуктор
1. 3.1. Особенности редукторов
4. 4. Устройства управления
5. 5. Для безопасной работы

Двигатель, редуктор, устройства управления и детали для безопасной работы — вот основные узлы каждого электроинструмента. Для ручной машины важно, что бы она была как можно легче и меньше. Кроме того, от нее требуется высокая скорость, которую можно регулировать. Этим условиям отвечают двигатели постоянного тока. Они подразделяются на коллекторные и вентильные.

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Что бы понять, как электрическая энергия превращается в механическую, познакомимся с устройством двигателя. Его основные узлы: статор (индуктор), ротор (якорь) и примыкающий к нему щеточноколлекторный узел.

Статор — неподвижная стальная деталь, к которой прикрепляются главные и добавочные полюсы. Обмотка главных полюсов создает магнитное поле, а добавочная улучшает работу коллектора.

Вращающийся ротор устанавливается на валу. Он состоит из сердечника и обмотки. Ее концы соединяются с пластинами коллектора, к которому, в свою очередь, примыкают щетки – через них обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Щетки занимают определенное положение по отношению к полюсам двигателя. В некоторых электроинструментах имеется поворотный щеткодержатель-траверса, благодаря ему положение щеток можно изменять. Это позволяет сохранить мощность при работе в режиме реверса. В остальных случаях вращение в обратном режиме включают электронные магнитные пускатели.

Принцип действия

Двигатель работает за счет электромагнитной индукции. При подаче напряжения на графитовые щетки, они замыкаются с ротором. По его обмотке проходит электрический ток. Так как ротор находится внутри магнитного поля статора, на него начинают действовать силы Ампера. На концах якоря они направлены в противоположные стороны, что создает крутящий момент. Ротор поворачивается на 180°. В этот момент крутящий момент становится равным нулю. Что бы вращение продолжалось необходимо переключить направление тока — провести коммутацию. По коллектору, который начал вращаться вместе с ротором, скользят щетки, в нужный момент они переходят с одной пластины на другую, меняя направление тока в обмотках ротора.

Частота вращения двигателя регулируется за счет изменения магнитного поля статора, которое в свою очередь генерируется током возбуждения двигателя. На этот ток можно повлиять реостатом, транзистором, т. е. любым устройством с активным сопротивлением. Таким образом, осуществляется электронная регулировка скорости.

Недостатки

Слабое место коллекторного двигателя — графитовые щетки, в процессе эксплуатации они истираются. При интенсивной нагрузке их приходится часто заменять. Кроме того, такой двигатель шумит и вибрирует во время работы, особенно на больших скоростях. Бороться с этими недостатками помогает использование в конструкциях качественных деталей и внешних антивибрационных элементов.

Бесколлекторный двигатель

Существует вид двигателей постоянного тока, в которых отсутствует щеточно-коллекторный узел. Ток в них изменяется с помощью электронных переключателей, что избавляет конструкцию от наличия щеток. Такие моторы называют вентильными. Принцип их работы аналогичен описанному выше. От коллекторных их отличает конструкция: магниты размещены на роторе, а обмотка на статоре.

Датчик углового положения ротора указывает электронному блоку, когда нужно менять направление тока. Единственный недостаток вентильного двигателя — дорогостоящие детали. По этой причине в ручных электроинструментах в основном используются коллекторные двигатели, с вентильным — лишь единичные модели: компании Makita и Hitachi предлагают аккумуляторные ударные шуруповерты, называя их инструментами будущего.

Редуктор

Механическую энергию, которую вырабатывает двигатель, нужно передать на рабочий орган машины (шпиндель). Эту функцию выполняет редуктор. Часто его называют понижающим. Скорость вращения входного вала высокая, механическая передача (одна или несколько) преобразует ее так, что на выходном валу получается меньшее число оборотов, но высокий крутящий момент.

В ручных машинах применяют разнообразные виды механических передач: зубчатая, ременная, цепная, планетарная. В большинстве случаев на выходе получается вращение. Но есть инструменты, в которых этот вид движения преобразуется в другой.

Ударный механизм перфоратора работает следующим образом. На валу установлен «пьяный» подшипник — качающийся привод, которой преобразует вращательное движение от двигателя в поступательное – цилиндра. В пространстве между цилиндром, поршнем и бойком, находится воздух. Он сжимается и заставляет поршень перемещаться сначала вперед к бойку, а затем возвращает его в исходное положение.

Редуктор электролобзика преобразует вращение вала двигателя в возвратно-поступательное движение ползуна. Расположенный вертикально ползун перемещает пилку вниз и вверх. Пилка опирается на опорный ролик. Наличие функции маятникового хода означает, что опорный ролик и вилка, на которой он держится, могут отклоняться назад. В результате пилка, кроме основного, совершает движение вперед и назад. Это увеличивает скорость прямолинейного реза. Ступени маятникового хода задаются степенью отклонения ролика.

В вибрационных шлифмашинах эксцентрик, установленный на валу, так преобразует вращательное движение, что подошва всего лишь колеблется с маленькой амплитудой. В эксцентриковых шлифовальных машинах вращательное движение рабочего органа сохраняется, но эксцентрик добавляет ему колебания. Такие преобразования позволяют выполнять с помощью этих инструментов тонкую шлифовку.

Особенности редукторов

Для пользователя имеет значение, из каких деталей изготовлен редуктор, от этого зависит его надежность и срок службы всего электроинструмента. В моделях бытового класса часто используются шестерни из пластмассы, в профессиональных — редуктор полностью металлический. Преимуществом считается, если и корпус то же выполнен из металла. В этом случае инструмент лучше выдерживает большие нагрузки и удары.

Важной функцией, которую может выполнять редуктор, является ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала. Она доступна на отдельных моделях дрелей, шуруповертов. Механическое переключение скоростей позволяет работать с меньшей скоростью и большим крутящим моментом на первой передаче и с более высоким числом оборотов – на второй. Если сравнить технические характеристики в цифрах, то можно сразу заметить, что инструменты с двухскоростным (трехскоростные встречаются редко) редуктором отличаются большим числом оборотов по сравнению с обычными моделями, в которых обороты регулируются только электроникой. Эта особенность обеспечивает высокую производительность и оптимальный подбор режима работы.

Устройства управления

Для питания двигателя в электроинструментах используются различные схемы, в том числе микропроцессорные электроприводы. Обязательным элементом любой системы является выпрямитель. Он преобразует переменный ток сети в постоянный, который подается на электродвигатель. В аккумуляторных инструментах, которые питаются от батарей, выпрямитель не требуется.

Скорость вращения регулирует преобразователь частоты. Самый простой его вариант — это несколько реле, с помощью которых число оборотов можно установить вручную. В систему так же могут входить магнитные пускатели с кнопкой для изменения направления вращения двигателя (функция реверса). Устройство управления двигателем размещают под рукояткой или вблизи нее, где на корпус выводятся курок-выключатель, колесико регулировки скорости, кнопка реверса.

Для безопасной работы

К ручным инструментам предъявляются особые требования, связанные с безопасностью работы. Электропроводящие детали покрывают специальным материалом для защиты пользователя от поражения током. Многие производители, кроме основной изоляции, на случай ее повреждения, применяют дополнительную, получая, таким образом, двойную. Остальные защитные устройства, такие как муфты, фиксаторы применяются в зависимости от вида инструмента.

Электродвигатель – Energy Education

Рисунок 1. Электродвигатель от старого пылесоса. ^[1] Рисунок 2. Электрический ротор. ^[2]

Электродвигатель – это устройство, используемое для преобразования электричества в механическую энергию, противоположное электрическому генератору. Они работают с использованием принципов электромагнетизма, которые показывают, что сила прилагается, когда электрический ток присутствует в магнитном поле. Эта сила создает крутящий момент на проволочной петле, присутствующей в магнитном поле, которая заставляет двигатель вращаться и выполнять полезную работу.Двигатели используются в широком спектре приложений, таких как вентиляторы, электроинструменты, бытовая техника, электромобили и гибридные автомобили.

Как они работают

У двигателей

есть много разных рабочих частей, чтобы они постоянно вращались, обеспечивая необходимую мощность. Двигатели могут работать от постоянного (DC) или переменного (AC) тока, и оба имеют свои преимущества и недостатки. Для целей этой статьи будет проанализирован двигатель постоянного тока, чтобы прочитать о двигателях переменного тока, нажмите здесь.

Основные части двигателя постоянного тока включают: ^[3]

• Статор: Неподвижная часть двигателя, а именно магнит.Электромагниты часто используются для увеличения мощности.

• Ротор: Катушка, которая установлена ​​на оси и вращается с высокой скоростью, обеспечивая систему механической энергией вращения.

• Коммутатор: Этот компонент является ключевым в двигателях постоянного тока, и его можно увидеть на рисунках 3 и 4. Без него ротор не смог бы вращаться непрерывно из-за противодействующих сил, создаваемых изменяющимся током. Коммутатор позволяет ротору вращаться, меняя направление тока каждый раз, когда катушка делает пол-оборота.

• Щетки: Они подключаются к клеммам источника питания, позволяя электроэнергии течь в коммутатор.

• Двигатель постоянного тока

• Рисунок 3: Базовая установка двигателя постоянного тока. ^[3]

• Рисунок 4: Анимация двигателя в действии. Коммутатор вращается, чтобы ротор вращался непрерывно. ^[3]

Список литературы

Электродвигатели

: что это такое и как они работают?

Электродвигатели используются постоянно для питания устройств, которые мы используем каждый день.Будь то вентилятор, охлаждающий вас в жаркий день, двигатель воздуходувки для листьев или электромобиль, без электродвигателей, мир был бы совсем другим.

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель – это машина, которая может преобразовывать электрическую энергию в механическую (в частности, кинетическую энергию или энергию движения). Обычно это достигается за счет использования взаимосвязи между электричеством и магнетизмом.

Электродвигатели могут питаться от переменного тока, например, от сетевой розетки, или постоянного тока, например от аккумулятора.

Как работает электродвигатель?

Основной принцип, лежащий в основе электродвигателя, заключается в том, что катушка с проволокой должна свободно вращаться в присутствии внешнего магнитного поля.

Когда ток проходит через катушку с проволокой, взаимодействие между током и полем создает крутящий момент, заставляющий катушку вращаться. Это вращение можно использовать, например, для вращения шин игрушечной машины, или оно может приводить в движение коленчатый вал и преобразовывать вращательное движение в поступательное.

Как сделать свой собственный электродвигатель

Иногда лучший способ понять, как работает двигатель, – это построить его самостоятельно. Вы можете построить простой двигатель постоянного тока из обычных предметов домашнего обихода.

Посылая ток через провод тщательно продуманной формы в присутствии магнитного поля, мы можем создать часть нашей цепи, которая будет вращаться, позволяя нам преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Сделайте катушку из проволоки, обернув ее вокруг ячейки “D” 1.Аккумулятор 5 В несколько раз (аккумулятор служит формой; снимите катушку, когда закончите намотку). Оставьте примерно 2-3 см торча с обоих концов. Убедитесь, что все витки намотаны в одном направлении.

Катушка должна быть хорошо сбалансирована на этих концах, чтобы она могла легко поворачиваться при установке в подставку, предусмотренную скрепками. Вы должны удерживать катушку вместе, скручивая последнюю петлю вокруг катушек, чтобы намотать катушки вместе.

Когда катушка находится в показанном положении, с одного из концов провода, который будет контактировать со скрепками, изоляция должна быть удалена только с нижней стороны.Другой конец должен быть полностью обнажен в месте контакта со скрепкой. Таким образом, примерно половину времени через катушку будет проходить ток.

Согните две скрепки так, чтобы они удерживали катушку, как показано, и закрепили их на месте.

Поместите постоянный магнит под катушку.

Подключите источник питания, например батарею D, которую вы использовали в качестве формы, к скрепкам.

Попробуйте запустить двигатель, слегка покрутив катушку. Попробуйте, настройте, попробуйте, настройте, попробуйте и снова настройтесь, пока не добьетесь успеха!

Как это работает?

Если катушка ориентирована, как показано на изображении, ток проходит через катушку по часовой стрелке, а магнитное поле направлено вверх, тогда верх катушки будет ощущать силу, указывающую наружу (относительно экрана компьютера, на котором вы это смотрите. ), и нижняя часть катушки почувствует направленную внутрь силу.Это заставит катушку вращаться.

Как только ваша катушка повернется на 180 градусов, ток будет течь против часовой стрелки. Однако, поскольку вы сняли половину провода, ток не будет течь, пока катушка перевернута. Это сделано для того, чтобы в итоге сила в противоположном направлении не заставляла катушку разворачиваться, а не продолжать.

При условии, что первоначальный толчок из-за поля достаточно силен, катушка перевернется на 180 градусов, сделав полный оборот, к концу которого ток течет таким образом, что сила заставляет ее сделать еще один оборот, как и раньше. .Если все достаточно хорошо сбалансировано, мотор должен вращаться довольно быстро и долго.

Запчасти для промышленных двигателей

К компонентам промышленного двигателя относятся следующие:

Якорь является силовой частью двигателя. Он может быть расположен на роторе (вращающаяся часть) или на статоре (неподвижная часть). Якорь состоит из катушек проволоки, которые взаимодействуют с магнитным полем при прохождении тока.В нашем самодельном двигателе катушка была якорем и ротором, а скрепки – статором.

Щетки позволяют передавать ток на ротор при его вращении. В нашем самодельном моторе точка контакта скрепок и медного провода служила той же цели.

Коммутатор служит для периодического изменения направления тока. Это необходимо для двигателя постоянного тока или двигателя постоянного тока, но обычно не требуется для двигателя переменного тока или двигателя переменного тока, потому что ток уже меняет направление.Мы добились включения / выключения тока в нашем двигателе, оставив одну сторону контактного провода изолированной.

A полевой магнит или полевые катушки (электромагниты) создают необходимое магнитное поле.

Ось представляет собой стержнеобразную деталь, совмещенную с осью вращения ротора, так что она вращается вместе с ротором. Горизонтальные концы нашего самодельного мотора были по сути осью.

Шестерня – это небольшая шестерня, которая может использоваться для передачи движения двигателя другому объекту или части машины.

Типы электродвигателей

Электродвигатели бывают разных типов. Хотя сначала они подразделяются на двигатели переменного и постоянного тока, возможны и многие другие варианты. Будь то тяжелые, легкие, сельскохозяйственные или общие, здесь перечислены лишь некоторые из множества типов.

Однофазный двигатель работает от одного источника переменного тока.

Трехфазный двигатель – это двигатель, который приводится в действие тремя переменными токами одинаковой частоты, не совпадающими по фазе друг с другом.

Синхронный двигатель – это двигатель, период вращения которого кратен частоте переменного тока.

В асинхронном асинхронном двигателе или электрический ток в роторе создается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.

Шаговый двигатель – это бесщеточный двигатель постоянного тока, который прерывает полное вращение на равные ступени. Мотор может двигаться и удерживаться на любом из шагов.

Электрогенераторы

Электрогенераторы являются реверсом электродвигателей; они берут механическую энергию и преобразуют ее в электрическую. Это можно сделать разными способами.

Например, энергия ветра может использоваться для вращения лопастей вентилятора ветрогенератора, которые вращают ротор внутри генератора, и возникающая в результате электромагнитная индукция вызывает протекание тока. Аналогичным образом работают гидроэлектростанции: падающая вода вращает лопасти турбины.

Как работают электродвигатели?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2020 г.

Щелкните выключателем и мгновенно получите власть – как наши предки любили электродвигатели! Вы можете найти их во всем, начиная с электропоезда с дистанционным управлением автомобили – и вы можете быть удивлены, насколько они распространены. Сколько электрических моторы сейчас есть в комнате с тобой? Наверное, два в вашем компьютере для начала, один круто ездить, а еще один питает охлаждающий вентилятор.Если вы сидите в спальне, вы найдете моторы в фенах и многих игрушки; в ванной – вытяжки и электробритвы; На кухне моторы есть практически во всех устройствах, от стиральных и посудомоечных машин до кофемолок, микроволновых печей и электрических консервных ножей. Электродвигатели зарекомендовали себя среди лучших изобретения всех времен. Давайте разберемся и узнаем, как они работай!

Фото: Даже небольшие электродвигатели на удивление тяжелые.Это потому, что они набиты туго намотанной медью и тяжелыми магнитами. Это мотор от старой электрической газонокосилки. Вещь медного цвета в сторону В передней части оси с прорезями находится коммутатор, удерживающий двигатель вращение в том же направлении (как описано ниже).

Как электромагнетизм заставляет двигатель двигаться?

Основная идея электродвигателя действительно проста: вы помещаете в него электричество с одного конца, а ось (металлический стержень) вращается на другом конце, давая вам возможность управлять машина какая то.Как это работает на практике? Как именно ваш преобразовать электричество в движение? Чтобы найти ответ на этот вопрос, у нас есть вернуться во времени почти на 200 лет.

Предположим, вы берете кусок обычного провода, превращаете его в большую петлю, и положите его между полюсами мощной постоянной подковы магнит. Теперь, если вы подключите два конца провода к батарее, провод будет прыгать кратко. Удивительно, когда видишь это впервые. Это прямо как по волшебству! Но есть совершенно научный объяснение.Когда электрический ток начинает течь по проводу, он создает магнитное поле вокруг него. Если разместить провод рядом с постоянным магнит, это временное магнитное поле взаимодействует с постоянным поле магнита. Вы знаете, что два магнита расположены рядом друг с другом. либо притягивать, либо отталкивать. Таким же образом временный магнетизм вокруг провода притягивает или отталкивает постоянный магнетизм от магнит, и это то, что заставляет проволоку подпрыгивать.

Правило левой руки Флеминга

Вы можете определить направление, в котором будет прыгать провод, используя удобная мнемоника (вспомогательная память), называемая правилом левой руки Флеминга (иногда называется Motor Rule).

Вытяните большой, указательный и второй пальцы левой руки. рука так, чтобы все три были под прямым углом. Если вы укажете вторым пальцем в направлении Течения (который течет от положительного к положительному отрицательная клемма АКБ), а Первая палец в направление поля (которое течет с севера на южный полюс магнит), ваш thuMb будет показать направление, в котором провод Движется.

Это …

• Первый палец = Поле
• SeCond палец = текущий
• ЧтМб = Движение

Несколько слов о текущем

Если вас смущает то, что я говорю, что ток течет с положительного на отрицательный, это просто историческое соглашение.Такие люди, как Бенджамин Франклин, помогли разобраться тайна электричества еще в 18 веке, считали, что это поток положительных зарядов, так что он перетекал с положительного на отрицательный. Мы называем эту идею условным током. и до сих пор используют его в таких вещах, как правило левой руки Флеминга. Теперь у нас есть лучшие идеи о том, как электричество работает, мы склонны говорить о токе как о потоке электронов от отрицательного к положительному в направлении , противоположном направлению по отношению к обычному току.Когда вы пытаетесь вычислить вращение двигателя или генератора, обязательно помните, что ток означает обычный ток , а не поток электронов.

Как работает электродвигатель – теоретически

Фото: Электрик ремонтирует электродвигатель. на борту авианосца. Блестящий металл, который он использует, может выглядеть как золото, но на самом деле это медь, хороший проводник, который намного дешевле. Фото Джейсона Якобовица любезно предоставлено ВМС США.

Связь между электричеством, магнетизмом и движением изначально была открыт в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампер (1775–1867), и это фундаментальная наука, лежащая в основе электродвигателя. Но если мы хотим превратить это удивительное научное открытие в более практическое Немного технологий для питания наших электрических косилок и зубных щеток, мы должны пойти немного дальше. Изобретателями, которые сделали это, были англичане Майкл Фарадей (1791–1867). и Уильям Стерджен (1783–1850) и американец Джозеф Генри (1797–1878).Вот как они пришли к своему гениальному изобретению.

Предположим, мы сгибаем нашу проволоку в квадратную U-образную петлю, так что эффективно два параллельных провода, проходящие через магнитное поле. Один из них отводит электрический ток от нас по проводам, а другой один возвращает ток обратно. Поскольку ток течет в в противоположных направлениях проводов, Правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включите электричество, один из проводов двинется вверх и другой будет двигаться вниз.

Если бы катушка с проволокой могла продолжать двигаться вот так, она бы вращалась непрерывно – и мы будем на пути к созданию электрического мотор. Но этого не может произойти с нашей нынешней настройкой: провода будут быстро запутаться. Не только это, но если бы катушка могла вращаться далеко хватит, что-нибудь еще случится. Как только катушка достигла вертикали положение, он перевернется, и электрический ток будет течь через него в противоположном направлении. Теперь силы на каждого сторона катушки перевернется.Вместо непрерывного вращения в в том же направлении, он двинется назад в том же направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электропоезд с таким двигателем: он будет держать перетасовки назад и вперед на месте, даже не идя куда угодно.

Как работает электродвигатель – на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них – использовать своего рода электрический ток, который периодически меняет направление, что известно как переменный ток (AC). В виде небольших батарейных двигатели, которые мы используем дома, лучшее решение – добавить компонент назвал коммутатором концы катушки.(Не беспокойтесь о бессмысленных технических имя: это немного старомодное слово «коммутация» немного похоже на слово «добираться до работы». Это просто означает изменение взад и вперед в одном и том же путь, который ездит на работу, означает путешествовать туда и обратно.) В простейшей форме Коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины и его задача – реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждая половина коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя.Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных разъемы, называемые щетками, сделали либо из кусочков графита (мягкий уголь, похожий на карандаш “свинец”) или тонкие отрезки упругого металла, который (как название предполагает) “задела” коммутатор. С коммутатор на месте, когда электричество течет по цепи, катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Художественное произведение: упрощенная схема деталей в электрическом мотор. Анимация: как это работает на практике.Обратите внимание, как коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка поворачивается. наполовину. Это означает, что сила на каждой стороне катушки всегда толкая в том же направлении, что позволяет катушке вращаться по часовой стрелке.

Такой простой экспериментальный двигатель, как этот, не способен производить большая мощность. Мы можем увеличить усилие поворота (или крутящий момент) что двигатель может творить тремя способами: либо у нас может быть больше мощный постоянный магнит, или мы можем увеличить электрический ток протекает через провод, или мы можем сделать катушку так, чтобы в ней было много «витки» (петли) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки.На практике двигатель также имеет постоянный магнит, изогнутый в круглой формы, так что он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большее усилие, которое может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных частей, вы можете думать о двигателе как о двух основных компонентах:

• По краю корпуса двигателя находится постоянный магнит (или магниты), который остается статичным, поэтому его называют статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью, и это называется ротором. Ротор также включает в себя коммутатор.

Универсальные двигатели

Такие двигатели постоянного тока

отлично подходят для игрушек с батарейным питанием (таких как модели поездов, радиоуправляемые автомобили или электробритвы), но вы не найдете их во многих бытовых приборах. Мелкие бытовые приборы (например, кофемолки или электрические блендеры) обычно используют так называемые универсальные двигатели , которые могут питаться как от переменного, так и от постоянного тока.В отличие от простого двигателя постоянного тока, универсальный двигатель имеет электромагнит вместо постоянного магнита, и он получает энергию от источника постоянного или переменного тока, который вы питаете:

• Когда вы питаетесь постоянным током, электромагнит работает как обычный постоянный магнит и создает магнитное поле, которое всегда направлено в одном направлении. Коммутатор меняет направление тока катушки каждый раз, когда катушка переворачивается, как в простом двигателе постоянного тока, поэтому катушка всегда вращается в одном и том же направлении.
• Однако, когда вы подаете переменный ток, ток, протекающий через электромагнит, и ток, протекающий через катушку , как , меняют направление, точно синхронно, поэтому сила на катушке всегда в одном направлении, а двигатель всегда вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки.А как насчет коммутатора? Частота тока изменяется намного быстрее, чем вращается двигатель, и, поскольку поле и ток всегда синхронизированы, на самом деле не имеет значения, в каком положении находится коммутатор в любой данный момент.

Анимация: Как работает универсальный двигатель: Электроснабжение питает как магнитное поле, так и вращающуюся катушку. С источником постоянного тока универсальный двигатель работает так же, как и обычный двигатель постоянного тока, как указано выше. При питании от сети переменного тока и магнитное поле, и ток в катушке меняют направление каждый раз, когда ток питания меняется на противоположное.Это означает, что сила, действующая на катушку, всегда направлена ​​в одну сторону.

Фото: Типичный универсальный двигатель: основные части двигателя среднего размера от кофемолки, которая может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Серый электромагнит по краю – это статор (статическая часть), и он питается от катушек оранжевого цвета. Обратите внимание на прорези в коллекторе и прижимающиеся к нему угольные щетки, которые обеспечивают питание ротора (вращающейся части). Асинхронные двигатели в таких вещах, как электрические железнодорожные поезда, во много раз больше и мощнее, чем эти, и всегда работают с использованием переменного тока высокого напряжения (AC) вместо постоянного тока низкого напряжения (DC) или переменного тока умеренно низкого напряжения в домашних условиях. который приводит в действие универсальные двигатели.

Электродвигатели прочие

В простых двигателях постоянного тока и универсальных двигателях ротор вращается внутри статора. Ротор представляет собой катушку, подключенную к источнику электропитания, а статор представляет собой постоянный магнит или электромагнит. Большие двигатели переменного тока (используемые в таких вещах, как заводские машины) работают немного по-другому: они пропускают переменный ток через противоположные пары магнитов, чтобы создать вращающееся магнитное поле, которое «индуцирует» (создает) магнитное поле в роторе двигателя, вызывая это вращаться.Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье об асинхронных двигателях переменного тока. Если вы возьмете один из этих асинхронных двигателей и «развернете» его так, чтобы статор фактически превратился в длинную непрерывную дорожку, ротор может катиться по нему по прямой. Эта гениальная конструкция известна как линейный двигатель, и вы найдете ее в таких вещах, как заводские машины и плавучие железные дороги «маглев» (магнитная левитация).

Еще одна интересная конструкция – бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC). Статор и ротор эффективно меняются местами, при этом несколько железных катушек статичны в центре и постоянный магнит вращается вокруг них, а коммутатор и щетки заменяются электронной схемой.Вы можете прочитать больше в нашей основной статье о мотор-редукторах. Шаговые двигатели, которые вращаются на точно контролируемые углы, представляют собой разновидность бесщеточных двигателей постоянного тока.

ошибка 404

DE английский Открытый выбор страны и языка

Закрыть Закрыть выбор страны и языка

Выбор страны и языка

Вы уже вошли в систему.Вы можете изменить языковые настройки в разделе «Личные данные».

Страна / регион

Если вы выберете другую страну / регион, вы можете потерять несохраненные данные, например в корзине.

[# / languages.languages.length #] [# country #] [# /languages.length #]. [# # languages.length #] Хотите перейти на сайт [# country #]

? [# /languages.length #] [# # languages.length #] Язык [# #languages ​​#] [# имя #] [# / languages ​​#] [# / languages.длина #] [# #адрес #]

[# # address.lines #]

[#. #]

[# /address.lines #]
[# # address.tel #]

тел. [# address.tel #]

[# /address.tel #] [# # address.fax #]

Факс: [# address.fax #]

[# /address.fax #] [# #адрес.электронное письмо #]

Электронная почта: [# address.email #]

[# /address.email #] [# # address.url #]

На сайт

[# /address.url #]

[# /адрес #] [# # languages.length #] [# /languages.length #] [# /при поддержке #] [# #продажи #]

[# имя #] обслуживается дилером по адресу [# адрес.страна #] ..

[# #адрес #]

[# # address.lines #]

[#. #]

[# /address.lines #]
[# # address.tel #]

тел. [# address.tel #]

[# /address.tel #] [# # address.fax #]

Факс: [# address.fax #]

[# /адрес.факс №] [# # address.email #]

Электронная почта: [# address.email #]

[# /address.email #] [# # address.url #]

На сайт

[# /address.url #]

[# /адрес #] [# /продажи #] [# #sales_partner #]

[# name #] обслуживается партнером по продажам в [# sales_partner.country #] ..

[# #адрес #]

[# # address.lines #]

[#. #]

[# /address.lines #]
[# # address.tel #]

тел. [# address.tel #]

[# /address.tel #] [# # address.fax #]

Факс: [# address.fax #]

[# /address.fax #] [# #адрес.электронное письмо #]

Электронная почта: [# address.email #]

[# /address.email #] [# # address.url #]

На сайт

[# /address.url #]

[# /адрес #] [# / sales_partner #] [# #service_partner #]

[# name #] обслуживается партнером по обслуживанию в [# service_partner.country #] ..

[# #адрес #]

[# #адрес.строки #]

[#. #]

[# /address.lines #]
[# # address.tel #]

тел. [# address.tel #]

[# /address.tel #] [# # address.fax #]

Факс: [# address.fax #]

[# /address.fax #] [# # address.email #]

Электронная почта: [# address.email #]

[# /адрес.электронное письмо #] [# # address.url #]

На сайт

[# /address.url #]

[# /адрес #] [# / service_partner #] [# #sales_service_partner #]

[# name #] обслуживается партнером по продажам и обслуживанию в [# sales_service_partner.country #] ..

[# #адрес #]

[# #адрес.строки #]

[#. #]

[# /address.lines #]
[# # address.tel #]

тел. [# address.tel #]

[# /address.tel #] [# # address.fax #]

Факс: [# address.fax #]

[# /address.fax #] [# # address.email #]

Электронная почта: [# address.email #]

[# /адрес.электронное письмо #] [# # address.url #]

На сайт

[# /address.url #]

[# /адрес #] [# / sales_service_partner #] [# #recommended_dealer #]

[# name #] обслуживается рекомендованным дилером в [# Recommended_dealer.country #] ..

[# #адрес #]

[# # address.lines #]

[#.#]

[# /address.lines #]
[# # address.tel #]

тел. [# address.tel #]

[# /address.tel #] [# # address.fax #]

Факс: [# address.fax #]

[# /address.fax #] [# # address.email #]

Электронная почта: [# address.email #]

[# /address.email #] [# #адрес.url #]

На сайт

[# /address.url #]

[# /адрес #] [# / Recommended_dealer #] [# #место расположения #]

Контактные данные от [# name #]:

[# #адрес #]

[# # address.lines #]

[#. #]

[# /address.lines #]
[# #адрес.тел #]

тел. [# address.tel #]

[# /address.tel #] [# # address.fax #]

Факс: [# address.fax #]

[# /address.fax #] [# # address.email #]

Электронная почта: [# address.email #]

[# /address.email #] [# # address.url #]

На сайт

[# /address.url #]

[# /адрес #] [# /место расположения #]

Что такое электродвигатель? Определение и типы

Определение : Электродвигатель – это электромеханическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую.Другими словами, устройство, создающее вращающую силу, называется двигателем. Принцип работы электродвигателя в основном зависит от взаимодействия магнитного и электрического поля. Электродвигатели в основном подразделяются на два типа. Это двигатель переменного тока и двигатель постоянного тока. Двигатель переменного тока принимает переменный ток в качестве входа, тогда как двигатель постоянного тока принимает постоянный ток.

Типы электродвигателей

Классификация электродвигателя показана на рисунке ниже.

Двигатель переменного тока

Двигатель переменного тока преобразует переменный ток в механическую энергию. Он подразделяется на три типа; это асинхронный двигатель, синхронный двигатель, линейный двигатель. Подробное описание двигателя приведено ниже.

1. Асинхронный двигатель

Машина, которая никогда не работает с синхронной скоростью, называется асинхронным или асинхронным двигателем. Этот двигатель использует явление электромагнитной индукции для преобразования электроэнергии в механическую.По конструкции ротора различают два типа асинхронных двигателей. А именно асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и асинхронный двигатель с фазной обмоткой.

• Ротор с короткозамкнутым ротором – Двигатель, который состоит из ротора с короткозамкнутым ротором, известен как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Ротор с короткозамкнутым ротором снижает гудение и магнитную блокировку ротора.
• Ротор с фазовой обмоткой – Этот ротор также известен как ротор с контактным кольцом, а двигатель, использующий этот тип ротора, известен как ротор с фазовой обмоткой.

По фазам асинхронный двигатель подразделяется на два типа. Это однофазный асинхронный двигатель и трехфазный асинхронный двигатель.

• Однофазный асинхронный двигатель – Машина, которая преобразует электрическую мощность однофазного переменного тока в механическую с помощью явления электромагнитной индукции, известна как однофазный асинхронный двигатель.
Трехфазный асинхронный двигатель
• T – Двигатель, преобразующий трехфазную электрическую мощность переменного тока в механическую энергию, такой тип двигателя известен как трехфазный асинхронный двигатель.

2. Линейный двигатель

Двигатель, который создает линейную силу вместо силы вращения, известен как линейный двигатель. Этот двигатель имеет развернутые ротор и статор. Такой тип двигателя используется в раздвижных дверях и в приводах.

3. Синхронный двигатель

Машина, которая преобразует переменный ток в механическую энергию с желаемой частотой, известна как синхронный двигатель. В синхронном двигателе скорость двигателя синхронизирована с частотой питающего тока.

Синхронная скорость измеряется относительно вращения магнитного поля и зависит от частоты и полюсов двигателя. Синхронный двигатель подразделяется на два типа: реактивный и гистерезисный.

• Реактивный двигатель – Двигатель, процесс пуска которого аналогичен асинхронному двигателю и который работает как синхронный двигатель, известен как реактивный двигатель.
• Двигатель с гистерезисом – Двигатель с гистерезисом представляет собой тип синхронного двигателя, который имеет равномерный воздушный зазор и не имеет системы возбуждения постоянным током.Крутящий момент в двигателе создается гистерезисом и вихревым током двигателя.

Двигатель постоянного тока

Машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую, известна как двигатель постоянного тока. Его работа зависит от основного принципа: когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует сила и возникает крутящий момент. Двигатели постоянного тока подразделяются на два типа: двигатели с самовозбуждением и двигатели с независимым возбуждением.

1. Двигатель с автономным возбуждением

Двигатель, в котором обмотка постоянного тока возбуждается отдельным источником постоянного тока, известен как двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением.С помощью отдельного источника обмотка якоря двигателя возбуждается и создает магнитный поток.

2. Двигатель с самовозбуждением

По подключению обмотки возбуждения двигатели постоянного тока с самовозбуждением подразделяются на три типа. Это двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой, шунтирующий двигатель и двигатель с составной обмоткой.

• Шунтирующий двигатель – Двигатель, в котором обмотка возбуждения расположена параллельно якорю, такой тип двигателя известен как параллельный двигатель.
• Двигатель серии – В этом двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с якорем двигателя.
• Двигатель с комбинированной обмоткой – Двигатель постоянного тока, который имеет как параллельное, так и последовательное соединение обмотки возбуждения, известен как комбинированный ротор с обмоткой. Электродвигатели с комбинированной обмоткой подразделяются на электродвигатели с коротким шунтом и электродвигатели с длинным шунтом.
  
  • Короткий шунтирующий двигатель – Если шунтирующая обмотка возбуждения параллельна только якорю двигателя, а не последовательному полю, то это известно как короткое шунтирующее соединение двигателя.
  • Длинный шунтирующий двигатель – Если шунтирующая обмотка возбуждения параллельна как якорю, так и последовательной обмотке возбуждения, двигатель называется длинным шунтирующим двигателем.

Помимо вышеупомянутых двигателей, существуют различные другие типы специальных машин, которые имеют дополнительные функции, такие как шаговый двигатель, серводвигатель переменного и постоянного тока и т. Д.

Как работают электродвигатели и генераторы

Электромобили используют исключительно электродвигатели для движения, а гибриды используют электродвигатели, чтобы помочь своим двигателям внутреннего сгорания при передвижении. Но это не все. Эти самые двигатели могут использоваться и используются для выработки электроэнергии (в процессе рекуперативного торможения) для зарядки бортовых аккумуляторов этих транспортных средств.

Самый частый вопрос: «Как это может быть … как это работает?» Большинство людей понимают, что для работы двигатель работает от электричества – они каждый день видят это в своих бытовых приборах (стиральных машинах, пылесосах, кухонных комбайнах).

Но идея о том, что двигатель может «вращаться в обратном направлении», фактически вырабатывая электричество, а не потребляя его, кажется почти магией. Но как только связь между магнитами и электричеством (электромагнетизм) и концепция сохранения энергии становится понятной, загадка исчезает.

Электромагнетизм

Электроэнергия и выработка электроэнергии начинаются со свойства электромагнетизма – физических отношений между магнитом и электричеством. Электромагнит – это устройство, которое действует как магнит, но его магнитная сила проявляется и контролируется электричеством.

Когда провод, сделанный из проводящего материала (например, меди), движется через магнитное поле, в проводе создается ток (элементарный генератор). И наоборот, когда электричество проходит через провод, намотанный вокруг железного сердечника, и этот сердечник находится в присутствии магнитного поля, он будет двигаться и скручиваться (очень простой двигатель).

Моторы / генераторы

Мотор / генераторы – это действительно одно устройство, которое может работать в двух противоположных режимах. Вопреки тому, что иногда думают люди, это не означает, что два режима двигателя / генератора работают в обратном направлении друг от друга (что в качестве двигателя устройство вращается в одном направлении, а в качестве генератора оно вращается в противоположном направлении).

Вал всегда вращается одинаково. «Смена направления» заключается в потоке электричества. В качестве двигателя он потребляет электричество (поступает) для производства механической энергии, а в качестве генератора он потребляет механическую энергию для производства электроэнергии (вытекает).

Электромеханическое вращение

Электродвигатели / генераторы обычно бывают двух типов: переменного (переменного тока) или постоянного (постоянного тока), и эти обозначения указывают на тип электроэнергии, которую они потребляют и генерируют.

Если не вдаваться в подробности и не затушевывать проблему, то вот разница: переменный ток меняет направление (чередуется) по мере прохождения через цепь. Постоянный ток течет в одном направлении (остается неизменным) при прохождении через цепь.

Тип используемого тока в основном зависит от стоимости устройства и его эффективности (двигатель / генератор переменного тока, как правило, дороже, но также намного эффективнее). Достаточно сказать, что в большинстве гибридов и во многих более крупных полностью электрических транспортных средствах используются двигатели / генераторы переменного тока, поэтому мы сосредоточимся на этом типе в этом объяснении.

Электродвигатель / генератор переменного тока состоит из 4 основных частей:

• Установленный на валу проволочный якорь (ротор)
• Поле магнитов, которые индуцируют электрическую энергию, накопленную бок о бок в корпусе (статоре)
• Контактные кольца, которые переносят переменный ток к / от якоря
• Щетки, которые контактируют с контактными кольцами и передают ток в / из электрической цепи

Генератор переменного тока в действии

Якорь приводится в движение механическим источником энергии (например, при промышленном производстве электроэнергии это будет паровая турбина).Когда этот намотанный ротор вращается, его проволочная катушка проходит над постоянными магнитами в статоре, и в проводах якоря создается электрический ток.

Но поскольку каждая отдельная петля в катушке сначала проходит через северный полюс, а затем через южный полюс каждого магнита по мере его вращения вокруг своей оси, индуцированный ток постоянно и быстро меняет направление. Каждое изменение направления называется циклом и измеряется в циклах в секунду или герцах (Гц).

В Соединенных Штатах частота цикла составляет 60 Гц (60 раз в секунду), тогда как в большинстве других развитых стран мира она составляет 50 Гц.Отдельные контактные кольца установлены на каждом из двух концов проволочной петли ротора, чтобы обеспечить путь для выхода тока из якоря. Щетки (которые на самом деле являются углеродными контактами) скользят по контактным кольцам и завершают путь для тока в цепь, к которой подключен генератор.

Двигатель переменного тока в действии

Действие двигателя (подача механической энергии), по сути, противоположно действию генератора. Вместо того, чтобы вращать якорь для выработки электричества, ток подается по цепи через щетки и контактные кольца в якорь.Этот ток, протекающий через ротор (якорь) с обмоткой, превращает его в электромагнит. Постоянные магниты в статоре отражают эту электромагнитную силу, заставляя якорь вращаться. Пока через цепь течет электричество, двигатель будет работать.

Типы двигателей и принцип их работы (для коммерческого и промышленного применения)

Двигатели – это механические или электромеханические устройства, преобразующие энергию в движение. Энергия в форме электрической, гидравлической или пневматической преобразуется во вращательное или линейное движение, а затем выводится на вал или другой компонент передачи энергии, где она обеспечивает полезную работу.Электродвигатели включают разновидности переменного или постоянного тока, которые далее подразделяются на электродвигатели специального назначения, включая мотор-редукторы, шаговые двигатели, серводвигатели и линейные двигатели. Гидравлические и пневматические двигатели используют жидкость (масло, воздух) в качестве движущей силы. Химические моторы включают подвесные моторы для использования на лодках и ракетных моторах, оба из которых используют внутреннее сгорание и часто называются двигателями. Электродвигатель, используемый для приведения в движение небольших рыбацких лодок, называется троллинговым двигателем. Ни одна из этих последних групп здесь не обсуждается.

Типы двигателей (и принцип их работы)

Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока

– это электромеханические устройства, приводимые в действие переменным током для создания вращательного движения. Вращение обеспечивает механическую работу для привода других вращающихся машин, таких как насосы. Для облегчения взаимозаменяемости доступны стандартные размеры корпуса с разным диапазоном мощности. Корпуса могут варьироваться от простых открытых конструкций до взрывозащищенных невентилируемых конструкций, обычно полностью закрытые с вентиляторным охлаждением (TEFC).Международная рейтинговая система также предписывает уровни охлаждения и защиты. Двигатели переменного тока составляют значительную часть используемых сегодня двигателей и приводят в действие насосы, вентиляторы, компрессоры и т. Д. Диапазон размеров от машин с малой мощностью до 20 000 л.с. Двигатели переменного тока будут одно- или трехфазными.

Трехфазные машины по конструкции ротора подразделяются на ротор с короткозамкнутым ротором или с фазным ротором. В конструкции с короткозамкнутым ротором используются медные или алюминиевые стержни ротора, закороченные концевыми кольцами, и в определенном смысле они представляют собой настоящие индукционные машины – своего рода вращающийся трансформатор.Роторы с обмоткой используют проволочные роторы, количество полюсов которых равно количеству полюсов статора, а контактные кольца обеспечивают метод вставки сопротивления для запуска и изменения скорости. Пуск трехфазных машин при полном напряжении или через линию возможен примерно до 200 л.с., после чего часто требуется метод пониженного напряжения, особенно для двигателей, которые запускаются часто, из-за заметного падения напряжения, влияющего на освещение. , двигатели прочие и др.

Однофазные двигатели используются в основном в дробных диапазонах л.с.Они не запускаются автоматически и могут быть сгруппированы по способу запуска. Наиболее широко используемая конструкция – двигатель с расщепленной фазой – использует две обмотки статора для получения пары несбалансированных токов обмотки, при этом вспомогательная обмотка отключается, когда двигатель приближается к синхронной скорости. Конденсаторный двигатель вставляет конденсатор во вспомогательную обмотку, который в случае конденсаторной пусковой машины выпадает, когда двигатель приближается к рабочей скорости, и, в случае двухзначного конденсаторного двигателя, переключается на второй конденсатор по мере приближения. скорость бега.В конструкции постоянного разделенного конденсатора вспомогательная обмотка и конденсатор остаются под напряжением на рабочей скорости. Наконец, двигатель с экранированными полюсами использует неравномерно разделенные полюса с экранирующими катушками, которые заставляют вращающееся поле перемещаться в направлении заштрихованного полюса (т. Е. Необратимо). Двигатели с расщепленными полюсами – одни из самых дешевых из однофазных машин. В синхронизирующих устройствах используются синхронные однофазные двигатели.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей полной статьей о типах двигателей переменного тока.

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока

– это электромеханические устройства, приводимые в действие постоянным током для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу для приведения в движение других вращающихся машин, таких как подъемники, с разными скоростями. Определенные схемы проводки могут создавать сильный крутящий момент на низкой скорости, что делает их пригодными в качестве тяговых двигателей для локомотивов, хотя они в значительной степени были заменены двигателями с регулируемой частотой вращения. Точно так же двигатели для гольф-каров неуклонно переделываются от щеточных конструкций к более продвинутым формам с электронными приводами.Для облегчения взаимозаменяемости доступны стандартные размеры корпуса с разным диапазоном мощности. Корпуса могут быть от простых открытых до взрывозащищенных, невентилируемых. Международная рейтинговая система также предписывает уровни охлаждения и защиты. Двигатели постоянного тока находят множество применений в игрушках и потребительских товарах и широко используются автопроизводителями. Они находят обслуживание на лифтах, вилочных электропогрузчиках и конвейерах, где нагрузки с постоянным крутящим моментом являются нормальным явлением. Двигатели постоянного тока доступны как в щеточной, так и в бесщеточной (с постоянными магнитами) конструкциях, причем последние требуют для работы электронных приводов и контроллеров.

Традиционные щеточные двигатели постоянного тока классифицируются на основе возбуждения, используемого в обмотке возбуждения, с тремя основными различиями: шунтирующие, последовательные и составные. Шунтовые двигатели имеют низкий пусковой момент, низкую перегрузочную способность, минимальное изменение скорости в ответ на нагрузку и плохую стабильность при нулевой нагрузке. Серийные двигатели обладают высокими пусковыми моментами, высокой перегрузочной способностью, значительным изменением скорости в зависимости от нагрузки и хорошей стабильностью при нулевой нагрузке. Составные двигатели находятся где-то между двумя другими по характеристикам, хотя они тоже остаются стабильными при нулевой нагрузке.

Для двигателей постоянного тока мощностью более 3/4 л.с. необходимо использовать стартеры для ограничения пускового тока во избежание возгорания коммутаторов.

Мотор-редукторы

Мотор-редукторы

– это электромеханические устройства, приводимые в действие переменным или постоянным током для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу, которая затем понижается через встроенный редуктор для привода других вращающихся машин, таких как конвейеры или упаковочные машины. Мотор-редукторы используются там, где требуется, чтобы двигатели и редукторы скорости обеспечивали высокий крутящий момент на низких скоростях.За счет интеграции этих двух компонентов мотор-редукторы достигают КПД по размеру, устраняют внешние муфты, улучшают сопротивление смыванию и т. Д. Часто редукторы взаимозаменяемы между производителями. Хотя мотор-редукторы редко используются для больших двигателей, они довольно часто имеют дробную мощность. Они доступны с различными типами выходных валов с выбором среди двигателей переменного тока, щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели

– это электромеханические устройства, приводимые в действие переменным током для создания вращательного движения и позиционирования.Как правило, шаговые двигатели не включают в себя контур обратной связи, как серводвигатели, а вместо этого достигают управления положением, поворачивая ротор двигателя на дискретное количество шагов. Они специфичны для приложений управления движением. Шаговые двигатели используются в приложениях позиционирования, где важно удерживать позицию, и используются на упаковочных машинах, принтерах и т. Д., Где потеря положения из-за перегрузки не критична и где важна экономия.

Серводвигатели

Серводвигатели

– это электромеханические устройства, приводимые в действие переменным или постоянным током для создания вращательного движения и позиционирования.Серводвигатели используют контур обратной связи для управления радиальным положением ротора двигателя по отношению к его статору. Они специфичны для приложений управления движением. Серводвигатели используются в приложениях для позиционирования, где первостепенное значение имеет плавное управляемое движение, например, в промышленных роботах. Во втором примере упаковочная машина может использовать серводвигатель для индексации точного количества упаковочной пленки в зону формования, где в прошлом такая подача могла регулироваться с помощью механического индексатора с приводом от двигателя.

Линейные двигатели

Линейные двигатели

– это электромеханические устройства, приводимые в действие переменным или постоянным током для создания линейного, а не вращательного движения. Линейное движение полезно в приложениях, где можно использовать воздушный цилиндр, но где требуется большая точность и позиционная обратная связь, или где движение может изменяться от хода к ходу. Конфигурация двигателя и форма движка / ползуна также могут быть проблемой. Линейные двигатели используются в упаковочных машинах, сборочных машинах, подъемно-транспортном оборудовании и в различных областях медицинского оборудования.

Пневматические двигатели

Пневматические двигатели

– это механические устройства, приводимые в действие давлением воздуха для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу для привода других вращающихся машин, таких как приемные бобины и инструменты. Пневматические двигатели используются там, где есть источник сжатого воздуха, и там, где необходим постоянный крутящий момент независимо от скорости, например, на приемной бобине на упаковочной машине. Они также используются во взрывоопасных средах, где считаются искробезопасными.

Гидравлические двигатели

Гидравлические двигатели

– это механические устройства, приводимые в действие жидкостью для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу для привода других вращающихся элементов, таких как ведущие колеса экскаватора тяжелого оборудования. Гидравлические двигатели широко используются в строительной технике, где требуется вращательное движение от компактного устройства, а гидравлическая энергия уже доступна. Гидравлические двигатели могут быть лопастными, шестеренчатыми или поршневыми, как и гидравлические насосы. Двигатели LSHT или низкоскоростные двигатели с высоким крутящим моментом доступны у некоторых производителей.Модифицированный электродвигатель лопаточного типа, называемый электродвигателем роторного упора, имеет более низкое трение и лучшее уплотнение, чем эквивалентный электродвигатель с крыльчаткой.

Различные области применения двигателей и отрасли промышленности

Среди двигателей переменного, постоянного, шестеренчатого, пневматического и гидравлического двигателей они обеспечивают вращательное движение, в то время как шаговые, сервомоторы и линейные двигатели обеспечивают позиционирование. Электродвигатель переменного тока – вероятный выбор для привода насоса; двигатель постоянного тока хорошо подходит для привода барабана крана, где важна переменная скорость; мотор-редукторы выполняют те же функции, что и двигатели постоянного и переменного тока без покрытия, за исключением того, что они имеют встроенные редукторы; а воздушные и гидравлические двигатели удовлетворяют аналогичные потребности в ситуациях, когда электричество нецелесообразно или неприемлемо.

Позиционирование – это область трех других типов, что означает, что эти типы используются там, где элементы машины необходимо переместить в точные места. В то время как машины вращательного движения охватывают весь спектр размеров от очень маленьких субфракционных единиц HP до самых больших машин, превышающих NEMA, шаговые, сервоприводы и линейные двигатели обычно имеют максимальную мощность в несколько лошадиных сил и превосходят в меньших размерах.

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока широко используются в промышленности. В них используются роторы с короткозамкнутым ротором (бесщеточные), которые создают магнитные поля в обмотках полюсов, которые затем взаимодействуют с магнитными полями обмоток статора, вызывая вращение.Скорость двигателя переменного тока зависит от количества полюсов и частоты приложенного напряжения, особенно часто встречаются 1800 (4-полюсный) и 3600 об / мин (2-полюсный). Фактическая скорость немного отстает от номинальной скорости вращающегося магнитного поля или линейной скорости и зависит от нагрузки. Синхронные двигатели переменного тока точно соответствуют скорости вращающегося поля, независимо от нагрузки, но их применение обычно ограничивается особыми случаями, когда это важно, например, в двигателях-генераторах. Другой синхронный двигатель, так называемый двигатель переменного тока с постоянными магнитами, использует ту же технологию с постоянными магнитами, что и бесщеточные конструкции постоянного тока, для создания синхронных двигателей переменного тока, которые доступны в дробных и интегральных размерах л.с.Для этих двигателей требуются электронные приводы. Двигатели переменного тока по своей сути не подходят для управления скоростью, хотя существует ряд методов как в конструкции двигателя (с фазным ротором), так и в схеме контроллера, чтобы сделать возможным управление скоростью. Несколько обмоток – это один из способов получения двухскоростного асинхронного двигателя. Частотно-регулируемые приводы могут обеспечивать плавную регулировку скорости. Также доступны различные пускатели, такие как устройства плавного пуска, которые помогают снизить воздействие запуска двигателя, например, на бутылки на конвейерной линии.

Другой электродвигатель переменного тока, получивший название универсального или электродвигателя переменного тока серии , используется во многих устройствах, таких как пылесосы, дрели, вакуумные системы и т. Д. Он использует те же щетки и коммутатор, что и электродвигатель постоянного тока, но может работать от переменного тока. ток также, потому что направление переключения тока возбуждения в точности совпадает с направлением коммутируемого тока якоря. Они имеют тенденцию к шуму при работе и лучше всего подходят для периодического использования, например, в электроинструментах, из-за износа щеток, но они могут регулировать скорость.

Двигатели постоянного тока предлагают внутреннее регулирование скорости в силу своей конструкции и использования нечастотного постоянного тока в качестве движущей силы. В двигателе постоянного тока обычно используются щетки для подачи постоянного тока на ротор. Контролируя уровень постоянного напряжения, оператор может напрямую управлять скоростью двигателя. Двигатели постоянного тока этой конструкции, иногда называемые коллекторными двигателями для установленного на валу коммутатора, на котором движутся щетки, используются в автомобилях и в основном в небольших устройствах.В своих больших размерах они используются в приложениях, где регулирование скорости является обязательным: подъемники и краны, станки, прессы и т. Д. С появлением более сильных магнитов стали популярными двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, которые обходятся без щеток. Эти двигатели несколько ограничены по размеру, примерно в одну лошадиную силу в верхней части, и для их электронного переключения требуются приводы. Прорези между зубьями обмотки статора вызывают явление, известное как «зубчатое зацепление», а конструкция без зазоров представляет собой попытку преодолеть это явление.Доступны определенные конструкции с постоянными магнитами, которые обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях, например, двигатели BLDC типа «блины», которые особенно подходят для роботизированных приложений. Существуют также небольшие двигатели постоянного тока, называемые микродвигателями, которые используются в электронных устройствах и т.п., часто питающихся от батареи.

Мотор-редукторы доступны как блоки переменного тока, так и постоянного тока, как правило, небольшого размера, где практично тесное соединение двигателя и коробки передач. Мотор-редукторы доступны с различными редукторами, такими как параллельный вал, прямой угол, планетарный редуктор и т. Д.

Шаговые двигатели предназначены для позиционирования. В их роторах используются постоянные магниты, которыми можно управлять через дискретные промежутки времени, возбуждая поле статора. Шаговый двигатель нуждается в контроллере / приводе для работы. Шаговые двигатели обычно имеют угол поворота 1,8 или менее градусов для каждого шага, но они могут быть дополнительно подразделены за счет использования так называемых микрошаговых контроллеров. Конструкция двигателя также играет роль в разрешающей способности шагового двигателя – количестве шагов на оборот – при этом 5-фазные двигатели предлагают большее количество шагов, чем 2-фазные двигатели.Шаговые двигатели обеспечивают относительно недорогой способ имитации позиционирования сервоприводов, хотя, как правило, им не хватает обратной связи по положению. Шаговые двигатели обычно могут удерживать нагрузку в остановленном состоянии, что является преимуществом для приложений позиционирования.

Серводвигатели – это позиционеры с истинной обратной связью, которые включают энкодеры для передачи информации о положении обратно на свои контроллеры. Они контролируют как скорость, так и точность за счет использования контуров обратной связи. Специальный серводвигатель, называемый моментным двигателем, предназначен для приложения крутящего момента к валу без обязательного его вращения, что может потребоваться для поддержания постоянного натяжения на натяжителе полотна.Конструкция позволяет двигателю создавать крутящий момент при остановке без перегрева. Его также можно использовать для прямого доступа к индексным таблицам.

Линейные двигатели лучше всего рассматривать как роторные двигатели, которые были «развернуты» для создания роторов, движущихся по линейным путям. Обычно они управляются сервоприводом, но также могут быть основаны на шаговом двигателе и использоваться для позиционирования и точного управления скоростью, чего нельзя достичь с помощью более дешевых средств, таких как воздушные цилиндры и т. Д. Некоторые производители предлагают линейные двигатели, которые также могут вращаться.Как и для любого серво- или шагового двигателя, для линейных двигателей требуются электронные приводы / контроллеры.

Пневматические двигатели просто приводятся в действие воздухом, а не электричеством и обычно используются в пневматических инструментах, таких как пневматические ключи и т. Д. Пневматические двигатели используются там, где требуется постоянный крутящий момент, например, на приемных барабанах на машинах для обработки полотна. Они также используются во взрывоопасных средах, поскольку считаются искробезопасными. Скорость пневмодвигателя можно несколько изменить, дросселируя впускной клапан, что дает возможность бесплатно регулировать скорость, например, при использовании на подъемнике.

Гидравлические двигатели приводятся в действие гидравлической жидкостью и обычно используются на вращающихся элементах строительного оборудования, например, на колесных двигателях. Они мощные для своего размера, легко переворачиваются и регулируются по скорости. Для них требуются источники гидравлической энергии, которая на строительной технике с приводом от двигателя обычно осуществляется в виде гидравлических насосов / систем. Стационарные станции с меньшей вероятностью будут иметь гидравлическую энергию в качестве коммунальных услуг, поскольку они будут использовать сжатый воздух, но для них доступны так называемые гидравлические силовые агрегаты.

Рекомендации

Двигатели переменного и постоянного тока доступны в стандартных типоразмерах NEMA, что делает эти двигатели взаимозаменяемыми. Их иногда называют интегральными агрегатами высокого давления или просто средними машинами. Двигатели также бывают в виде дробных блоков HP, получивших название FHP или, проще говоря, малых, и имеют нестандартную конструкцию за пределами встроенных рамок NEMA, иногда называемых большими машинами. IEC предлагает аналогичные стандартизированные моторные корпуса и подразделения метрических размеров.

Варианты защиты обычно указываются в одной из двух форм: кода или классификации NEMA и кода IEC.Большинство двигателей представляют собой полностью закрытые двигатели с вентиляторным охлаждением, сокращенно TEFC, но существует множество разновидностей от открытых, каплезащищенных (ODP) до полностью закрытых, невентилируемых (TENV). Код IEC обеспечивает аналогичную классификацию с помощью двузначного цифрового кода, первый из которых определяет защиту корпуса от твердых предметов, а второй – уровень защиты от проникновения влаги. Например, двигатель со степенью защиты IP67 считается пыленепроницаемым и водонепроницаемым. Погружные двигатели, охлаждаемые иммерсивной жидкостью, доступны для скважинных насосов и т.п.

NEMA также делает различие между двигателями, работающими в непрерывном и прерывистом режиме. Двигатель с прерывистым режимом работы спроектирован для нечастого использования с достаточным охлаждением между пусками, как это может быть в случае с воздушным компрессором нижнего уровня, который также имеет рабочий цикл менее 100%. Также существует пятибуквенная рейтинговая система NEMA для описания работы двигателя, например «A», которая может использоваться для вентилятора, который не нужно запускать под нагрузкой, или «C», который подходит для конвейер, который, вероятно, запустился бы под нагрузкой.

Эти же коды могут применяться и к другим типам двигателей, особенно к редукторным, шаговым и серводвигателям.

Варианты монтажа включают монтаж на основании или на лапах и лицевой монтаж. В первом варианте двигатели поддерживаются на собственных основаниях – часто на одной раме с приводным оборудованием, тогда как во втором варианте двигатели крепятся к корпусам ведомого оборудования, что иногда используется с насосами. Некоторые двигатели специально разработаны для работы в вертикальной ориентации.Эти так называемые специализированные двигатели предназначены для привода насосов и особенно подходят для работы в ограниченном пространстве, например, на борту судов.

Номинальная частота вращения и мощность являются основными характеристиками для определения двигателей ротационного типа. Количество фаз тоже важно, обычно одна или три.

Важные атрибуты и критерии выбора

Тип двигателя

Для блоков переменного тока основной выбор – между асинхронными и синхронными машинами. Двигатели с тормозом – это асинхронные машины со встроенными тормозами, которые могут удерживать нагруженный двигатель на месте.Для машин постоянного тока основной выбор – между бесщеточными агрегатами и теми, которые используют щетки. Мотор-редукторы предлагают многие из этих вариантов.

Ориентация на отрасль / предполагаемое применение

Многие двигатели предназначены для использования в обычных условиях, в то время как некоторые из них обладают специальными функциями или характеристиками, позволяющими использовать их в определенных областях применения. NEMA определяет множество двигателей специального назначения, в том числе для вентиляторов и воздуходувок, деревообрабатывающих станков и т. Д. Производители часто классифицируют свои двигатели специального назначения по этим линиям, т.е.например, работа на ферме, система отопления, вентиляции и кондиционирования, промывка и т. д. Специалисты по спецификации двигателей могут полагаться на эти атрибуты, чтобы сузить выбор, выходя за пределы диапазона двигателей общего назначения. Один пример – 400 Гц. двигатели, предназначенные для авиационной и космической техники. В некоторых приложениях, таких как вибраторы для погрузочно-разгрузочных работ, могут использоваться электрические или пневматические двигатели.

Вращение вала

Обычно трехфазные асинхронные двигатели реверсивны. Многие из них могут работать в противоположном направлении, переключая провода в месте их подключения к двигателю.Некоторые двигатели, особенно небольшие синхронные двигатели, используемые для управления заслонкой и т. Д., Являются однонаправленными, но часто могут быть указаны как вращение по часовой стрелке или против часовой стрелки. Вращение двигателя обычно определяется, если смотреть со стороны привода (DE), то есть конца двигателя на стороне нагрузки или соединенной стороне. Для нереверсивных двигателей постоянного тока, однофазных двигателей переменного тока, синхронных и универсальных двигателей обычное направление – CW.

Напряжение двигателя

Двигатели среднего напряжения обычно работают от 2300 или 4000 вольт.Меньшие трехфазные двигатели общего назначения могут работать от источников питания 208–230 или 460 вольт. Однофазные двигатели обычно работают от источника питания 115 или 230 В.

Класс NEMA Расчетный рейтинг

NEMA поддерживает ряд номинальных характеристик двигателя, в которых указывается изоляция и превышение температуры, которое он должен выдерживать.

Конструкция вала

Валы двигателей и могут быть заказаны со шпоночными пазами или плоскими шлицами для крепления муфт и т. Д. Они также могут быть короче стандартных валов. Валы также могут иметь резьбу для крепления резьбовых крепежных элементов.

Ресурсы

Торговые ассоциации

Коды и стандарты

Стандартов на двигатели

слишком много, чтобы их перечислить, но читатель может обратиться к организациям по стандартизации, таким как NEMA, IEC и NFPA (Nat’l Fluid Power Assn.), За их исчерпывающими сборниками стандартов на двигатели. В выборку вошли:

• Гидравлический насос SAE J744 / Размеры опоры двигателя и привода
• Двигатели и генераторы NEMA MG1
• Малые электродвигатели NEMA SEM S1
• IEC 60034 Вращающиеся электрические машины
• NEMA ICS 16 Двигатели с управлением движением / положением, управление, обратная связь

Внешние ссылки

Сводка

Это руководство дает общее представление об электродвигателях и двигателях с гидравлическим приводом, а также об их выборе и использовании в различных средах.