Электрические двигатели переменного тока принцип работы и устройство

Электродвигатели

Асинхронные

Асинхронными электродвигателями являются устройства, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую. Процесс преобразования энергии обусловлен наличием магнитного поля у статора и индуктированной электрической энергией на обмотке ротора.

Коллекторные однофазные

Однофазные коллекторные электродвигатели Миасс являются разновидностью асинхронного двигателя. Такой вид электродвигателей работает от однофазной сети переменного или постоянного тока. Однофазный электродвигатель запускается с помощью пусковой обмотки, фазосдвигающей цепи или вручную.

Коллекторные постоянного тока

На сегодняшний день невозможно представить себе современное производство без коллекторных электродвигателей, так как они заставляют функционировать большую часть промышленного оборудования.

Бесконтактные постоянного тока вентильные

Бесконтактными вентильным электродвигателями постоянного тока являются электрическими устройствами, источником питания которых является постоянный ток, а источником возбуждения является постоянный магнит.

Постоянного тока управляемые с дисковым якорем

Используются для привода станков с ЧПУ (числовым программным управлением), для мехатронных модулей и различных промышленных устройств.

Устройство представляет собой систему преобразования электрической энергии в механическую. Побочным эффектом такого преобразования является выделение тепла.

Все электродвигатели работают по принципу магнитной индукции. Они состоят из неподвижной части статора или индуктора и ротора. В маломощных устройствах, в качестве индуктора могут быть использованы постоянные магниты. Ротор, в свою очередь может быть короткозамкнутым и фазным (с обмоткой).

Принцип возникновения вращающего момента разделяет их на две группы. Бывают гистерезисные и магнитоэлектрические прибооры. Первый тип электрических машин не является традиционным, в то время как магнитоэлектрические широко используются в промышленности.

В зависимости от потребляемой энергии, магнитоэлектрические устройства разделяются на две большие группы:

• постоянного тока;
• переменного тока.

Можно также встретить универсальные двигатели, которые способны питаться обоими видами тока.

Двигатели постоянного тока способны преобразовывать электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. Из–за наличия щёточно–коллекторного узла, данный вид машин подразделяется на коллекторные и бесколллекторные двигатели. Коллекторные пользуются широким спросом благодаря их малому размеру и небольшому весу, лёгкости регулирования оборотов, а также благодаря их относительной небольшой цене. Вообще, щёточно–коллекторный узел является важным элементом в соединение электрических цепей, однако является достаточно ненадёжным и проблематичным в обслуживании конструктивным элементом.

Коллекторные устройства делятся по типу возбуждения. Можно отметить приборы, которые не зависят от других возбудителей (постоянных магнитов и электромагнитов), а также устройства с самовозбуждением. Такие приборы бывают параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Бесколлекторные изготавливаются в виде замкнутой системы, в которых используется силовой полупроводниковый преобразователь и ротор.

Двигатели переменного тока являются электрическими машинами, питание которых осуществляется переменным током. Их принцип работы обуславливает деление на синхронные и асинхронные. Основное различие двух типов двигателей состоит в том, что ротор в синхронных машинах вращается со скоростью идентичной скорости магнитного поля в статоре, а в асинхронных машинах всегда наблюдается разница в скоростях, магнитное поле обладает скоростью выше, чем скорость ротора.

Синхронные очень часто находят применение, когда требуется высокая мощность — от сотни киловатт и более. Этот вид с дискретным угловым перемещением ротора называется шаговыми, а двигатель, питание обмоток которого происходит с помощью полупроводниковых элементов, называется вентильным реактивным ЭД.

Отдельного внимания заслуживают асинхронные двигатели, так как они применяются в промышленности чаще других. Встречаются однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные.

Согласно своей конструкции, однофазный подключается к однофазной сети переменного тока.

Двухфазный обладает двумя обмотками, которые сдвигаются в пространстве на 90 градусов. Напряжение, которое сдвигается по фазе на 90 градусов, выделяет вращающее магнитное поле.

Трёхфазовый изготавливается с тремя обмотками. Именно эти обмотки выделяют магнитное поле со сдвигом на 120 градусов.

Данные модели функционируют от сети 220 В, при том, что мощность устройства составляет примерно 1–2 кВт. Такой принцип лежит в основе многих видов техники, а именно в такой технике как, пылесос, вентилятор, холодильник, стиральная машина и др.

Асинхронные двигатели хорошо обеспечивают долгую бесперебойную работу устройства, а короткозамкнутый ротор способен обеспечить скорость вращения 3000 оборота в минуту.

Стоит отметить, что все виды электрических двигателей являются неотъемлемой частью современной жизни, и без них вряд ли можно представить даже самые привычную бытовую технику, поэтому они пользуются популярнотью.

Купить электродвигатели от производителя по низкой цене вы можете на сайте предприятия или по номеру телефона.

• О заводе
  • Дипломы и награды
  • Новости
  • Вакансии
  • Фотогалерея
  • Контакты
• Измельчители кормов
  • Комплектующие
• Электродвигатели
  • Асинхронные
  • Коллекторные однофазные
  • Коллекторные постоянного тока
  • Бесконтактные постоянного тока вентильные
  • Постоянного тока управляемые с дисковым якорем
• Реле электромагнитные
  • 29.37.08.800-02
  • Для стартера 29.37.08.800-01
  • 391.3708.800 для стартера ваз 2111 — производство
  • Для стартера ВАЗ 2110 — 57.3708.800
  • 422.3708.800
  • 426.3708.800
  • Для стартера ГАЗ, УАЗ, ВАЗ 4216.3708.800-07
  • Для стартеров ВАЗ 1111 63.3708.800
• Воздуховсасывающие агрегаты
  • Для пылесосов ВВА-1200
  • Для бытовых пылесосов АВ-600, АВ-1000
• Маслозакачивающие насосы
  • МЗН-5 ЕЖАИ.063384
  • МЗН-4 ЕЖАИ.063384
  • МЗН-3 ЕЖАИ.063384
  • МЗН 2 ЕЖАИ.063384.004 ТУ
  • МЗН-2 ТУ 23.108-199-92

© АО «МиассЭлектроАппарат», 2011-2018

456306, Челябинская область, г. Миасс, ул. Готвальда, д. 1/1

Электрический двигатель — принцип работы электродвигателя

Электрические двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Первые их прототипы были созданы в 19 веке, а сегодня эти устройства максимально интегрированы в жизнь современного человечества. Примеры их использования можно встретить в любой сфере жизнедеятельности: от общественного транспорта до домашней кофемолки.

Принцип преобразования энергии

Принцип работы электродвигателя любого типа заключается в использовании электромагнитной индукции, возникающей внутри устройства после подключения в сеть. Для того чтобы понять, как эта индукция создается и приводит элементы двигателя в движение, следует обратиться к школьному курсу физики, объясняющему поведение проводников в электромагнитном поле.

Итак, если мы погрузим проводник в виде обмотки, по которому движутся электрические заряды, в магнитное поле, он начнет вращаться вокруг своей оси. Это связано с тем, что заряды находятся под влиянием механической силы, изменяющей их положение на перпендикулярной магнитным силовым линиям плоскости. Можно сказать, что эта же сила действует на весь проводник.

Схема, представленная ниже, показывает токопроводящую рамку, находящуюся под напряжением, и два магнитных полюса, придающие ей вращательное движение.

Именно эта закономерность взаимодействия магнитного поля и токопроводящего контура с созданием электродвижущей силы лежит в основе функционирования электродвигателей всех типов. Для создания аналогичных условий в конструкцию устройства включают:

• Ротор (обмотка) – подвижная часть машины, закрепленная на сердечнике и подшипниках вращения. Она исполняет роль токопроводящего вращательного контура.
• Статор – неподвижный элемент, создающий магнитное поле, воздействующее на электрические заряды ротора.
• Корпус статора. Оснащен посадочными гнездами с обоймами для подшипников ротора. Ротор размещается внутри статора.

Для представления конструкции электродвигателя можно создать принципиальную схему на основе предыдущей иллюстрации:

После включения данного устройства в сеть, по обмоткам ротора начинает идти ток, который под воздействием магнитного поля, возникающего на статоре, придает ротору вращение, передаваемое на крутящийся вал. Скорость вращения, мощность и другие рабочие показатели зависят от конструкции конкретного двигателя и параметров электрической сети.

Классификация электрических двигателей

Все электродвигатели между собой классифицируют в первую очередь по типу тока, протекающему через них. В свою очередь, каждая из этих групп тоже делить на несколько видов, в зависимости от технологических особенностей.
Двигатели постоянного тока

На маломощных двигателях постоянного тока магнитное поле создается постоянным магнитом, устанавливаемым в корпусе устройства, а обмотка якоря закрепляется на вращающемся валу. Принципиальная схема ДПТ выглядит следующим образом:

Обмотка, расположенная на сердечнике, изготавливается из ферромагнитных материалов и состоит из двух частей, последовательно соединенных между собой. Своими концами они подсоединяются к коллекторным пластинам, к которым прижимаются графитовые щетки. На одну из них подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а на другую – отрицательный.

После подачи питания на двигатель происходит следующее:

1. Ток от нижней «плюсовой» щетки подается на ту коллекторную пластину, к контактной платформе которой она подключена.
2. Прохождение тока по обмотке на коллекторную пластину (обозначено пунктирной красной стрелкой), подключенную к верхней «отрицательной» щетке создает электромагнитное поле.
3. Согласно правилу буравчика, в правой верхней части якоря возникает магнитное поле южного, а в левой нижней — северного магнитного полюса.
4. Магнитные поля с одинаковым потенциалом отталкиваются друг от друга и приводят ротор во вращательное движение, обозначенное на схеме красной стрелкой.
5. Устройство коллекторных пластин приводит к смене направления протекания тока по обмотке во время инерционного вращения, и рабочий цикл повторяется вновь.

При очевидной простоте конструкции существенным недостатком таких двигателей является низкий КПД, обусловленный большими потерями энергии. Сегодня ДПТ с постоянными магнитами используются в простых бытовых приборах и детских игрушках.

Устройство двигателей постоянного тока большой мощности, используемых в производственных целях, не предусматривает использование постоянных магнитов (они занимали бы слишком много места). В этих машинах используется следующая конструкция:

• обмотка состоит из большего количества секций, представляющих собой металлический стержень;
• каждая обмотка отдельно подключается к положительному и отрицательному полюсу;
• количество контактных площадок на коллекторном устройстве соответствует количеству обмоток.

Таким образом, снижение потерь электроэнергии обеспечивается плавным подключением каждой обмотки к щеткам и источнику питания. На следующей картинке представлена конструкция якоря такого двигателя:

Устройство электрических двигателей постоянного тока позволяет легко обратить направление вращения ротора с помощью простой смены полярности на источнике питания.

Функциональные особенности электродвигателей определяются наличием некоторых «хитростей», к которым относится сдвиг токосъемных щеток и несколько схем подключения.

Сдвиг узла токосъемных щеток относительно вращения вала происходит после запуска двигателя и изменения подаваемой нагрузки. Это позволяет компенсировать «реакцию якоря» — эффект, снижающий эффективность машины за счет торможения вала.

Есть три способа подключения ДПТ:

1. Схема с параллельным возбуждением предусматривает параллельное подключение независимой обмотки, как правило, регулируемой реостатом. Так обеспечивается максимальная стабильность скорости вращения и её плавная регулировка. Именно благодаря этому двигатели с параллельным возбуждением находят широкое применение в грузоподъемном оборудовании, на электрическом транспорте и станках.
2. Схема с последовательным возбуждением тоже предусматривает использование дополнительной обмотки, но подключается она последовательно с основной. Это позволяет при необходимости резко увеличить крутящий момент двигателя, к примеру, на старте движения железнодорожного состава.
3. Смешанная схема использует преимущества обоих способов подключения, описанных выше.

Двигатели переменного тока

Главным отличием этих двигателей от описанных ранее моделей заключается в токе, протекающем по их обмотке. Он описывает по синусоидальному закону и постоянно меняет свое направление. Соответственно и питание этих двигателей осуществляется от генераторов со знакопеременной величиной.

Одним из главных конструктивных отличий является устройство статора, представляющего собой магнитопровод со специальными пазами для расположения витков обмотки.

Двигатели переменного тока классифицируют по принципу работы на синхронные и асинхронные. Коротко говоря, это означает, что в первых частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля в статоре, а во вторых – нет.

Настоятельно рекомендуем прочитать нашу статью об устройстве электродвигателей переменного тока.

Синхронные двигатели

В основе работы синхронных электродвигателей переменного тока тоже лежит принцип взаимодействия полей, возникающих внутри устройства, однако в их конструкции постоянные магниты закрепляются на роторе, а по статору проводится обмотка. Принцип их действия демонстрирует следующая схема:

Проводники обмотки, по которой проходит ток, показанные на рисунке в виде рамки. Вращение ротора происходит следующим образом:

1. На определенный момент времени ротор с закрепленным на нем постоянным магнитом находится в свободном вращении.
2. На обмотке в момент прохождения через нее положительной полуволны формируется магнитное поле с диаметрально противоположными полюсами Sст и Nст. Оно показано на левой части приведенной схемы.
3. Одноименные полюса постоянного магнита и магнитного поля статора отталкиваются друг от друга и приводят двигатель в положение, показанное на правой части схемы.

В реальных условиях для создания постоянного плавного вращения двигателя используется не одна катушка обмотки, а несколько. Они поочередно пропускают через себя ток, благодаря чему создается вращающееся магнитное поле.

Асинхронные двигатели

А асинхронном двигателе переменного тока вращающееся магнитное поле создается тремя (для сети 380 В) обмотками статора. Их подключение к источнику питания осуществляется через клеммную коробку, а охлаждение — вмонтированным в двигатель вентилятором.

Ротор, собранный из нескольких замкнутых между собой металлических стержней, жестко соединен с валом, составляя с ним одно целое. Именно из-за соединения стержней межу собой этот тип ротора называется короткозамкнутым. Благодаря отсутствию токопроводящих щеток в данной конструкции значительно упрощается техническое обслуживание двигателя, увеличивается срок службы и надежность. Главной причиной выхода из строя двигателей этого типа является износ подшипников вала.

Принцип работы асинхронного двигателя основывается на законе электромагнитной индукции – если частота вращения электромагнитного поля обмоток статора превышает частоту вращения ротора, в нем наводится электродвижущая сила. Это важно, поскольку при одинаковой частоте ЭДС не возникает и, соответственно, не возникает вращения. В действительности нагрузка на вал и сопротивление от трения подшипников всегда замедляет ротор и создает достаточные для работы условия.

Главным недостатком двигателей данного типа является невозможность получения постоянной частоты вращения вала. Дело в том, что рабочие характеристики устройства изменяются в зависимости от различных факторов. К примеру, без нагрузки на вал циркулярная пила вращается с максимальной скоростью. Когда мы подводим к пильному полотну доску и начинаем её резать, частота вращения диска заметно снижается. Соответственно, снижается и скорость вращения ротора относительно электромагнитного поля, что приводит к наведению еще большей ЭДС. Это увеличивает потребляемый ток и рабочая мощность мотора увеличивается до максимальной.

Важно подбирать двигатель подходящей мощности – слишком низкая приведет к повреждению короткозамкнутого ротора из-за превышения расчетного максимума ЭДС, а слишком высокая приводит к необоснованным энергозатратам.

Асинхронные двигатели переменного тока рассчитаны на работу от трехфазной электрической сети, однако могут быть подключены и в однофазную сеть. Так, например, они используются в стиральных машинах и станках для домашних мастерских. Однофазный двигатель имеет примерно на 30% более низкую мощность, по сравнению с трехфазным – от 5 до 10 кВт.

Ввиду простоты исполнения и надежности асинхронные двигатели переменного тока наиболее распространены не только в производственном оборудовании, но и в бытовой технике.

Универсальные коллекторные двигатели

Во многих бытовых электроприборах необходимо наличие высокой скорости вращения двигателя и крутящего момента при малых пусковых токах и плавной регулировке. Всем этим требования удовлетворяют коллекторные двигатели, называемые универсальными. По своему устройству они очень похожи на двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Главным отличием от ДПТ является магнитная система, комплектуемая несколькими изолированными друг от друга листами электротехнической стали, к полюсам которых подсоединены по две секции обмотки. Такая конструкция снижает нагрев элементов токами Фуко и перемагничивание.

Высокая синхронность магнитных полей в универсальных коллекторных двигателях сохраняет высокую скорость вращения даже под большой нагрузкой на вал. Поэтому их используют в маломощном быстроходном оборудовании и домашней технике. При подключении в цепь регулируемого трансформатора появляется возможность плавной настройки частоты вращения.

Главный недостаток таких электромоторов заключается в низком моторесурсе, обусловленном быстрым стиранием графитовых щеток.

Электрические двигатели переменного тока принцип работы и устройство

Рейтинг 2.6/5 (64 голосов)

Эл. двигатели , несомненно, одно из самых используемых устройств в современном индустриальном мире. Практически, везде можно обнаружить необходимость использования эл. двигателя. В любой отрасли, сфере деятельности эти труженики постоянно что-то вращают, перемещают, толкают или двигают. Одним словом что-то делают. Возьмём, к примеру, бытовую технику. Это и привод компрессора в холодильнике, и «вращатель» барабана в стиральной машине, и обычный вентилятор. А как себе представить кухонный комбайн без маленького моторчика или фен для укладки волос?

Эл. двигатели есть везде где есть источник эл. энергии. Даже в автомобилях, где всему голова двигатель внутреннего сгорания, найдётся также пять – шесть электрических машин. Кто то возможно даже не подозревает об их присутствии в авто, но тем не менее они там есть. Ну скажем, на вскидку, в любом автомобиле есть, как минимум, присутствуют стартёр, генератор, насос, пару (а то и больше) вентиляторов. В более дорогих моделях — стеклоподьёмники. А ведь ещё существуют авто-магнитолы, авто-пылесосы, авто-компрессоры. Даже в компьютерах присутствуют эл. двигатели и избавиться от них (в том смысле, что бы заменить на что то другое) не всегда хорошее решение или, по крайней мере, не самое дешёвое.

У каждого эл. двигателя своё назначение. В узком смысле, эл. двигатель преобразователь электрической энергии в механическую. Однако не всё так однозначно. Существуют специальные конструкции где необходимо преобразовать, например, частоту переменного тока или компенсировать реактивную составляющую питающей сети. Есть более экзотические виды. Такие, как электромашинные усилители.

Конечно эл. двигатели бывают разные. Делятся они на два больших раздела по роду питающего напряжения. Это, как известно, эл. двигатели переменного и постоянного тока. Естественно, по этой причине существенно отличаются их конструкции и особенности эксплуатации. Как говорится, не все двигатели одинаковы. В свою очередь, два больших раздела делятся на подразделы и, надо отметить, подразделы имеют довольно большой объём особенностей и различий где непосвящённому очень легко запутаться.

Классификация электрических двигателей займёт по объёму пожалуй целый сайт, но чтобы не утруждать читателя в самом начале давайте затронем лишь основные моменты. Двигатели переменного тока бывают синхронные и асинхронные. Самым простым считается асинхронный эл. двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором. Таких двигателей, пожалуй, большинство в силу их более низкой стоимости, по сравнению со всеми другими типами. Они, к тому же, самые простые в обслуживании, и что очень важно, более надёжны в эксплуатации.

есколько сложнее, как конструктивно, так и в плане обслуживания и эксплуатации, выглядят асинхронные эл. двигатели переменного тока с фазным ротором. Сразу возникает вопрос. Если эти двигатели более сложны, а значит и дороги, то с какой такой радости их разработали и применяют? А всё дело в том, что у любого устройства есть определённые характеристики. Огромное разнообразие эл. двигателей, как раз и появилось в результате стремления конструкторов и инженеров получить эл. двигатель, который будет выполнять свою работу, да не просто выполнять, а выполнять так, как нужно. Эл. двигатель с фазным ротором имеет ряд характеристик, которые совершенно необходимы в исполнительных механизмах, но эл. двигатели с к.з. ротором не имеют таких характеристик.

В чём же эта важная особенность эл. двигателей переменного тока, разделившая их на «коротыши» и «фазники»? «Коротыши» хорошо работают при номинальных скоростях. При увеличении нагрузки резко падает их частота вращения и следом выходной момент на валу. Не сказать, что «фазники» обладаю существенно отличающейся нагрузочной способностью, но тем не менее, в некотором более широком диапазоне. Дело в том, что конструктивно, в двигателях с фазным ротором , появилась возможность включить в цепь обмотки ротора добавочное сопротивление. Это позволяет в «фазниках» получить более высокий пусковой момент и ограничить пусковой ток.

Очень часто асинхронные эл. двигатели переменного тока с фазным ротором используют в грузоподъёмных механизмах, а там, как известно, требуется достаточно высокий пусковой момент. Вообще, «фазники» так зачастую и называют – «крановые двигатели», хотя диапазон их применения несколько шире.

А почему же в названии присутствуют слова , синхронный и асинхронный? А объясняется такое название очень просто. В асинхронных эл. двигателях частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения поля обмотки статора ( на величину скольжения, обычно в пределах 100 об/мин). В синхронных машинах эти частоты равны, т.е. ротор вращается синхронно с полем статора. Достигается это путём подачи в цепь ротора постоянного тока. Разумеется, что существуют агрегаты где очень жёсткие требования к постоянной, не изменяющейся частоте вращения. Вот тут, как раз, стихия синхронных эд. двигателей переменного тока.

Да, я чуть не забыл. Двигатели переменного тока, могут быть трёхфазные и однофазные. Не думаю, что тут надо объяснять что то особо. Просто конструкции рассчитываются под определённый тип источника напряжения. В однофазных эл. двигателях в подавляющем большинстве исполнение с короткозамкнутым ротором, а вот статора имеют множество различных вариантов. Ну например, эл. двигатели с экранированными полюсами, или ещё конденсаторные эл. двигатели.

Думаете это всё? Увы, это было бы слишком просто. Существует ещё целый ряд редких и даже экзотических эл. двигателей: исполнителные, вращающиеся трансформаторы, линейные, двойного питания и т.д. и т.п. Следует также сказать, что существует ещё целый раздел — так называемые коллекторные эл. двигатели переменного тока. Но тут уж наверняка представление имеют все без исключения. Уж электродрель в руках держать приходилось многим.

Что касается эл. двигателей постоянного тока, то классификация здесь достаточно простая. Хотя, с другой стороны, разнообразия в этом разделе тоже предостаточно. Основные различия в обмотке возбуждения. Если точнее, то в способе её подключения. Дело в том, что от подключения обмотки возбуждения очень сильно зависит характеристика эл. двигателя. Если говорить об отличиях двигателей постоянного тока от двигателей переменного тока, то они отличаются во всём. Визуально очень легко отличить эти типы друг от друга, и прежде всего, наличием коллектора. «А как же коллекторные эл. двигатели переменного тока», — спросите Вы? А они, оказывается, работают и на постоянном токе тоже. Вот такие они особенные. Но так как используют их, и предназначены они, в первую очередь, для работы на переменном токе, то и относят их к разделу эл. двигателей переменного тока.

Так вернёмся к классификации эл. двигателей постоянного тока. Разделяют всего четыре группы: независимого возбуждения, параллельного (шунтового) возбуждения, последовательного (сериесного) возбуждения и смешанного (компаундного) возбуждения. Двигатели постоянного тока отличаются резко по своим характеристикам от двигателей переменного тока.

Во-первых, они очень удобны в регулировке частоты вращения. Практически, очень плавный пуск — от нуля. Во-вторых, эл. двигатели постоянного тока могут работать с резким изменением направления вращения (тяжёлые реверсные нагрузки). В-третьих, они обращаемы, т.е. могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. В славной линейке эл. двигателей переменного тока обращаемым может быть только синхронный эл. двигатель. На постоянном токе обращаемы все типы.

Достоинства эл. двигателей во всём, но есть минус, который сводит это всё на нет. Этот минус ни что иное как коллектор, а в общем и целом весь якорь. Изготовить этот узел достаточно сложно и дорого. Щёточный аппарат, порой, просто убивает обслуживающий персонал. Глаз и глаз нужен. Чистота требуется идеальная. Эл. двигатели постоянного тока всегда хочется заменить на эл. двигатель переменного тока (в разы дешевле обходится!). Эх, если бы это было возможно. В некоторых условиях приходится уступать капризам. Попытки изготовить такой эл. двигатель на переменном токе, что бы смог заменить эл. двигатель постоянного тока были и продвижение уже есть в этом направлении, но пока , эти достижения не достигли нужного уровня. Очевидно, необходимо ещё какое то время.

Что ж господа, более детально Вы сможете ознакомиться с эл. двигателями в моих специальных статьях, здесь на сайте. Я намеренно не углубляюсь в глубину этого вопроса, и мои статьи носят всё больше обзорный характер. Наш сайт тематически не специализируется на эл. двигателях (хотя этой теме можно посвятить целый портал). Хотелось бы рассказать и про другие устройства.

ООО Свой Мастер & PoliStyle

25 сентября 2021

• Услуги
• Цены
• СНиПы/ГОСТы
• Галерея
• Статьи

Статьи:

• Мебель и сборка
• Ремонт и интерьер
• ПУЭ и электрика
• Стиль и дизайн
• Сантехника
• Материалы
• Экспертиза
• Документация
• ГОСТы и СНиПы
• Двери и окна
• Фен-шуй в доме

Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.

Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

Содержание

• 1 Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока
• 2 Двигатели переменного тока — в чем отличие?
• 3 Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи
• 4 Универсальные коллекторные двигатели — принцип работы и характеристики
• 5 Синхронный принцип работы электродвигателя на видео

Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.

В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя. К нему подключены концы обмотки якоря.

Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами. Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.

Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.

В двигателях большой мощности физически существующих магнитов не используют из-за их большого веса. Для создания постоянного магнитного поля статора используется несколько металлических стержней, каждый из которых имеет собственную обмотку из проводника, подключенного к плюсовой или минусовой питающей шине. Одноименные полюса включаются последовательно друг другу.

Количество пар полюсов на корпусе двигателя может быть равно одной или четырем. Число токосъемных щеток на коллекторе якоря должно ему соответствовать.

Электродвигатели большой мощности имеют ряд конструктивных хитростей. Например, после запуска двигателя и с изменением нагрузки на него, узел токосъемных щеток сдвигается на определенный угол против вращения вала. Так компенсируется эффект «реакции якоря», ведущий к торможению вала и снижению эффективности электрической машины.

Также существует три схемы подключения двигателя постоянного тока:

• с параллельным возбуждением;
• последовательным;
• смешанным.

Параллельное возбуждение – это когда параллельно обмотке якоря включается еще одна независимая, обычно регулируемая (реостат).

Такой способ подключения позволяет очень плавно регулировать скорость вращения и достигать ее максимальной стабильности. Его используют для питания электродвигателей станков и кранового оборудования.

Последовательная – в цепь питания якоря дополнительная обмотка включена последовательно. Такой тип подключения используется для того, чтобы в нужный момент резко нарастить вращающее усилие двигателя. Например, при трогании с места железнодорожных составов.

Двигатели постоянного тока имеют возможность плавной регулировки частоты вращения, поэтому их применяют в качестве тяговых на электротранспорте и грузоподъемном оборудовании.

Двигатели переменного тока — в чем отличие?

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока для создания крутящего момента предусматривают использование вращающегося магнитного поля. Их изобретателем считается русский инженер М. О. Доливо-Добровольский, создавший в 1890 году первый промышленный образец двигателя и являющийся основоположником теории и техники трехфазного переменного тока.

Вращающееся магнитное поле возникает в трех обмотках статора двигателя сразу, как только они подключаются к цепи питающего напряжения. Ротор такого электромотора в традиционном исполнении не имеет никаких обмоток и представляет собой, грубо говоря, кусок железа, чем-то напоминающий беличье колесо.

Магнитное поле статора провоцирует возникновение в роторе тока, причем очень большого, ведь это короткозамкнутая конструкция. Этот ток вызывает возникновение собственного поля якоря, которое «сцепляется» с вихревым магнитным потом статора и заставляет вращаться вал двигателя в том же направлении.

Магнитное поле якоря имеет ту же скорость, что и статора, но отстает от него по фазе примерно на 8–100. Именно поэтому двигатели переменного тока называются асинхронными.

Принцип действия электродвигателя переменного тока с традиционным, короткозамкнутым ротором, имеет очень большие пусковые токи. Вероятно, многие из вас это замечали – при пуске двигателей лампы накаливания меняют яркость свечения. Поэтому в электрических машинах большой мощности применяется фазный ротор – на нем уложены три обмотки, соединенные «звездой».

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи

Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.

Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого используется конденсатор.

Запитать от бытовой розетки можно и промышленный трехфазный двигатель. Для этого в его клеммной коробке две обмотки соединяются в одну, и в эту цепь включается конденсатор. Исходя из принципа работы асинхронных электродвигателей, запитанных от однофазной цепи, следует указать, что они имеют меньший КПД и очень чувствительны к перегрузкам.

Электродвигатели этого типа легко запускаются, но частоту их вращения практически невозможно регулировать.

Они чувствительны к перепадам напряжения, а при «недогрузе» снижают коэффициент полезного действия, становясь источником непропорционально больших затрат электроэнергии. При этом существуют методы использования асинхронного двигателя как генератор.

Универсальные коллекторные двигатели — принцип работы и характеристики

В бытовых электроинструментах малой мощности, от которых требуются малые пусковые токи, большой вращающий момент, высокая частота вращения и возможность ее плавной регулировки, используются так называемые универсальные коллекторные двигатели. По своей конструкции они аналогичны двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением.

В таких двигателях магнитное поле статора создается за счет питающего напряжения. Только немного изменена конструкция магнитопроводов – она не литая, а наборная, что позволяет уменьшать перемагничивание и нагрев токами Фуко. Последовательно включенная в цепь якоря индуктивность дает возможность менять направление магнитного поля статора и якоря в одном направлении и в той же фазе.

Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.

Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый трансформатор, то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.

Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.

Синхронный принцип работы электродвигателя на видео