Электродвигатели: разновидности, назначение, устройство

Электродвигатели, независимо от их вида, размеров, формы представляют собой машины для превращения электрической энергии в механическую. Подобное преобразование происходит благодаря работе магнитного поля, которое появляется между неподвижной (статор) и подвижной (ротор) составляющими.

Область применения электродвигателей

Сфера использования электрических двигателей любых конструкций, размеров и конфигураций достаточно обширна. Подобные агрегаты необходимы для исправной работы автомобилей, грузовых или пассажирских лифтов, вентиляторов в ванной комнате, туалете, в том числе для стиральных машин, бесперебойного функционирования эскалаторов в метрополитене, торговом центре, для привода дверей гипермаркетов, вытяжной вентиляции и многих других областях.

Без электродвигателей невозможно представить нормальную работу электролаборатории, медицинского учреждения, производственного предприятия и т. д. Если рассматривать ТЭЦ, то электрический двигатель очень часто представлен частью насосного устройства. Это означает, что он своим вращением заставляет функционировать насосы. Последние могут быть сетевого, питательного и конденсатного типа.

Благодаря электродвигателям начинают двигаться производственные механизмы, котлы. В частности, это касается конвейерных лент, транспортеров, дымососов, а также дутьевых вентиляторов, шнеков.

Классификация электродвигателей

Производители предлагают обширный ассортимент моделей подобных аппаратов, различающихся габаритами, конструкциями, сферой использования. Несмотря на доступность вариантов, такие устройства подразделяют на две главные категории - электрические двигатели переменного и постоянного тока.

Обе разновидности одинаково функционируют. Однако перед использованием двигателя важно правильно выбрать модель. Для этого необходимо знать разницу между машинами переменного и постоянного тока, так как каждый из этих видов имеет различные требования к электропитанию, регулированию, конструкции. Также нужно знать, что в случае повреждения изоляции либо появления межвиткового замыкания нарушается функциональность машины.

Электрические двигатели подразделяют на различные типы. Такие агрегаты бывают синхронные и асинхронные, коллекторные или бесколлекторные, в том числе с высоким либо низким показателем напряжения, постоянного и переменного тока.

Двигатели также отличаются частотой вращения. Наиболее распространенным вариантом считается электродвигатель переменного тока. Модель постоянного тока используется нечасто по причине высокой цены агрегата.

Описание двигателей переменного тока

В подобных электрических машинах применяется переменный ток АС, благодаря которому вырабатывается механическая энергия. Двигатель обычной конструкции содержит неподвижный статор с обмоткой и вращающийся ротор из металла.

Работа агрегата состоит в следующем: электрический ток поступает на обмотки неподвижной части (статора), появляется подвижное магнитное поле, которое индуцирует ток в роторе, что приводит к образованию второго магнитного поля. За счет установленной взаимосвязи между обоими магнитными полями, ротор начинает вращаться.

Выбор электродвигателя с переменным током требует особого внимания. При этом необходимо учитывать рабочую, то есть наибольшую скорость, которую способен развивать агрегат.

Другой важный аспект при выборе модели с переменным током - это пусковой крутящий момент. Он создается самой машиной в процессе запуска со скоростью, равной нулю.

Что собой представляет двигатель постоянного тока

В своем функционировании подобные агрегаты вырабатывают постоянный ток DC и напряжение, которое также остается постоянным, что помогает получить механическую энергию.

Стоит отметить конструктивные особенности двигателей с постоянным током, куда входят: ротор - подвижная обмотка, статор - неподвижная часть с обмотками.

Еще одно главное составляющее электродвигателя данного типа - это коммутатор, который зафиксирован к якорю. Во время прохождения тока через агрегат, в неподвижном статоре и по всей обмотке якоря образуется магнитное поле. Благодаря взаимодействию двух полей возникает электромагнитная сила. Последняя приводит якорь во вращение.

Коммутатор работает следующим образом: он меняет вектор тока в якорь, в результате чего вращение не останавливается до тех пор, пока электрический ток проходит через энергосистему.

Электродвигатели постоянного тока бывают бесколлекторными и щеточными. Щеточные разновидности двигателей состоят из основных, дополнительных полюсов и станины.

Основные полюса необходимы для получения главного магнитного потока, дополнительные - для снижения искрения щеток, расположенных в коллекторе.

Станина соединяется с траверсой щеточного агрегата, предназначенного для подвода электрического тока к коллектору. В щеточных конструкциях дополнительные полюса находятся между основными.

Электрические двигатели бесколлекторного вида используются в тех случаях, когда требуется убрать слабое место щеточных конструкций. С течением определенного времени щетки стареют, то есть изнашиваются, при этом требуют стабильной эксплуатации.

Бесколлекторные электродвигатели устроены таким образом, что с их помощью можно оперативно набирать большое число оборотов.

Двигатели постоянного тока широко используются в транспорте, работающем за счет электричества - это трамваи, электрички, а также электромобили.

Конструкции постоянного тока применяются в случаях, когда необходимо создать разные скорости, крутящие моменты. При регулировке показателей напряжения, направленного на якорь, меняется значение выходной скорости.

Двигатели асинхронного типа

В асинхронных конструкциях может встречаться ротор с фазной либо короткозамкнутой обмоткой. Модели с фазной обмоткой отличаются сложным устройством ротора, при этом создаются плавные условия запуска.

В электродвигателях с короткозамкнутой обмоткой пусковые токи имеют высокие показатели. Такие модели выделяются большей надежностью, простотой в использовании. Для плавного запуска механизмов сегодня применяются частотно-регулируемые электрические приводы (ЧРЭП).

Самыми востребованными асинхронными двигателями считаются модели с короткозамкнутым ротором всевозможных серий, которые отличаются друг от друга спецификой конструкции.

Электродвигатели асинхронного типа получают питание от 3-х фазной цепи переменного тока. Допускается подсоединение агрегата от напряжения 220 В с конденсатором.

Описание синхронных электрических двигателей

Машина синхронного типа включает в себя два компонента - первый связан с цепью или якорем, а второй - требуется для получения тока возбуждения.

В основном пользуются спросом модели, в которых неподвижный статор выступает в качестве якоря. Поэтому стоит рассмотреть именно такой вариант.

Статор своими конструктивными особенностями похож на асинхронный двигатель. Во время питания от 3-х фазной электросети обмотка в пазах создает подвижное магнитное поле.

Частота вращения подвижной (ротор) и неподвижной (статор) частей одинаковая в синхронных электродвигателях. При этом не происходит скольжения. К тому же, частота вращения ротора не связана с электросетью, и питание осуществляется вне зависимости от источника.

Тип синхронного агрегата определяется взаимодействием магнитных полей двух основных компонентов - ротора и статора. При воздействии на ротор внешнего момента, который создает торможение, агрегат функционирует в режиме двигателя, причем питается электричеством из сети. При ускоряющем моменте машина получает энергию - генератор.

Синхронные электрические двигатели по сравнению с асинхронными аналогами имеют ряд преимуществ, среди которых более высокое КПД. Это обеспечивается за счет незначительных дополнительных потерь в роторе.

Синхронный двигатель может функционировать при cosf=1 за счет возбуждения постоянным электрическим током. К тому же, не происходит потребления реактивной мощности.

К плюсам синхронных двигателей также стоит отнести факт того, что во время снижения уровня напряжения электросети агрегат выдерживает огромные нагрузки. Это означает, что наибольший момент пропорционален величине напряжения и это с тем, что у асинхронных конструкций - квадрату напряжения.

Одним из недостатков синхронных двигателей считается ценовой диапазон. Не менее важным минусом агрегата является сложная конструкция, скоростная регулировка.

Технические параметры электрических двигателей

В зависимости от разновидностей двигателей их характеристики могут быть разными, в каждом случае свои показатели. Стоит рассмотреть параметры асинхронных моделей.

Двухскоростные машины имеют свои номинальные значения для каждой частоты вращения. Одни характеристики необходимы для проведения расчетов, а иные - для испытательных мероприятий, для покупки.

Ключевые характеристики электродвигателей указаны в специальной таблице. Здесь отмечен номинальный ток, величина мощности, а также частоты вращения, напряжение, режим использования, уровень защиты и др.

Чтобы грамотно провести расчеты, нужны не только табличные данные, но также показатели пуска, номинального скольжения, кпд, значение времени выбега, разгона и т. д. Для правильного проведения испытаний требуется знать сопротивление изоляции, графические показатели.