Електрическите двигатели са силови машини, използвани за преобразуване на електрическа енергия в механична енергия. Общата класификация ги разделя според вида на захранващия ток на DC и AC двигатели. Статията по-долу разглежда електрически двигатели с AC спецификация, техните видове, отличителни характеристики и предимства.

Индустриален тип AC двигател

Принцип на преобразуване на енергия

Сред електродвигателите, използвани във всички индустрии и домакински електроуреди, най-често срещаните са AC двигателите. Те се срещат в почти всяка сфера на живота - от детски играчки и перални до автомобили и мощни производствени машини.

Принципът на действие на всички електродвигатели се основава на закона за електромагнитната индукция на Фарадей и закона на Ампер. Първият от тях описва ситуацията, когато се генерира електродвижеща сила върху затворен проводник, разположен в променящо се магнитно поле. В двигателите това поле се създава чрез намотките на статора, през които протича променлив ток. Вътре в статора (който е тялото на устройството) има движещ се елемент на двигателя - ротор. По него възниква ток.

Въртенето на ротора се обяснява със закона на Ампер, който гласи, че върху електрическите заряди, преминаващи през проводник, разположен вътре в магнитно поле, действа сила, която ги премества в равнина, перпендикулярна на силовите линии на това поле. Просто казано, проводникът, който в конструкцията на двигателя е роторът, започва да се върти около оста си и се фиксира върху вала, към който са свързани работните механизми на оборудването.

Видове двигатели и тяхното устройство

Електрическите двигатели с променлив ток имат различен дизайн, благодарение на който е възможно да се създадат машини с еднаква скорост на ротора спрямо магнитното поле на статора и машини, при които роторът „изостава“ от въртящото се поле. Според този принцип тези двигатели са разделени на съответни типове: синхронни и асинхронни.

Асинхронен

Дизайнът на асинхронен електродвигател се основава на няколко важни функционални части:

1. Статорът е цилиндричен блок, изработен от стоманени листове с жлебове за полагане на проводими намотки, чиито оси са разположени под ъгъл 120˚ една спрямо друга. Полюсите на намотките отиват към клемната кутия, където се свързват по различен начин, в зависимост от необходимите работни параметри на електродвигателя.
2. Ротор. При проектирането на асинхронни електродвигатели се използват два вида ротори:
   • Късо съединение. Нарича се така, защото е направен от няколко алуминиеви или медни пръта, свързани накъсо с помощта на крайни пръстени. Този дизайн, който представлява тоководеща роторна намотка, се нарича "катерица" в електромеханиката.
   • Фаза. На ротори от този тип е монтирана трифазна намотка, подобна на намотката на статора. Най-често краищата на проводниците му отиват към клемата, където се свързват в звезда, а свободните краища се свързват към контактни пръстени. Фазовият ротор ви позволява да използвате четки, за да добавите допълнителен резистор към веригата на намотката, което ви позволява да промените съпротивлението, за да намалите пусковите токове.

В допълнение към описаните ключови елементи на асинхронен електродвигател, неговият дизайн включва и вентилатор за охлаждане на намотките, клемна кутия и вал, който предава генерираното въртене към работните механизми на оборудването, чиято работа се осигурява от този двигател.

Работата на асинхронните електродвигатели се основава на закона за електромагнитната индукция, който гласи, че електродвижещата сила може да възникне само при условия на разлика в скоростта на въртене на ротора и магнитното поле на статора. По този начин, ако тези скорости са равни, ЕМП не може да се появи, но влиянието върху вала на такива "спирачни" фактори като натоварване и триене на лагера винаги създава условия, достатъчни за работа.

Синхронен

Дизайнът на синхронните електродвигатели с променлив ток е малко по-различен от дизайна на асинхронните аналози. В тези машини роторът се върти около оста си със скорост, равна на скоростта на въртене на магнитното поле на статора. Роторът или арматурата на тези устройства също е снабден с намотки, които са свързани в единия край един към друг, а в другия към въртящ се колектор. Контактните площадки на комутатора са монтирани така, че в определен момент от време е възможно да се подава захранване през графитните четки само на два срещуположни контакта.

Принцип на работа на синхронни електродвигатели:

1. Когато магнитният поток в намотката на статора взаимодейства с тока на ротора, възниква въртящ момент.
2. Посоката на магнитния поток се променя едновременно с посоката на променливия ток, като по този начин се поддържа въртенето на изходящия вал в една посока.
3. Желаната скорост на въртене се регулира чрез регулиране на входното напрежение. Най-често при високоскоростно оборудване, като въртящи се чукове и прахосмукачки, тази функция се изпълнява от реостат.

Най-честите причини за отказ на синхронни електродвигатели са:

• износване на графитните четки или отслабване на притискащата пружина;
• износване на лагери на валове;
• замърсяване на колектора (почистете с шкурка или алкохол).

Трифазен алтернатор

История на изобретението

Изобретението на най-простия метод за преобразуване на енергия от електрическа в механична принадлежи на Майкъл Фарадей. През 1821 г. този велик английски учен провежда експеримент с проводник, спуснат в съд с живак, на дъното на който лежи постоянен магнит. След прилагане на електричество към проводника, той започва да се движи, въртейки се според линиите на магнитното поле. В наши дни този експеримент често се провежда в часовете по физика, като живакът се заменя със саламура.

По-нататъшното проучване на въпроса доведе до създаването от Питър Барлоу през 1824 г. на еднополюсен двигател, наречен колело на Барлоу. Конструкцията му включва две зъбни колела, изработени от мед, разположени на една и съща ос между постоянни магнити. След подаване на ток към колелата, в резултат на взаимодействието му с магнитни полета, колелата започват да се въртят. По време на експериментите ученият установи, че посоката на въртене може да се промени чрез промяна на полярността (чрез пренареждане на магнити или контакти). Практическото приложение на "колелото на Барлоу" изигра важна роля в изследването на взаимодействието на магнитни полета и заредени проводници.

Първият работещ прототип на устройството, което стана прародител на съвременните двигатели, е създаден от руския физик Борис Семенович Якоби през 1834 г. Принципът на използване на въртящ се ротор в магнитно поле, демонстриран в това изобретение, се използва почти непроменен в съвременните двигатели с постоянен ток.

Но създаването на първия двигател с асинхронен принцип на работа принадлежи на двама учени наведнъж - Никола Тесла и Галилео Ферарис, които по щастливо съвпадение демонстрираха своите изобретения през същата година (1888 г.). Няколко години по-късно двуфазният безчетков AC двигател, създаден от Никола Тесла, вече се използва в няколко електроцентрали. През 1889 г. руският електроинженер Михаил Осипович Доливо-Доброволски подобрява изобретението на Тесла за работа в трифазна мрежа, благодарение на което успява да създаде първия асинхронен променливотоков двигател с мощност над 100 W. Той също така изобретява използваните днес методи за свързване на фази в трифазни електродвигатели: "звезда" и "триъгълник", пускови реостати и трифазни трансформатори.

AC система, предложена от Westinghouse

Свързване към монофазни и трифазни захранвания

Според вида на захранващата мрежа електродвигателите с променлив ток се класифицират на монофазни и трифазни.

Свързването на асинхронни еднофазни двигатели е много лесно - за да направите това, просто свържете фазовия и нулевия проводник на еднофазна 220V мрежа към двата изхода на корпуса. Синхронните двигатели също могат да се захранват от този тип мрежа, но връзката е малко по-сложна - необходимо е да свържете намотките на ротора и статора така, че техните еднополюсни контакти за намагнитване да са разположени един срещу друг.

Свързването към трифазна мрежа изглежда малко по-сложно. На първо място, трябва да обърнете внимание, че клемната кутия съдържа 6 щифта - чифт за всяка от трите намотки. Второ, това дава възможност да се използва един от двата метода на свързване („звезда“ и „делта“). Неправилното свързване може да повреди двигателя чрез стопяване на намотките на статора.

Основната функционална разлика между "звезда" и "триъгълник" е различната консумация на енергия, която се прави, за да може машината да бъде свързана към трифазни мрежи с различни мрежови напрежения - 380V или 660V. В първия случай намотките трябва да бъдат свързани в схема "триъгълник", а във втория случай - в схема "звезда". Това правило за превключване позволява и в двата случая да има напрежение от 380V на намотките на всяка фаза.

На свързващия панел клемите за намотка са разположени така, че джъмперите, използвани за включване, да не се пресичат. Ако клемната кутия на двигателя съдържа само три клеми, тогава тя е проектирана да работи на едно напрежение, което е посочено в техническата документация, а намотките са свързани помежду си вътре в устройството.

Предимства и недостатъци на електродвигателите с променлив ток

Днес, сред всички електродвигатели, устройствата за променлив ток заемат водеща позиция по отношение на обема на използване в електроцентралите. Те имат ниска цена, лесен за поддръжка дизайн и ефективност от най-малко 90%. В допълнение, тяхното устройство ви позволява плавно да променяте скоростта на въртене, без да прибягвате до допълнително оборудване като скоростни кутии.

Основният недостатък на AC двигателите с асинхронен принцип на работа е фактът, че скоростта на въртене на вала им може да се регулира само чрез промяна на честотата на входния ток. Това не позволява да се постигне постоянна скорост на въртене и също така намалява мощността. Асинхронните електродвигатели се характеризират с високи пускови токове, но нисък пусков момент. За коригиране на тези недостатъци се използва честотно задвижване, но цената му противоречи на едно от основните предимства на тези двигатели - ниската цена.

Слабото място на синхронния двигател е неговата сложна конструкция. Графитните четки се провалят доста бързо при натоварване и също така губят плътен контакт с комутатора поради отслабване на пружината за натиск. В допълнение, тези двигатели, подобно на техните асинхронни колеги, не са защитени от износване на лагерите на вала. Недостатъците също включват по-сложно стартиране, необходимостта от източник на постоянен ток и изключително честотен контрол на скоростта на въртене.

Приложение

Днес електродвигателите със спецификации за променлив ток са често срещани във всички области на индустрията и живота. Те се инсталират като генератори в електроцентрали, използват се в производствено оборудване, автомобилни приложения и дори домакински уреди. Днес във всеки дом можете да намерите поне едно устройство с електрически двигател с променлив ток, например пералня. Причините за такава голяма популярност са гъвкавостта, издръжливостта и лекотата на поддръжка.

Сред асинхронните електрически машини най-разпространени са устройствата с трифазна спецификация. Те са най-добрият вариант за използване в много силови агрегати, генератори и инсталации с висока мощност, които изискват контрол на скоростта на вала.

Представете си какъв би бил съвременният свят, ако всички електрически двигатели внезапно изчезнат от него. Да кажем, че сме ги заменили с топлинни двигатели. Но топлинните двигатели са обемисти и отделят пара и изгорели газове, докато електрическите двигатели със сравнима мощност са компактни, пасват перфектно на машини, електрически превозни средства и друго оборудване, като същевременно са екологични, икономични и надеждни. Невъзможно е да си представим съвременния свят без електрически двигатели, които значително улесняват работата на хората, накратко, правят живота ни по-комфортен.

Благодарение на електродвигателите получаваме механична енергия от електрическа енергия. И решаващо значение в този процес имат характеристиките на теглото и размерите, мощността и броя на оборотите в минута, които от своя страна са свързани както с конструктивните характеристики на двигателите, така и с параметрите на захранващото напрежение.

В зависимост от вида на захранващото напрежение електродвигателите могат да бъдат AC или DC. По метод на управление: стъпкови, линейни, серво (последовател). AC двигателите от своя страна биват асинхронни и синхронни. Нека да разгледаме видовете електродвигатели, да отбележим техните характеристики и да говорим за принципите на работа на всеки от тях.

DC двигатели

За изграждане на електрозадвижвания с високи динамични характеристики се използват електродвигатели с постоянен ток. Характеризират се с висока претоварваща способност и равномерно въртене. DC двигателите често се използват в електрически превозни средства. Те също така са оборудвани с много машини, машини, агрегати, включително домакински уреди.

Работата на класически DC двигател се основава на въртенето на рамка с ток във външно магнитно поле: токът се подава към рамката през четко-колекторен възел, а магнитното поле на статора се получава или от постоянни магнити, или от същия постоянен ток (магнитно поле на намотка с ток) . В резултат на това рамката с ток се върти в магнитно поле. Вместо рамка може да има намотка с ток на магнитна верига - ротор.

AC двигатели

AC електрическите двигатели са много широко използвани в ежедневието и в индустрията, тъй като се считат за по-универсални в сравнение с DC двигателите. Двигателите с променлив ток имат проста конструкция, по-надеждни са от двигателите с постоянен ток и са лесни за работа.

Например, повечето домашни вентилатори и индустриални аспиратори са оборудвани с асинхронни двигатели с променлив ток. Те също така са оборудвани с лебедки, помпи и машини. Простотата на променливотоковите двигатели с промишлена честота се крие в липсата на четка-комутатор и сложна електроника.

Стъпкови двигатели

Стъпковите двигатели работят чрез преобразуване на дискретни постоянни електрически импулси в механични движения (стъпки). Офис оборудване, машини, роботи - навсякъде, където се изисква висока скорост и равномерно движение на работния орган, днес се използват стъпкови двигатели. За да контролира скоростта на въртене на ротора, електронният блок регулира честотата на повторение на импулсите и техния работен цикъл. Стъпковият двигател е синхронен безчетков DC двигател.

Серво задвижвания (серво мотори)

Серво задвижването (следящото задвижване) е високотехнологичен постояннотоков двигател. За разлика от стъпковия двигател, сервомоторът също има сензор за положение на ротора в своя дизайн, с помощта на който се реализира механизъм за отрицателна обратна връзка.

Двигателите от този тип са способни да развиват високи скорости и мощност, като постояннотокови стъпкови двигатели, но регулирането на позицията на работния орган е по-точно. За CNC машини серво задвижването е точно това, от което се нуждаете. Много съвременни индустриални машини са оборудвани със серво задвижвания, интегрирани във високопрецизна компютърна система за управление.

Линейни двигатели

Вместо ротор, линеен DC двигател има прът (пръчка) с магнити, който се движи линейно през статора спрямо индуктора. Двигателите от този тип набират популярност като задвижвания на механизми с възвратно-постъпателни движения по време на работа.

Това е надеждно и икономично решение, елиминиращо необходимостта от използване на механична трансмисия. Импулси с необходимата полярност и продължителност се изпращат към бобината, образувайки магнитно поле с желаната конфигурация, което от своя страна действа върху пръта, а текущото положение на пръта се следи благодарение на сензори на Хол, вградени в статора.

Синхронни електродвигатели

Когато се говори за „синхронен двигател“, те традиционно означават двигател с променлив ток, при който скоростта на въртене (или ъгловата скорост) на ротора е равна на ъгловата скорост на магнитния поток в кухината на статора. Най-често става дума за двигатели, чиито ротори носят постоянни магнити или възбудителна намотка, която създава силно собствено магнитно поле, което предотвратява приплъзването.

Следователно при синхронните двигатели скоростта на ротора е постоянна. Мощни вентилатори, кранови задвижвания, помпи - в много приложения, където се изисква висока мощност и постоянна скорост, независимо от натоварването, се използват синхронни двигатели.

Асинхронни електродвигатели

Най-често асинхронният двигател е двигател с променлив ток, при който честотата (или ъгловата скорост) на въртене на ротора се различава от ъгловата скорост на магнитния поток на статора. Тоест има „приплъзване“ в такъв двигател. AC индукционните двигатели се доставят с ротор с катерица или .

По-мощните асинхронни двигатели се произвеждат с навит ротор; големината на магнитния поток на такъв ротор се контролира от реостат, а скоростта на въртене се регулира. По-малко критично (за зависимостта на скоростта на ротора от товара) оборудването е оборудвано с асинхронни двигатели с ротор с катерица.

В домакински уреди, ръчни електрически инструменти, автомобилно електрическо оборудване и системи за автоматизация често се използва комутаторен AC двигател, чиято схема на свързване, както и устройството, са подобни на двигателите с постоянен ток.

(ArticleToC: разрешено=да)

Тяхното широко разпространение се обяснява с тяхната компактност, ниско тегло, ниска цена и лекота на работа. В този сегмент най-търсени са двигатели с висока честота и ниска мощност.

Това устройство е доста специфично, като поради сходството си с машини с постоянен ток има подобни характеристики и присъщи предимства.

Разликата от двигателите с постоянен ток е материалът на корпуса на статора, изработен от листове от електрическа стомана, поради което е възможно да се намалят загубите от вихрови токове.

За да може двигателят да работи от обикновена мрежа, т.е. 220 V, възбуждащите намотки са свързани последователно.

Тези двигатели, наречени универсални поради факта, че работят на променлив и постоянен ток, са еднофазни и трифазни.

Видео: Универсален четков мотор

От какво се състои структурата?

Дизайнът на променливотоков електродвигател включва в допълнение към ротора и статора:

• тахогенератор;
• четкосъбирателен механизъм.

Токът на котвата взаимодейства с магнитния поток на намотката на полето, причинявайки въртене на ротора в колекторния механизъм. Токът се подава през четките към комутатора, който е роторният възел и е свързан последователно към намотката на статора. Сглобява се от плочи с трапецовидно напречно сечение.

Принципът на работа на такъв двигател може да се демонстрира с помощта на добре познатия експеримент от училище с въртяща се рамка, която беше поставена между противоположните полюси на магнитно поле. Той се върти под въздействието на динамични сили, когато през него протича ток. При промяна на посоката на тока рамката не променя посоката на въртене.

Високите обороти на празен ход, причинени от максималния въртящ момент при последователно свързване на намотките на възбуждането, могат да доведат до повреда на механизма.

Схема на свързване (опростена)

Типична схема на свързване осигурява извеждане на до десет контакта към контактната лента. Токът L, протичащ през една от четките, влиза в комутатора и арматурата, след което преминава към намотките на статора през втората четка и джъмпера, оставяйки неутралния N.

Този метод на свързване не предвижда обръщане на двигателя, тъй като паралелното свързване на намотките води до едновременна промяна на полюсите на магнитните полета. В резултат на това посоката на момента е винаги една и съща.

Възможно е да промените посоката на въртене, ако промените местоположението на изходите на намотките на контактната лента. Двигателят се включва директно, когато изходите на ротора и статора са свързани към четко-комутаторен механизъм. За включване на втората скорост се използват клемите на половината намотка. Не трябва да забравяме, че от момента на такова свързване двигателят работи на максимална мощност, така че времето за работа не може да надвишава 15 секунди.

Видео: Свързване и регулиране на оборотите на двигателя от пералня

На практика се използват различни методи за регулиране на работата на двигателя. Това може да бъде електронна схема, където регулиращият елемент е триак, който "предава" дадено напрежение към двигателя. Той работи като мигновен ключ, отварящ се, когато на портата му се получи контролен импулс.

Принципът на работа, реализиран във вериги с триак, се основава на пълновълново фазово управление, където напрежението, подадено към двигателя, е свързано с импулсите, които пристигат към електрода. В този случай честотата, с която котвата се върти, е право пропорционална на напрежението, подадено към намотките.

Опростено, този принцип може да бъде описан със следните точки:

• сигнал от електронна верига се подава към вратата на триак;
• портата се отваря, токът протича през намотките на статора, което кара котвата на двигателя да се върти;
• моментните стойности на скоростта на въртене се преобразуват от тахогенератора в електрически сигнали, образувайки обратна връзка с управляващи импулси;
• в резултат на това въртенето на ротора остава равномерно при всякакво натоварване;
• Използвайки релета R и R1, двигателят се реверсира.

Друга верига е фазово-импулсен тиристор.

Предимства и недостатъци на машината

Предимствата включват:

• малки размери;
• универсалност, т.е. работа на постоянно и променливо напрежение;
• висок стартов въртящ момент;
• независимост от честотата на мрежата;
• скорост;
• мека настройка на скоростта на въртене в широк диапазон при промяна на захранващото напрежение.

Недостатъците също са свързани с използването на кръстовище четка-колектор, което води до:

• намаляване на експлоатационния живот на механизма;
• искри, възникващи между четките и комутатора;
• високо ниво на шум;
• голям брой колекторни елементи.

Основни грешки

Искрите, които възникват между четките и комутатора, са най-важният проблем, който изисква внимание. За да избегнете по-сериозни неизправности, като отлепване и деформация на ламелите или прегряване на ламелите, износената четка трябва да се смени.

Освен това е възможно късо съединение между намотките на арматурата и статора, причиняващо силно искрене на кръстовището на комутатора и четката или значителен спад в магнитното поле.

За да се удължи експлоатационният живот на двигателя, трябва да бъдат изпълнени две условия - професионален производител и компетентен потребител, т.е. стриктно спазване на работното време.

Видео: Матиран електродвигател

Електрическият двигател е специален преобразувател. Това е машина, при която електрическата енергия се преобразува и превръща в механична енергия. Принципът на работа на двигателя се основава на електромагнитна индукция. Има и електростатични двигатели. Без никакви специални допълнения е възможно да се използват двигатели, базирани на други принципи на преобразуване на електроенергия в движение. Но малко хора знаят как работи електрическият мотор и как работи.

Как работи устройството

Електрическият двигател с променлив ток съдържа неподвижни и движещи се части. Първите включват:

• статор;
• индуктор.

Статорът намира приложение в машините синхронен и асинхронен тип. Индукторът се използва в машини с постоянен ток. Движещата се част се състои от ротор и арматура. Първият се използва за синхронни и асинхронни устройства, докато котвата се използва за оборудване с постоянна производителност. Функцията на индуктора е на двигатели с ниска мощност. Тук често се използват постоянни магнити.

Когато говорим за това как работи електрическият двигател, е необходимо да се определи към кой клас оборудване принадлежи конкретен модел. В конструкцията на асинхронен двигател роторът е:

• късо съединение;
• фаза, тоест с намотка.

Последният тип се използва, ако е необходимо да се намали стартовият ток и регулирайте скоростта на въртенеасинхронен електродвигател. Обикновено говорим за кранови електродвигатели, които се използват широко в крановите инсталации.

Кранът има мобилност и се използва в машини за постоянен ток. Това може да бъде генератор или двигател, както и универсален двигател, работещ на същия принцип. Използва се в електрически инструменти. Всъщност универсалният двигател е същият двигател с постоянна производителност, при който възниква последователно възбуждане. Единствената разлика се отнася до намотъчни изчисления. Тук няма реактивно съпротивление. Случва се:

• капацитивен;
• индуктивен.

Ето защо всеки електроинструмент, ако електронният блок е отстранен от него, може да работи на постоянен ток. Но в същото време напрежението в мрежата ще бъде по-малко. Принципът на работа на електродвигателя се определя от това от какви компоненти се състои и за какви цели е предназначен.

Работа на трифазен асинхронен двигател

При свързване към мрежата се образува въртящо се магнитно поле. Отбелязва се в статора и прониква през късо съединената намотка на ротора. Преминава в индукция. След това, в съответствие със закона на Ампер, роторът започва да се върти. Честотата на движение на този елемент зависи от честотата на захранващото напрежение и броя на магнитните полюси, представени по двойки.

Разликата между скоростта на ротора и магнитното поле на статора се изразява като приплъзване. Двигател наречен асинхронен, тъй като честотата на въртене на неговото магнитно поле е в съответствие с честотата на въртене на ротора. Синхронният двигател има разлики в дизайна. Роторът е допълнен от постоянен магнит или електромагнит. Съдържа елементи като клетка за катерици за изстрелване и постоянни магнити. Електромагнитите също могат да играят своята роля.

При асинхронен двигател скоростта на въртене на магнитното поле на статора съвпада с тази на ротора. За включване се използват асинхронни електрически двигатели от спомагателен тип или ротор с намотка с катерица. Асинхронните двигатели успяха да намерят широко приложение във всички технически области.

Това важи особено за трифазните двигатели, характеризиращи се с простота на дизайна. Те са не само достъпни, но и по-надеждни от електрическите. Не изискват почти никакви грижи. Наименованието им асинхронни се дължи на несинхронното въртене на ротора в такъв двигател. Ако няма трифазна мрежа, такъв двигател може да бъде свързан към мрежа с еднофазен ток.

Статорът на асинхронен електродвигател съдържа пакет. Съдържа лакирани листове от електротехническа стомана с дебелина 0,5 mm. Те имат жлебове, където е положена намотката. Трите фази на намотката са свързани една с друга с триъгълник или звезда, които са изместени на 120 градуса пространствено.

Ако говорим за ротора на електродвигател, в който има плъзгащи пръстени в жлебовете, се отбелязва ситуация, подобна на намотката на статора. Това е вярно, ако е свързано със звезда или началните краища на фазите са свързани с три плъзгащи се пръстена, фиксирани на вала. Когато двигателят работи, можете да свържете реостат към фазите на намотката, за да контролирате скоростта на въртене. След успешен старт плъзгащите пръстени са съединени накъсо и следователно намотката на ротора изпълнява същите функции, както в случай на продукт с късо съединение.

Съвременна класификация

Въз основа на принципа на генериране на въртящ момент електродвигателите се разделят на магнитоелектрични и хистерезисни. Последната група се различава по това, че въртящият момент тук се формира поради хистерезис, когато роторът е прекомерно магнетизиран. Такива двигатели не се считат за класически и не са толкова разпространени в индустрията. Най-широко разпространени са магнитоелектричните модификации, които се разделят на две големи групи, според консумираната енергия. Това са AC и DC двигатели. Предлагат се и универсални модели, които могат да се захранват и от двата вида електрически ток.

Основни функции

Би било правилно тези устройства да се наричат ​​нефазови електрически. Това е така, защото фазите се превключват тук директно в двигателя. Благодарение на това двигателят се захранва с постоянен и променлив ток с еднакъв успех. Тази група е разделена според метода на превключване на фазите и наличието на обратна връзка. Предлагат се във видове клапани и колектори.

По вида на възбуждането колекторните двигатели се делят на модели със самовъзбуждане, двигатели с независимо възбуждане от постоянни магнити и електромагнити. Първият тип от своя страна се класифицира на двигатели с последователно, паралелно и смесено възбуждане.

Безчеткови или клапанно работещи продукти работят с електричество. В тях превключването на фазите става чрез специален електрически блок, наречен инвертор. Този процес може да бъде оборудван с обратна връзка, когато сензорът за положение на ротора е активиран или без обратна връзка. Такова устройство всъщност може да се позиционира като аналог на асинхронно устройство.

Единици за пулсиращ ток

Такъв двигател е електрически и се захранва от пулсиращ електрически ток. Неговите конструктивни характеристики са подобни на тези на устройствата с постоянен ток. Неговите конструктивни разлики от двигател с постоянна производителност се състоят в наличието на ламинирани вложки за коригиране на променлив ток. Използва се на електрически локомотиви със специални инсталации. Характерна особеност е наличието на компенсационна намотка и значителен брой двойки полюси.

AC модификации

Моторът е устройство, захранвано от променлив ток. Тези единици са асинхронни и синхронни. Разликата е, че при асинхронните машини магнитодвижещата сила на статора се движи със скоростта на въртене на ротора. При асинхронно оборудване винаги има разлика между скоростта на въртене на магнитното поле и ротора.

Синхронен електродвигател работи с променлив ток. Роторът тук се върти в съответствие с движението на магнитното поле на захранващото напрежение. Синхронните електродвигатели са разделени на модификации с намотки на полето, с постоянни магнити, както и реактивни модификации, хистерезис, стъпкови, хибридни реактивни типове устройства.

Има и така наречения тип реактивен хистерезис. Произвеждат се и модели със стъпкови модули. Тук определено положение на ротора се фиксира чрез захранване на определени области на намотката. Преходът към друга позиция се постига чрез премахване на напрежението от някои намотки и преместването му в други области. Електрически модели на клапани с нежелание захранване на намотки чрез полупроводникови елементи. Асинхронното устройство има скорост на ротора, различна от честотата на въртящото се магнитно поле. Създава се от захранващото напрежение. Такива модели са най-разпространени днес.

Универсално колекторно оборудване

Такова устройство може да работи на променлив и постоянен ток. Изработен е с последователна възбудителна намотка с номинална мощност до 200 W. Статорът е изработен от специална електротехническа стомана. Възбуждащата намотка се извършва изцяло при постоянно напрежение и частично при променливо напрежение. Номиналното напрежение за променлив ток е 127 и 220 V, същите показатели за постоянния параметър са 110 и 220 V. Използват се в електрически инструменти и домакински уреди.

Как работи електрическият двигател зависи от това дали принадлежи към определен тип оборудване. AC модификациите, захранвани от 50 Hz индустриална мрежа, не позволяват скоростта на въртене да надвишава 3000 rpm. Ето защо, за да се получат значителни честоти, се използва колекторен двигател от електрически тип. Освен това е по-лек и по-малък по размер от устройствата с променлива скорост с подобна мощност.

Във връзка с тях се използват специални предавателни механизми, които трансформират кинематичните параметри на механизма до приемливи. При използване на честотни преобразуватели и при наличие на високочестотна мрежа, AC двигателите са по-леки и имат по-малки комутационни компоненти.

Срокът на експлоатация на асинхронните модели с променливи индикатори е значително по-висок от този на колекторните модели. Определя се от състоянието на лагерите и характеристиките на изолацията на намотките.

Синхронен двигател, който има сензор за положение на ротора и инвертор, се счита за електронен еквивалент на четков DC двигател. Всъщност това е колекторен електродвигател със статорни намотки, свързани последователно. Те са идеално оптимизирани за използване с битово електричество. Такъв модел, независимо от полярността на напрежението, може да се върти в една посока, тъй като серийното свързване на намотките и ротора гарантира промяна на полюсите от магнитните полета. Съответно резултатът остава насочен в една посока.

Статор, изработен от магнитен мек материал, е подходящ за работа с променлив ток. Това е възможно, ако съпротивлението му на обръщане на намагнитването е незначително. За да се намалят загубите от вихрови токове, статорът е направен от изолирани ламинации. Оказва се набор. Неговата особеност е, че консумацията на ток е ограничена поради индуктивното съпротивление на намотките. Съответно въртящият момент на двигателя се оценява като максимален и варира от 3 до 5. За да се доближат двигателите с общо предназначение до механичните характеристики, се използват секционни намотки. Те имат отделни заключения.

Трябва да се отбележи, че някои видове бактерии използват електрически двигател, направен от няколко протеинови молекули, за да се движат. Той е в състояние да трансформира енергията на електрическия ток под формата на движение на протони при въртене на флагела.

Моделът на синхронно възвратно-постъпателно движение работи по такъв начин, че движещата се част на устройството е оборудвана с постоянни магнити. Те са фиксирани върху завесата. Чрез неподвижни елементи постоянните магнити са изложени на магнитно поле и движат пръта по възвратно-постъпателен начин.

Електрическите двигатели са универсални агрегати, способни да преобразуват електричеството в механична енергия. Днес има различни видове и класификации на електрически двигатели, използвани в битови и промишлени инсталации. Такова оборудване може да се различава по принцип на работа, захранване от постоянен или променлив ток, мощност и предназначение.

Принцип на работа и конструктивни характеристики

Дизайнът на електродвигателя е стандартен, което значително опростява работата и ремонта на оборудването. Статорът и роторът, които са основните елементи на технологията, са разположени в цилиндричен канал. При подаване на напрежение към неподвижната намотка на статора се възбужда магнитно поле, което задвижва ротора и вала на електродвигателя.

Постоянното движение на ротора се поддържа чрез повторно комутиране на намотките или чрез създаване на въртящо се магнитно поле в статора. Ако първият метод за поддържане на въртенето на вала е типичен за колекторни модификации на агрегати, тогава образуването на въртящо се магнитно поле е присъщо на трифазните асинхронни двигатели.

Корпусът на електродвигателя може да бъде изработен от алуминиева сплав или чугун. Във всеки конкретен случай изборът на материал за корпуса се извършва въз основа на обхвата на използване на оборудването и необходимите параметри на теглото му.

Всички двигатели се произвеждат с еднакви монтажни размери, което значително улеснява монтажа и последващата им експлоатация.

Обхват на използване

Предназначението на електродвигателя е изключително широко. Такива устройства се използват за усилване на мощността на електрически сигнали, те могат да преобразуват постоянен ток в променлив ток и могат да се използват в различни видове електрически машини. Обичайно е да се прави разлика между единици, предназначени за използване в промишлено оборудване, машиностроене, на различни повдигащи машини и специално оборудване. Също така много популярни са електродвигателите с ниска мощност, които се използват успешно в различни домакински инструменти и кухненски уреди.

Класификация на оборудването

Днес съществуват различни класификации на електродвигатели, които се различават по различни критерии и характеристики. В зависимост от характеристиките на технологията е обичайно да се класифицира:

При модификацията на хистерезисния тип въртенето на вала се основава на обръщането на намагнитването на ротора. Такива двигатели бяха популярни в миналото, но днес техният дизайн е остарял, така че практически не се срещат. Най-разпространени са магнитоелектрическите устройства, които могат да работят с променлив или постоянен ток, както и модели от универсален тип, които се захранват едновременно с променлив и постоянен ток.

Магнитоелектрически инсталации

Използването на магнитоелектрични модификации на двигатели с постоянен ток позволява да се получат отлични динамични и експлоатационни характеристики. В зависимост от дизайна си, такива Типът двигатели е разделен на две основни категории:

• с постоянни магнити;
• с електромагнити.

През последните години модификациите с електромагнити, които имат по-голяма мощност, са по-икономични при работа и ви позволяват бързо да променяте работните параметри на оборудването, станаха най-популярни.

В колекторните двигатели се използва четка за свързване на въртящите се и неподвижните части на двигателя. Такива агрегати могат да бъдат изпълнени с независимо възбуждане и използване на постоянни магнити, но има и такива, които са от самовъзбуждащ се тип със смесено, последователно или паралелно свързване. Модификации на колектора имат посредствени показатели за надеждност. Те изискват компетентна и навременна поддръжка.

Безчетковите клапани имат затворена система, която работи на принципа на синхронните устройства. Висококачествените безчеткови електродвигатели са оборудвани със сензор за отчитане на положението на ротора и имат преобразувател на координати, базиран на данните, от които работи устройството.

Типовете вентилни двигатели могат да имат различни размери и мощност. Такива единици се използват в промишлено оборудване. Оборудвани са и с безжични инструменти, различни играчки и мобилни телефони.

Синхронните AC двигатели включват модификации, при които роторът се върти синхронно с генерираното магнитно поле. Особеност на такива агрегати е тяхната висока мощност, която може да достигне стотици киловати. Основните области на използване на синхронното оборудване са мощни промишлени инсталации, вятърни генератори и водноелектрически централи.

Обичайно е да се разграничават няколко модификации на синхронни електродвигатели:

• степер;
• реактивен;
• с постоянни магнити;
• реактивен хистерезис;
• клапан реактивен;
• с възбуждащи намотки;
• хибриден синхронен.

За стъпкови синхронни двигатели с дискретно ъглово движение на вала позицията на ротора ще бъде фиксирана чрез прилагане на напрежение към намотките на веригата. Преходът към друга позиция на вала се извършва чрез премахване на мощността от някои намотки и след това прилагане на напрежение към други намотки на трансформатора.

Също така широко се използва реактивен двигател с превключване, чиято намотка е направена от полупроводникови елементи. Индикаторните модули се характеризират с повишена мощност и могат да бъдат напълно електронно управлявани, което позволява както поддържане на минимална скорост, така и бързо достигане на пълна мощност при максимална скорост. Предимствата на синхронните двигатели включват:

• стабилна скорост на въртене;
• ниска чувствителност към промени в напрежението в мрежата;
• възможност за използване като електрогенератор;
• минимална консумация на енергия.

Въпреки това, синхронните устройства все още имат недостатъци. Те включват трудности при стартиране, трудности при поддръжка и проблеми при регулиране на скоростта на вала. Основната цел на такива устройства е мощно промишлено оборудване, където се оценява производителността на агрегатите и тяхната надеждност.

Асинхронни модификации

За асинхронни променливотокови двигатели скоростта на ротора ще се различава от магнитното поле. Такива единици се наричат ​​също индукция, което се обяснява с принципа на генериране на магнитно поле, което възниква поради движението на статора. Асинхронните модификации са най-разпространени, което се обяснява с простотата на дизайна им, надеждността, издръжливостта, както и възможността за внедряване както на тежки индустриални инсталации, така и на малки електродвигатели, предназначени за използване в домакински инструменти.

В зависимост от вида електрически ток, с който работят такива устройства, Те обикновено се разделят на три категории:

• монофазни;
• двуфазен;
• три фази.

Най-разпространените днес са еднофазни асинхронни двигатели, които могат да работят от битова електрическа мрежа. Характеристика на еднофазните двигатели е наличието само на една работеща намотка и ротор с катерица на статора. Променлив еднофазен ток се подава към намотката на статора, задвижвайки ротора и вала на двигателя. Самият ротор има цилиндрично ядро ​​с алуминиеви клетки и отворени вентилационни лопатки. Еднофазните двигатели с катерица се използват в устройства с малка мощност, водни помпи и стайни вентилатори.

Двуфазните асинхронни двигатели са предназначени за използване в еднофазно променливотоково захранване. Тяхната характеристика е наличието на две работни намотки на статора, разположени перпендикулярно една на друга. По време на работа на уреда променливият ток се подава директно към едната намотка, а към втората през съответния кондензатор за фазово изместване. На изхода се формира въртящо се магнитно поле, което опростява стартирането на електродвигателя и впоследствие поддържа постоянно високи скорости.

Трифазните двигатели могат да имат клетка с катерица и навит ротор. Устройствата са оборудвани с три работни намотки, разположени на статора успоредно една на друга. Когато двигателят е свързан към трифазна мрежа, магнитното поле има пространствено изместване спрямо намотката със 120 градуса. Наличието на късо съединение улеснява пускането на устройството в експлоатация, като впоследствие поддържа стабилни скорости. Модификациите на двигатели с навит ротор се характеризират с повишена мощност и се използват предимно в промишлено оборудване.

Предимствата на асинхронните електродвигатели са тяхната устойчивост на пренапрежения и универсалност на употреба. Поради простотата на дизайна, последващата им поддръжка е значително опростена, а самото оборудване е изключително надеждно и не създава проблеми по време на работа. В зависимост от модификацията им, инсталациите могат да работят както от мощен източник на електричество в трифазна мрежа, така и от битова електрическа мрежа, което позволява да се използват в различни домакински уреди и всякакви електроуреди.

Електрическите двигатели са най-простите и изключително надеждни устройства, които се използват широко в индустрията и бита. Съществуващите в момента видове електродвигатели ви позволяват да изберете агрегат, който напълно да отговаря на характеристиките на неговата работа. С помощта на такива двигатели могат да се задвижват мощни машини и съоръжения и ефективни помпи. Нито един домакински електрически уред не може без използването им.