Устройство и принцип работы электродвигателя: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока

Двигатели электрические выпускают синхронные, асинхронные, коллекторные, каждому присущи особенности работы. Минус большой: сеть интернет дает скудные представления о различиях в работе, принципе действия. Можем читать обзоры про синхронные электродвигатели, не понять в итоге главного: нюансов! Почему на ГЭС используются такие генераторы, в быту моторов-зеркал не видно (двигатель переменного тока обратим)?

Электрические двигатели: разновидности

Сразу скажем, не ставили целью довести вниманию читателей исчерпывающую информацию по указанной теме. Невозможно объять необъятное. Будут рассматриваться случаи, опущенные литературой. Информация вроде выложен, систематизировать издателям недосуг. Поможем понять, как функционируют виды электродвигателей. Начнем простым перечислением.

Двигатель коллекторного типа

Коллекторные двигатели

Часто путают с синхронными. Обнаруживаются угольные щетки. Этим сходство ограничивается, частота вращения коллекторных двигателей меняется в широких пределах, каждый может лицезреть на примере стиральной машины. Управление скоростью осуществляется путем коммутации обмоток, подстройкой значения действующего напряжения (изменяется угол отсечки вольтажа промышленной частоты).

Главным отличием устройств является наличие коллектора. Своеобразная секционная конструкция, насаженная на вал. Составлена множеством катушек, равномерно идущих кругом. Коллектор обеспечивает последовательную коммутацию, чтобы поле постепенно двигалось вкруг вала. Цепляясь за статор, ротор начинает движение.

К недостаткам коллекторных двигателей причисляют хрупкость (для промышленности). В быту тип устройств доминирующие. Простым путем осуществляется регулировка скорости (отсечкой части периода синусоиды). Коллекторных двигателей видим другие минусы/плюсы, упоминали ранее, сейчас изучим особенности. Наличие на валу секционированного барабана.

Можно поставить вместо него магнит, вращать поле статора? Да, получим синхронный двигатель (типичный пример – помпы стиральных машин). Можно питать обмотку постоянным током, вращать поле статора? Да, будет синхронный двигатель. Видите, коллектор однозначно дает понять тип устройства.

Асинхронные двигатели

Чаще применяются промышленностью. Получаем простоту конструкции, кучу плюшек. Ударопрочность, вибропрочность: отсутствие угольных щеток. Взамен получается кипа конструкций. Семейство самое многочисленное.

Асинхронный двигатель

Во-первых, ротор. Может быть короткозамкнутым, фазным. Первое означает: на вал насажена конструкция (для уменьшения веса силуминовая), где вставлены прожилки меди. Закорочено периметром двумя кольцами. Получается барабан, иногда называемый беличьей клеткой.

Возникает поле под действием вращающейся ЭДС статора, в отличие от коллекторных запуск асинхронных двигателей постоянным током не производят. Вторичное отличие. Первичное назвали: к ротору не подходят контакты (исключая пусковой реостат), вал увенчан беличьей клеткой, вывод о принадлежности однозначный. Что касается фазных асинхронных машин, питание катушек ротора производится через токосъемные кольца. Вал подхватывается, постепенно набирает обороты.

Синхронные двигатели

Тип устройств, составить понятие о котором, согласно заметкам сети попросту невозможно. Отличие простое: поле настолько сильное, что захватывается без проблем, не проскальзывает, как в случае с асинхронными или (в меньшей степени) коллекторными двигателями. Обеспечивается постоянным магнитом чаще, либо обмотка возбуждения находится на роторе. Статор снабжается переменным напряжением нужной частоты.

Скорость вращения зависит от частоты сети питания. Полюсов только два, поэтому составляет 25 Гц (1500 об/мин). Черта, по которой можно предположить: видим синхронный двигатель – кратное, целое число. Ключевым является совпадение скорости вращения вала и частоты напряжения питания. Многое зависит от количества полюсов. Например, на ГЭС генераторы работают на частоте вала 1-2 Гц, промышленные 50 Гц получаются путем намотки многочисленных катушек статора, соединенных параллельно.

Как работают электрические двигатели

Асинхронные двигатели

Кратенько описали внешние отличия электрических двигателей, теперь пара слов по поводу устройства и функционирования. Асинхронные двигатели при помощи статора создают по оси вращающееся магнитное поле. Барабан беличьей клетки редко изготавливается из ферромагнитных материалов (если вообще имеет место быть). В противном случае нагрев вышел бы значительным. Фактически получается индукционная печь.

Силуминовый барабан вдоль линий магнитного поля содержит медные проводники. Разница в проводимости такова, что не проводится изоляции: ток несут красно-коричневые жилы. Поле, индуцированное статором ЭДС, слабое. Применяются специальные меры, помогающие разогнать вал. Магнитное поле ротора плохо цепляется, асинхронный двигатель стоит столбом. Действенная мера противодействия проблеме ограничивается созданием двойной беличьей клетки: вдоль барабана проходит на некоторой глубине второй ряд медных жил. Объединены торцами единой сетью.

На запуске частота тока, глубина проникновения поля велики. Включаются в работу оба слоя беличьей клетки. По мере разгона разница нивелируется, падает до нуля. Амплитуда поля снижается, рабочим остается внешний слой беличьей клетки. Обратите внимание, догнать поле ротор бессилен, проскальзывает, запаздывает. Поэтому двигатели получили название асинхронных. Англичане делают проще – зовут индукционными.

Если поле вращать со скоростью ротора, ЭДС перестает наводиться. Последует замедление, цикл повторится, начавшись разгоном. Ротор по-прежнему будет отставать от поля. Так работает устройство короткозамкнутого типа. Фазный ротор (спасибо Википедия), содержащий трехфазную обмотку, выполняет несколько функций, согласно назначению устройства:

  • Подпитывается электричеством через кольцо токосъемника. Теперь ротор получает фазу и наводит на статоре ЭДС. Постепенно вал подхватывается полем, дальнейший процесс описан выше.
  • Подпитывается постоянным током. Образуется синхронный двигатель.
  • Снабжается реостатами, дросселями, регулирующими скорость.
  • Реализует управление инвертором (усложненный первый случай).

Принцип действия асинхронных двигателей: используется наведенная ЭДС, скорость вращения неспособна догнать поле (пропадают токи). Иначе тип мотора меняется (синхронный). Для регуляции скорости часто используется амплитуда питающего напряжения. Способ годится двигателям асинхронного типа с короткозамкнутым, фазным ротором. Перечислим методики:

Работа двигателя переменного тока

  • Для машин с короткозамкнутым ротором годятся:
    1. Регулирование частоты напряжения питания.
    2. Изменение числа пар полюсов статора. В результате меняется скорость вращения поля, давая нужный эффект.
  • Для машин с фазным ротором допускается:
    1. Вводить реостат в цепь питания. Растут потери на скольжение, закономерно изменяя скорость.
    2. Применять специальные вентили. Энергия скольжения выпрямляется схемой Ларионова, подается в виде постоянного напряжения вспомогательному электрическому двигателю, нарезающему импульсы через управляемые извне тиристоры. Мощность, которая обычно терялась бы, возвращается. Через вал вспомогательного двигателя, трансформатор, обмотки которого частично включены в сеть питания. Управление скоростью выполняют внедрением дополнительной ЭДС. Делается либо напрямую (через источник питания), либо сдвигом угла включения тиристоров относительно питания. Частота отклоняется от номинала.
    3. Двигатель двойного питания является вариантом реализации регулировки скорости в оборудовании с фазным ротором. Тип чаще применяется для реализации схем генераторов. Ротор уплывает частотой вращения – двигатель все-таки асинхронный. Статор, ротор питаются отдельно. Позволяет для каждой обмотки задавать частоту, закономерно приводит к нужным изменениям скорости.

Асинхронным двигателям годится изменение амплитуды питания. Наибольшим КПД обладают вентильные схемы, самые дорогие.

Двигатель асинхронного типа

Работа синхронных двигателей

Проходились по коллекторным двигателям – рассказывали, как конструировать – поэтому пропускаем сегодня семейство. Бессильны иначе рассказать вещи гораздо интереснее: ведется много споров на форумах. Собираемся рассмотреть не совсем синхронные двигатели – генератор. Наподобие украшающих ГЭС.

Вы никогда не задумывались, как регулируется скорость вращения турбины, когда на лопасть падает поток воды? Створками направляющего аппарата? Нет. Генератор требует подпитки не только постоянным током, но и переменным. Первое подаётся на ротор, а второе – на статор. В результате вал не мог бы даже стронуться с места, но ему помогает вода. А вот энергия торможения потока уже преобразуется в ЭДС рабочих катушек статора, намотанных рядом со вспомогательными.

Фактически имеем на руках устройство электродвигателя переменного тока, среди обмоток большая часть генерирующих, снимается частота 50 Гц. Синхронность обеспечивается питающими напряжениями. Если вода слишком напирает, ток возбуждения растет, срыв оборотов предотвращается. Параллельно увеличивается выходная мощность электростанции. Частота определяет характеристики снимаемого напряжения, касательно номинала 50 Гц не допускаются отклонения более долей процента (0,1%).

Вал вращается со скоростью 1-2 оборота в секунду. Многочисленными генераторными обмотками, соединенными параллельно образует нужную форму синусоиды. Подчеркиваем, частота поддерживается напряжением возбуждения, следовательно, именно к нему и предъявляются повышенные требования. Требуется получить больше мощности электростанции, просто заслонки направляющего аппарата приоткрываются, масса воды начинает падать вниз. Лопасть быстрее не двигается, увеличивается ток возбуждения, закономерно вызывает возникновение более сильных полей.

Принцип действия электродвигателя переменного тока копирует сказанное, отсутствуют генераторные обмотки. Требуется получить больше мощности – увеличьте напряжение возбуждения, амплитуду по цепи питания. Усиливается сцепление полей, исключая проскальзывание. Понятно, большая масса вала неспособна набрать за мгновение 50 Гц (и не набирает), оборудование, изготовленное правильно, за короткий период достигает режима. Скорость зависит от количества полюсов.

Не успели сегодня рассмотреть технические характеристики электродвигателей переменного тока, многократно делали прежде, применительно к различного рода устройствам. Полагаем,  в будущем обзоры могут вновь повернуться к теме бушпритом.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока, устройство электромотора.

Электродвигатель постоянного тока был изобретен раньше других типов машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Несмотря на то, что позднее самое широкое распространение получили двигатели переменного тока, существуют сферы применения, в которых нет альтернативы электродвигателям постоянного тока.

Подробно о классификации и принципах работы электрических моторов, рекомендуем прочитать в нашей отдельной статье.

Содержание:

Электродвигатель постоянного и переменного тока

История изобретения

Электродвигатель Якоби.

Для того чтобы понять принцип работы электрических двигателей постоянного тока (ДПТ) мы обратимся к истории его создания. Итак, первые опытные доказательства того, что электрическую энергию можно превращать в механическую, продемонстрировал Майкл Фарадей. В 1821 году он провел опыт с проводником, опущенным в сосуд, наполненный ртутью, на дне которого располагался постоянный магнит. После подачи электричества на проводник, тот начинал вращаться вокруг магнита, демонстрируя свою реакцию на имеющееся в сосуде магнитное поле. Эксперимент Фарадея не нашел практического применения, но доказал возможность создания электрических машин, и дал старт развитию электромеханики.

Первый электрический двигатель постоянного тока, в основу которого был положен принцип вращения подвижной части (ротора) был создан русским физиком-механиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Это устройство работало следующим образом:

  1. После подачи питания вокруг якоря-ротора создавалось электромагнитное поле, чьи полюса располагались напротив друг друга по правилу буравчика и отклонялись от одноименных полюсов индуктора.
  2. Перед тем, как электромагнитное поле якоря устанавливалось на максимальном приближении к разноименным полюсам индуктора, специальный коммутатор отключал питание, и якорь продолжал вращаться по инерции.
  3. После того, как якорь выходил из-под полюсов индуктора, коммутатор включал питание с обратной полярностью и появившееся «перевернутое» электромагнитное поле отталкивалось от полюсов индуктора, делая полный оборот якоря.

    1-4 — металлические кольца, 5 — скользящий контакт, 6 — батарея

Описанный принцип использовался в двигателе, который Якоби установил на лодке с 12 пассажирами в 1839 году. Судно двигалось рывками со скоростью в 3 км/ч против течения (по другим данным — 4.5 км/ч), но успешно пересекло реку и высадило пассажиров на берег. В качестве источника питания использовалась батарея с 320 гальваническими элементами, а движение осуществлялось с помощью лопастных колес.

Дальнейшее изучение вопроса привело исследователей к разрешению массы вопросов, касаемо того, какие источники питания лучше использовать, как улучшить его рабочие характеристики и оптимизировать габариты.

В 1886 году Фрэнком Джулиан Спрэгом впервые был сконструирован электродвигатель постоянного тока, близкий по конструкции тем, которые применяются в наши дни. В нем был реализован принцип самовозбуждения и принцип обратимости электрической машины. К этому моменту все двигатели данного типа перешли на питание от более подходящего источника – генератора постоянного тока.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины

Устройство и принцип работы

В современных ДПТ используется все тот же принцип взаимодействия заряженного проводника с магнитным полем. С усовершенствованием технологий устройство лишь дополняется некоторыми элементами, улучшающими производительность. К примеру, в наши дни постоянные магниты используются лишь в двигателях низкой мощности, поскольку в крупных аппаратах они занимали бы слишком много места.

Основной принцип

Первоначальные прототипы двигателей данного типа были заметно проще современных аппаратов. Их примитивное устройство включало в себя лишь статор из двух магнитов и якорь с обмотками, на которые подавался ток. Изучив принцип взаимодействия магнитных полей, конструкторы определили следующий алгоритм работы двигателя:

  1. Подача питания создает на обмотках якоря электромагнитное поле.
  2. Полюса электромагнитного поля отталкиваются от одноименных полюсов поля постоянного магнита.
  3. Якорь вместе с валом, на котором он закреплен, вращается в соответствии с отталкивающимся полем обмотки.

Данный алгоритм отлично работал в теории, однако на практике перед создателями первых двигателей вставали характерные проблемы, препятствовавшие функционированию машины:

  • Мертвое положение, из которого двигатель невозможно запустить – когда полюса точно сориентированы друг перед другом.
  • Невозможность пуска из-за сильного сопротивления или слабого отталкивания полюсов.
  • Ротор останавливается после совершения одного оборота. Это связано с тем, что после прохождения половины окружности притягивание магнита не разгоняло, а тормозило вращение ротора.

Решение первой проблемы было найдено довольно быстро – для этого было предложено использовать более двух магнитов. Позднее в устройство двигателя стали включать несколько обмоток и коллекторно-щеточный узел, который подавал питание только на одну пару обмоток в определенный момент времени.

Коллекторно-щеточная система подачи тока решает и проблему торможения ротора – переключение полярности происходит до того момента, когда вращение ротора начинает замедляться. Это значит, что во время одного оборота двигателя происходит как минимум два переключения полярности.

Проблема слабых пусковых токов рассматривается ниже в отдельном разделе.

Конструкция

Итак, постоянный магнит закрепляется на корпусе двигателя, образуя вместе с ним статор, внутри которого располагается ротор. После подачи питания на обмотке якоря возникает электромагнитное поле, вступающее во взаимодействие с магнитным полем статора, это приводит к вращению ротора, жестко посаженного на вал. Для передачи электрического тока от источника к якорю двигатель оснащается коллекторно-щеточным узлом, состоящим из:

  1. Коллектора. Он представляет собой токосъемное кольцо из нескольких секций, разделенных диэлектрическим материалом, подключается к обмоткам якоря и крепится непосредственно на валу двигателя.
  2. Графитовых щеток. Они замыкают цепь между коллектором и источником питания с помощью щеток, которые прижимаются к контактным площадкам коллектора прижимными пружинами.

Обмотки якоря одними концами соединяются между собой, а другими – с секциями коллектора, образуя таким образом цепь, по которой ток идет по следующему маршруту: входная щетка –> обмотка ротора -> выходная щетка.

Приведенная принципиальная схема (рис. 3) демонстрирует принцип работы примитивного электродвигателя постоянного тока с коллектором из двух секций:

  1. В этом примере мы будет считать стартовым положением ротора то, которое нарисовано на схеме. Итак, после подачи питания на нижнюю щетку, помеченную знаком «+», ток протекает по обмотке и создает вокруг нее электромагнитное поле.
  2. По правилу буравчика в левой нижней части формируется северный полюс якоря, а на правой верхней – южный. Располагаясь вблизи одноименных полюсов статора, они начинают отталкиваться, приводя тем самым ротор в движение, которое продолжается до тех пор, пока противоположные полюса не окажутся на минимальном друг от друга расстоянии, то есть придут в окончательное положение (рис. 1).
  3. Конструкция коллектора на данном этапе приведет к переключению полярности на обмотках якоря. В результате этого полюса магнитных полей снова окажутся на близком расстоянии и начнут отталкиваться.
  4. Ротор совершает полный оборот, и коллектор снова меняет полярность, продолжая его движение.

Детали электродвигателя постоянного тока

Здесь, как уже было отмечено, продемонстрирован принцип работы примитивного прототипа. В настоящих двигателях используется более двух магнитов, а коллектор состоит из большего числа контактных площадок, благодаря чему обеспечивается плавное вращение.

В высокомощных двигателях использование постоянных магнитов не представляется возможным из-за их большого размера. Альтернативой для них служит система из нескольких токопроводящих стержней, на каждой из которых имеется своя обмотка, подключаемая к питающим шинам. Одноименные полюса включаются в сеть последовательно. На корпусе может присутствовать от 1 до 4 пар полюсов, а их количеству должно соответствовать число токосъемных щеток на коллекторе.

Электродвигатели, рассчитанные на большую мощность, обладают рядом функциональных преимуществ перед более «легкими» аналогами. К примеру, здешнее устройство токосъемных щеток поворачивает их на определенный угол относительно вала для компенсации торможения вала, названного «реакцией якоря».

Пусковые токи

Постепенное оснащение ротора двигателя дополнительными элементами, обеспечивающими его бесперебойную работу и исключающими секторальное торможение, возникает проблема его запуска. Но все это увеличивает вес ротора – с учетом сопротивления вала столкнуть его с места становится сложнее. Первым решением этой проблемы, приходящим в голову, может быть увеличение силы тока, подаваемой на старте, но это может привести к неприятным последствиям:

  • защитный автомат линии не выдержит тока и отключится;
  • провода обмотки сгорят от перегрузки;
  • секторы переключения на коллекторе приварятся от перегрева.

Поэтому такое решение можно назвать скорее рискованной полумерой.

Вообще, данная проблема является главным недостатком электродвигателей постоянного тока, но включает в себя основное их преимущество, благодаря которому они незаменимы в некоторых областях. Преимущество это заключается в прямой передаче момента вращения сразу же после пуска – вал (если тронется с места) будет крутиться с любой нагрузкой. Двигатели переменного тока на такое не способны.

Решить эту проблему полностью до сих пор не удалось. На сегодняшний день для пуска таких двигателей используется автомат-стартер, чей принцип работы схож с автомобильной коробкой передач:

  1. Сначала ток постепенно поднимается до пускового значения.
  2. После «сдвига» с места значение тока резко падает и снова плавно поднимается «подгоняя вращение вала».
  3. После подъема до предельного значения сила тока снова снижается и «подгоняется».

Данный цикл повторяется 3-5 раз (рис. 4) и решает необходимость старта двигателя без возникновения критических нагрузок в сети. Фактически, «плавный» запуск по-прежнему отсутствует, однако оборудование работает безопасно, а главное достоинство электродвигателя постоянного тока – крутящий момент – сохраняется.

Схемы подключения

Подключение ДПТ выполняется несколько сложнее, в сравнении с двигателями со спецификацией на переменный ток.

У двигателей высокой и средней мощности, как правило, есть специальные контакты обмотки возбуждения (ОВ) и якоря, вынесенные в клеммную коробку. Чаще всего на якорь подают выходное напряжение источника, а на ОВ – ток, отрегулированный, как правило, реостатом. Скорость вращения двигателя напрямую зависит от силы тока, поданного на обмотку возбуждения.

Есть три основные схемы включения якоря и обмотки возбуждения электродвигателей постоянного тока:

  1. Последовательное возбуждение используется в моторах, от которых требуется большая сила тока на старте (электрический транспорт, прокатное оборудование и т.п.). Данная схема предусматривает последовательное подключение ОВ и якоря к источнику. После подачи напряжения по обмоткам якоря и ОВ проходят токи одинаковой величины.Следует учитывать, что снижение нагрузки на вал даже на четверть при последовательном возбуждении приведет к резкому повышению оборотов, что может привести к поломке двигателя, поэтому эта схема и используется в условиях постоянной нагрузки.
  2. Параллельное возбуждение применяется в моторах, обеспечивающих работу станкового, вентиляторного и прочего оборудования, которое в момент пуска не оказывает высокую нагрузку на вал. В этой схеме для возбуждения ОВ используется независимая обмотка, регулируемая, чаще всего, реостатом.
  3. Независимое возбуждение очень схоже с параллельным, но в данном случае для подачи питания ОВ используется независимый источник, что исключает появление электрической связи между якорем и обмоткой возбуждения.

В современных электрических двигателях постоянного тока могут применяться смешанные схемы, основанные на базе трех описанных.

Регулировка скорости вращения

Способ регулирования оборотов ДПТ зависит от схемы его подключения:

  1. В моторах с параллельным возбуждением снижение оборотов относительно номинала можно производить изменяя напряжение якоря, а повышение – ослабляя поток возбуждения. Для увеличения оборотов (не более чем в 4 раза относительно номинальной величины) в цепь ОВ добавляется реостат.
  2. При последовательном возбуждении регулировка легко осуществляется переменным сопротивлением в цепи якоря. Правда этот метод подходит только для снижения оборотов и лишь в соотношениях 1:3 или 1:2 (кроме того, это приводит к большим потерям в реостате). Повышение осуществляется с помощью регулировочного реостата в цепи ОВ.

Данные схемы редко применяются в современном высокотехнологичном оборудовании, поскольку обладают узким диапазоном регулировки и другими недостатками. В наши дни для этих целей все чаще создают электронные схемы управления.

Реверсирование

Для того чтобы реверсировать (обратить) вращение двигателя постоянного тока необходимо:

  • при последовательном возбуждении – просто изменить полярность входных контактов;
  • при смешанном и параллельном возбуждении – необходимо менять направление тока в обмотке якоря; разрыв ОВ может привести к критическому повышению нагнетаемой электродвижущей силы и пробою изоляции проводов.

Сфера применения

Как вы уже поняли, использование электродвигателей постоянного тока целесообразно в условиях, когда постоянное беспрерывное подключение к сети неосуществимо. Хорошим примером здесь может служить автомобильный стартер, толкающий двигатель внутреннего сгорания «с места», или детские игрушки с моторчиком. В данных случаях для запуска двигателя используются аккумуляторные батареи. В промышленных целях ДПТ применяются на прокатных станах.

Основная же сфера применения ДПТ – электрический транспорт. Пароходы, электровозы, трамваи, троллейбусы и другие аналогичные имеют очень большое пусковое сопротивление, преодоление которого возможно только с помощью двигателей постоянного тока с их мягкими характеристиками и широкими пределами регулировки вращения. С учетом стремительного развития и популяризации экологических транспортных технологий, сфера применения ДПТ лишь увеличивается.

Самый простой щёточно-коллекторный узел

Достоинства и недостатки

Резюмируя все вышесказанное, можно описать характерные для электродвигателей постоянного тока достоинства и недостатки относительно их аналогов, рассчитанных на работу от переменного тока.

Основные достоинства:

  • ДПТ незаменимы в ситуациях, когда необходим сильный пусковой момент;
  • скорость вращения якоря легко регулируется;
  • двигатель постоянного тока является универсальной электрической машиной, то есть может применяться в качестве генератора.

Главные недостатки:

  • ДПТ имеют высокую производственную стоимость;
  • использование щеточно-коллекторного узла приводит к необходимости частого техобслуживания и ремонта;
  • для работы нужен источник постоянного тока или выпрямители.

Электродвигатели постоянного тока, безусловно, проигрывают своим «переменным» сородичам по стоимости и надежности, однако используются и будут использоваться, поскольку плюсы от их использования в определенных сферах категорические перечеркивают все минусы.

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:

Виды электродвигателей: устройство и принцип работы

Электродвигатель это устройство преобразующее энергию электричества в механическую энергию. Электродвигатели получили широкое распространение, практически во всех сферах повседневной жизни. Прежде чем рассматривать виды электродвигателей, следует кратко остановиться на принципе их работы. Все действие происходит согласно закона Ампера, когда вокруг проволоки, где протекает электрический ток, образуется магнитное поле. При вращении этой проволоки внутри магнита, каждая ее сторона будет поочередно притягиваться к полюсам. Таким образом, будет происходить вращение проволочной петли.

Электродвигатели переменного тока

Электродвигатели разделяются между собой, в зависимости от применяемого тока, который может быть переменным или постоянным. Особенностью переменного тока является смена его направления определенное количество раз в течение секунды. Как правило, используется переменный ток с частотой в 50 герц.

При подключении, ток вначале начинает протекать в одном направлении, а, затем, его направление полностью изменяется. Таким образом, стороны петли, получая толчок, притягиваются поочередно к различным полюсам. То есть, фактически, происходит их упорядоченное притягивание и отталкивание. Поэтому, при изменении направления, будет происходить вращение проволочной петли вокруг своей оси. С помощью этих круговых движений происходит преобразование энергии из электрической в механическую.

Двигатели переменного тока имеют множество конструкций и представлены самыми разнообразными моделями. Это позволяет широко использовать их не только в промышленности, но и в быту.

Электродвигатели постоянного тока

Первыми изобретенными двигателями были все-таки устройства постоянного тока. Переменный ток в это время был еще неизвестен. В отличие от переменного, движение постоянного тока осуществляется всегда в одном направлении. Вращение ротора прекращается после того, как произойдет оборот на 90 градусов. Направление магнитного поля совпадает в направлением электротока.

Поэтому, металлическое кольцо, подключенное к источнику постоянного тока, разрезается на две части и носит название кольцевого коммутатора. В начале вращения, протекание тока происходит по первой стороне коммутатора и по проводам. Электроток, протекающий по проволочной петле, создает в ней магнитное поле. При дальнейшем вращении петли, происходит и вращение коммутатора. После прохождения кольцом пустого пространства, происходит его переход на другую часть коммутатора. Далее, происходит эффект переменного электротока, благодаря которому вращение петли продолжается.

Все электродвигатели постоянного тока применяются совместно с устройствами переменного тока на производстве и транспорте.

Классификация электродвигателей

Принцип работы электродвигателя | Устройство электродвигателя

13.01.2022

Электродвигатель — электротехническое изделие, основной функцией которого является преобразование энергии электрической в механическую. Это основной элемент электропривода. Превращение энергии происходит за счет взаимодействия магнитного поля ротора и статора. Электромеханические преобразователи широко применяются в приборах, которые используются в бытовом хозяйстве. Среди них стиральные машины, электробритвы, соковыжималки, пылесосы и многие другие. Электрические моторы приводят в движение подключенные к ним механизмы.

Устройство

Чтобы понять, как работает мотор, нужно знать, из чего состоит электродвигатель. Изобретателем электродвигателя считается Майкл Фарадей. Он сделал открытие в 1821-ом году: показал, что непрерывное вращение происходит при взаимодействии магнита с электрическим током в проводнике.

Независимо от вида устройство электродвигателя однотипное. Внутри цилиндрической проточки расположены ротор (вал, вращающаяся часть машины) и статор, которым называют неподвижную часть. Это основные элементы электромашины. У большинства двигателей ротор расположен внутри статора. Но есть и такие, в которых он установлен снаружи. Их называют двигателями обращенного типа.

Ротор в свою очередь включает:

  • сердечник,
  • стержни,
  • торцевые кольца,
  • вал электродвигателя.

Ротор со статором не соприкасается. Он крепится в подшипниковых щитах агрегата.

Статор состоит из:

  • чугунного или алюминиевого корпуса,
  • сердечника,
  • обмотки.

Электродвигатель может иметь дополнительное оборудование. Например, двигатель с тормозом будет включать электромагнитный тормоз, расположенный перед вентилятором.

Виды

Выделяют несколько типов электродвигателей в зависимости от используемого питания, конструкции, принципа работы.

По типу напряжения электрические машины бывают:

  • постоянного тока (ДТП),
  • переменного тока,
  • универсальные.

В зависимости от конструкции:

  • связанные с горизонтально расположенным валом,
  • с вертикально расположенным.

По принципу работы выделяют:

  • асинхронные,
  • синхронные.

Наиболее простой вид электродвигателя — асинхронный. В нем отсутствуют щитки, обмотки ротора, которые есть в преобразователях синхронных. Принцип действия электродвигателя следующий: мотор вращается одновременно с магнитным полем.

Классифицируются электродвигатели по назначению, мощности, климатическому исполнению.

Классификация электродвигателей

Делятся на 2 большие группы.

  • Постоянного тока, которые в свою очередь, подразделяются на бесщеточные и с щетками.
  • Переменного тока. Могут быть универсальные, индукционные, синхронные.

Электрические преобразователи постоянного тока со щетками имеют 4 системы возбуждения. Перечислим:

  1. Последовательная, где у ДТП значительный начальный момент.
  2. Параллельная. В таком моторе обмотки статора и якоря соединены параллельно. Скорость вращения подвижной части от нагрузки не зависит.
  3. От постоянных магнитов. Отличается небольшими габаритами.
  4. Смешанное возбуждение. Здесь электромагнит разделен на 2 части. Первая подключена параллельно обмотке якоря, вторая — последовательно. Применяется в механизмах, где требуется высокий момент трогания.

Принцип работы асинхронного преобразователя

В наиболее простом типе электродвигателя магнитное поле создается обмотками стартера. Концы обмотки выходят к клеммной колодке. Статор охлаждается вентилятором, который располагается в торце электромотора.

Ротор в электродвигателе асинхронном — короткозамкнутый. Он состоит из стержней, замыкающихся между собой. Такая конструкция электродвигателя обеспечивает надежность ротора и его долговечность: нет необходимости постоянно менять токопередающие щетки.

Асинхронные моторы, в основном, ломаются из-за износа подшипников. В этом типе двигателей есть несоответствие скорости вращения мотора и частоты магнитных полей. Напряжение индуцируется переменными магнитными полями катушки статора двигателя. Чтобы асинхронный электродвигатель работал, ротор должен вращаться медленнее, чем магнитные поля неподвижной части.

В обмотках мотора вращение магнитных полюсов происходит постоянно. На скорость вращения подвижной части оказывает влияние количество полюсов. Она будет одинаковой у подвижной части и магнитного поля при двух полюсах. Чтобы понизить скорость вала вдвое, нужно увеличить количество полюсов вчетверо. Устройство и принцип работы электродвигателя асинхронного типа просты, поэтому изделия доступны в ценовом плане. Главный их недостаток — регулирование скорости движения вала происходит только за счет изменения частот электрического тока.

Принцип работы синхронного двигателя

Электрические машины данного типа имеют преимущества:

  • Менее чувствительны к скачкам напряжения.
  • Отличаются хорошей сопротивляемостью перегрузкам.
  • Поддерживают постоянную скорость ротора.

Но у них достаточно сложная конструкция. Синхронные электродвигатели оказываются невыгодными при низкой мощности — до 100 Вт.

Переменного тока

Электродвигатели переменного тока синхронные широко применяются в приборах, используемых в быту. Здесь ротор имеет постоянную скорость, которую можно регулировать. Синхронные двигатели, питание которых осуществляется переменным током, применяют там, где скорость вращения должна быть более 3 000 оборотов в минуту. Регулировка производится изменением подаваемого напряжения. Разберемся, как работает электродвигатель переменного тока.

Вращение ротора — это контакт тока якоря с магнитным потоком в обмотке возбуждения. Меняется магнитный поток при изменении движения переменного тока. Происходит одностороннее вращение.

Синхронные двигатели переменного тока применяются в пылесосах, соковыжималках, стиральных машинах, различных электроинструментах, в насосах.

Постоянного тока

Они широко применяются в промышленном оборудовании. Отличаются от преобразователей переменного тока высоким КПД (коэффициентом полезного действия) — на 15% выше. У них простая схема управления; используются микроприводы. Все это позволяет изготавливать электродвигатели постоянного тока небольших размеров.

Электрические машины постоянного тока отличаются высоким начальным моментом. Их используют в оборудовании, где предусматривается запуск под большой нагрузкой. В основном, это тяговые и электроподъемные механизмы. Они применяют там, где требуется постоянство механического момента. Используются как двигатель и генератор.

Двигатели универсальные

Могут работать от источников постоянного и переменного тока. Их применяют в маломощных приборах и мелкой бытовой технике.

Отличительная черта универсальных двигателей — их строение. Магнитная система представляет собой секции, изолированные друг от друга. Обмотка разделена на две части. При подаче тока от источника переменного напряжения, он поступает только в одну половину. Описанный принцип работы электродвигателя необходим для снижения радиопомех.

Универсальные моторы могут развивать скорость свыше 10 000 оборотов в минуту. Скорость можно регулировать без необходимости использования дополнительных устройств.

В универсальных электродвигателях не так много недостатков: ограниченная мощность, периодическое ТО коллекторного узла.

Назначение

Электродвигатели выполняют много функций:

  • усиливают мощность электрических сигналов;
  • преобразуют переменный ток в постоянный;
  • преобразует величины напряжения.

Перед покупкой электрической машины, нужно знать не только, как устроен электродвигатель, но и учитывать условия работы механизма, для которого он предназначается. Использование мотора недостаточной мощности приводит к нарушению работы оборудования, а завышенной — к ухудшению экономических показателей механизма, увеличению потери электроэнергии.

При выборе электродвигателя нужно обращать внимание на следующие критерии:

  • мощность мотора,
  • климатические условия,
  • вид электрического тока, подаваемого в оборудование,
  • режим работы.

Запас мощности должен быть всегда, но небольшой. В противном случае снижается КПД.

Назад к списку новостей

Асинхронные электродвигатели: схема, принцип работы и устройство

Асинхронный электродвигатель – это электрический агрегат с вращающимся ротором. Скорость вращения ротора отличается от скорости, с которой вращается магнитное поле статора. Это – одна из важных особенностей работы агрегата, так как если скорости выровняются, то магнитное поле не будет наводить в роторе ток и действие силы на роторную часть прекратится. Именно поэтому двигатель называется асинхронным (у синхронного показатели скоростного вращения совпадают). 

В данной статье мы сфокусируемся на том, что представляет собой схема работы такого двигателя и – самое главное, насколько она эффективна при его эксплуатации.

Устройство и принцип действия

Ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле.

Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности.

Асинхронный двигатель

Подробнее о принципах работы асинхронного электродвигателя – в частности, на примере агрегата трехфазного тока, вы можете прочесть здесь, на сайте, в одном из наших материалов. Далее же мы разберем, какие бывают разновидности асинхронных электрических машин.

Виды асинхронных двигателей

Можно выделить 3 базовых типа асинхронных электродвигателей:

  • 1-фазный – с короткозамкнутым ротором
  • 3-х фазный – с короткозамкнутым ротором
  • 3-х фазный – с фазным ротором

Схема устройства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

То есть, двигатели классифицируются по количеству фаз (1 и 3) и по типу ротора – с короткозамкнутым и с фазным. При этом число фаз с установленным типом ротора никак не взаимосвязано.

Ещё одна разновидность – асинхронный двигатель с массивным ротором. Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки). Такой вид двигателя очень прочный и обладает высоким пусковым моментом, однако в роторе могут возникать большие потери энергии, а сам он может сильно нагреваться.

Какой ротор лучше, фазный или короткозамкнутый?

Преимущества короткозамкнутого:

  • Более-менее постоянная скорость вне зависимости от разных нагрузок
  • Допустимость кратковременных механических перегрузок
  • Простая конструкция, легкость пуска и автоматизации
  • Более высокие cos φ (коэффициент мощности) и КПД, чем у электродвигателей с фазным ротором

Недостатки:

  • Трудности в регулировании скорости вращения
  • Большой пусковой ток
  • Низкий мощностной коэффициент при недогрузках

Преимущества фазного:

  • Высокий начальный вращающий момент
  • Допустимость кратковременных механических перегрузок
  • Более-менее постоянная скорость при разных перегрузках
  • Меньший пусковой ток, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором
  • Возможность использования автоматических пусковых устройств

Недостатки:

  • Большие габариты
  • Коэффициент мощности и КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Какой двигатель лучше выбрать?

Асинхронный или коллекторный? Синхронный или асинхронный? Сказать однозначно, что определенный тип двигателя лучше, точно нельзя. В пользу асинхронных моделей говорят их следующие преимущества.

  • Относительно небольшая стоимость
  • Низкие эксплуатационные затраты
  • Отсутствие необходимости в преобразователях при включении в сеть (только для нагрузок, не нуждающихся в регулировании скорости)
  • Отсутствие потребности в дополнительном источнике питания – в отличие от синхронных аналогов

Тем не менее, у асинхроников есть недостатки. А именно:

  • Малый пусковой момент
  • Высокий пусковой ток
  • Отсутствие возможности регулировки скорости при подключении к сети
  • Ограничение максимальной скорости частотой сети
  • Высокая зависимость электромагнитного момента от напряжения питающей сети
  • Низкий мощностной коэффициент – в отличие от синхронных агрегатов

Тем не менее, все перечисленные недостатки можно устранить, если питать асинхронный двигатель от статического частотного преобразователя. Кроме того, если соблюдать правила эксплуатации и не перегружать агрегаты, то они исправно прослужат длительный срок.

Но даже несмотря на то, что синхронные машины обладают довольно конкурентными преимуществами, большинство двигателей сегодня – именно асинхронные. Промышленность, сельское хозяйство, ЖКХ и многие другие отрасли используют именно их за счет высокого КПД. Но коэффициент полезного действия может значительно снижаться за счет таких параметров, как:

  • Высокий пусковой ток
  • Слабый пусковой момент
  • Рассинхрон между механическим моментом на валу привода и механической нагрузкой (это провоцирует высокий рост силы тока и избыточные нагрузки при запуске, а также снижение КПД при пониженной нагрузке)
  • Невозможность точной регулировки скорости работы прибора

Другими факторами, от которых зависит КПД асинхронного электродвигателя, являются:

  • степень загрузки двигателя по отношению к номинальной
  • конструкция и модель
  • степень износа
  • отклонение напряжения в сети от номинального.

Как избежать снижения КПД?

  • Обеспечение стабильного уровня загрузки – не ниже 75%
  • Увеличение мощностного коэффициента
  • Регулировать напряжение и частоту подаваемого тока

Для этого используются:

  • Частотные преобразователи – они плавно изменяют скорость вращения двигателя путем изменения частоты питающего напряжения
  • Устройства плавного пуска – они ограничивают скорость нарастания пускового тока и его предельное значение, как одни из факторов, из-за которых падает КПД

Итак, асинхронный двигатель имеет довольно широкую область использования и применяется во многих хозяйственных и производственных сферах деятельности. У нас, в компании РУСЭЛТ, представлен широкий выбор электродвигателей данного типа, приобрести который вы можете по ценам, которые ощутимо выгоднее, чем у конкурентов.


Электрические двигатели: классификация, устройство, принцип работы

Электрический двигатель – специальная машина (ее еще называют электромеханическим преобразователем), с помощью которой электроэнергия преобразовывается в механическое движение.

Побочный эффект такой конвертации – выделение тепла.

При-этом современные двигатели обладают очень высоким КПД, который достигает 98%, в результате чего их использование экономически более выгодно по сравнению с двигателями внутренного сгорания. Электрические двигатели используются во всех сферах народного хозяйства, начиная от бытового применения, заканчивая военной техникой.

Электрические двигатели и их разновидности

Как известно с базового школьного курса физики, ток бывает переменным и постоянным. В бытовой электросети – переменный ток. Батарейки, аккумуляторы и другие мобильные источники питания предоставляют постоянный ток.

 

Электродвигатели постоянного тока характеризуются хорошими эксплуатационными и динамическими характеристиками.

 Такие изделия широко используются в подъемных машинах, буровых станках, полимерном оборудовании, в некоторых агрегатах экскаваторов.

По принципу работы электродвигатели переменного тока бывают

  • асинхронными;
  • синхронными.

Подробное сравнение этих видов машин можно почитать тут.

Синхронные двигатели – электрические машины, где скорость вращения ротора полностью идентична частоте магнитного поля. Учитывая эту особенность, такие устройства актуальны там, где необходима стабильная высокая скорость вращения: насосы, крупные вентиляторы, генераторы, компрессоры, стиральные машины, пылесосы, практически все электроинструменты.

Особое внимание среди синхронных устройств, заслуживают шаговые двигатели. Они обладают несколькими обмотками. Такой подход позволяет с высокой точностью изменять скорость вращения таких электродвигателей.

Асинхронными двигателями называют такие машины, в которых скорость ротора отличается от частоты движения магнитного поля.

Нашли свое применение в подавляющем большинстве отраслей народного хозяйства: в приводах дымососов, транспортерах, шаровых мельницах, наждачных, сверлильных станках, в холодильном оборудовании, вентиляторах, кондиционерах, микроприводах.

Максимальная скорость вращения асинхронных установок – 3000 об/мин.

Интересное видео о двигателях смотрите ниже:

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Асинхронные электродвигатели могут обладать фазным и короткозамкнутым ротором.

Короткозамкнутый ротор более распространен.

Такие двигатели обладают следующими преимуществами:

  • относительно одинаковая скорость вращения при разных уровнях нагрузки;
  • не боятся непродолжительных механических перегрузок;
  • простая конструкция;
  • несложная автоматизация и пуск;
  • высокий КПД (коэффициент полезного действия).

Электродвигатели с короткозамкнутым контуром требуют большой пусковой ток.

Если невозможно реализовать выполнение этого условия, то используют устройства с фазным ротором. Они обладают такими достоинствами:

  • хороший начальный вращающий момент;
  • нечувствительны к кратковременным перегрузкам механической природы;
  • постоянная скорость работы при наличии нагрузок;
  • малый пусковой ток;
  • с такими двигателями применяют автоматические пусковые устройства;
  • могут в небольших пределах изменять скорость вращения.

К основным недостаткам асинхронных двигателей относят то, что изменять их скорость работы можно только посредством изменения частоты электрического тока.

Кроме того, частота вращения – относительна. Она колеблется в небольших пределах. Иногда это недопустимо.

Интересное видео об асинхронных электродвигателях смотрите ниже:

Особенности работы синхронных двигателей

Все синхронные двигатели обладают такими преимуществами:

  1. Они не отдают и не потребляют реактивную энергию в сеть. Это позволяет уменьшить их габариты при сохранении мощности. Типичный синхронный электродвигатель меньше асинхронного.
  2. В сравнении с асинхронными устройствами, менее чувствительны к скачкам напряжения.
  3. Хорошая сопротивляемость перегрузкам.
  4. Такие электрические машины способны поддерживать постоянную скорость вращения, если уровень нагрузок не превышает допустимые пределы.

В любой бочке, есть ложка с дегтем. Синхронным электродвигателям присущи такие недостатки:

  • сложная конструкция;
  • затрудненный пуск в ход;
  • довольно сложно изменять скорость вращения (посредством изменения значения частоты тока).

Сочетание всех этих особенностей делает синхронные двигатели невыгодными при мощностях до 100 Вт. А вот на более высоких уровнях производительности, синхронные машины показывают себя во всей красе.

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, в отличие от электрического генератора. Они работают, используя принципы электромагнетизма, которые показывают, что сила применяется, когда электрический ток присутствует в магнитном поле. Эта сила создает крутящий момент на проволочной петле, находящейся в магнитном поле, что заставляет двигатель вращаться и выполнять полезную работу.Двигатели используются в самых разных областях, таких как вентиляторы, электроинструменты, бытовая техника, электромобили и гибридные автомобили.

Как они работают

Двигатели имеют множество различных рабочих частей, чтобы они могли постоянно вращаться, обеспечивая мощность по мере необходимости. Двигатели могут работать от постоянного тока (DC) или переменного тока (AC), 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, особенно магнит.Электромагниты часто используются для обеспечения большей мощности.
  • Ротор: Катушка, установленная на оси и вращающаяся с высокой скоростью, обеспечивая систему механической энергией вращения.
  • Коммутатор: Этот компонент является ключевым в двигателях постоянного тока, его можно увидеть на рис. 3 и 4. Без него ротор не смог бы непрерывно вращаться из-за противодействующих сил, создаваемых изменяющимся током. Коммутатор позволяет ротору вращаться, меняя направление тока каждый раз, когда катушка делает пол-оборота.
  • Щетки: Подключаются к клеммам источника питания, позволяя электроэнергии поступать в коллектор.
  • Двигатель постоянного тока
  • Рисунок 3: Базовая установка двигателя постоянного тока. [3]

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

Каталожные номера

Что такое электродвигатель?

Электродвигатели — это устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую, обычно в форме вращательного движения.Проще говоря, это устройства, которые используют электроэнергию для выработки движущей силы.

Электродвигатели не только обеспечивают простое и эффективное средство для создания высоких уровней выходной мощности привода, но их также легко уменьшить, что позволяет встраивать их в другие машины и оборудование. В результате они находят широкое применение как в промышленности, так и в повседневной жизни.

Принцип работы

Помнишь, тебя в школе учили правилу левой руки Флеминга? Электродвигатели являются применением этого правила, при этом сила, создаваемая электрическим током, протекающим через катушку в присутствии магнитного поля, заставляет вал двигателя вращаться.
На приведенной ниже диаграмме правило левой руки Флеминга говорит нам о том, что направленная вверх сила генерируется, когда ток течет перпендикулярно магнитному полю от магнита * .

Как достигается вращение в электродвигателе

В случае щеточного электродвигателя постоянного тока *1 , например, эта сила может использоваться для поддержания непрерывного вращения путем изменения направления тока на противоположное на каждом полуобороте катушки (что достигается с помощью щетки и коллектор *2 )

  • *1

    Двигатель постоянного тока: Двигатель, работающий от постоянного тока (DC)

  • *2

    Щетки и коллектор: При совместном использовании они меняют направление тока каждый раз, когда вал двигателя делает пол-оборота.

История электродвигателей

Британский ученый Майкл Фарадей считается особенно влиятельным среди многих ученых 19-го века, которые сыграли роль в изобретении и разработке электродвигателей. В 1821 году Фарадей провел успешный эксперимент, в котором вращение проволоки осуществлялось с помощью магнита вместе с магнитным полем, создаваемым электрическим током. В 1831 году он изобрел закон магнитной индукции, заложив основу для значительного прогресса в области электродвигателей и генераторов.

Со временем было изобретено множество других типов электродвигателей, а также конструкции, которые можно считать архетипическими двигателями постоянного тока.

Впоследствии, в 1872 году, практический электродвигатель был не столько изобретен, сколько открыт, когда один из генераторов, выставленных на Всемирной выставке в Вене, начал вращаться сам по себе после случайного подключения к другому генератору. Это привело людей к пониманию того, что то, как работают генераторы, можно использовать и в двигателях. Последовавший за этим быстрый рост практического использования генераторов был таким, что они стали основой многих отраслей промышленности в 20 веке.

Двигатели и генераторы

В то время как электродвигатели преобразуют электрическую энергию во вращение и другие формы механической энергии, генераторы выполняют обратную роль преобразования механической энергии в электрическую.
Несмотря на эти противоположные функции, двигатели и генераторы очень похожи по конструкции и принципу работы. Фактически, простой эксперимент, в котором два модельных двигателя соединяются вместе, — это все, что нужно, чтобы продемонстрировать, что электрический двигатель может также работать как генератор.
Естественно, учитывая разные способы их использования, два типа машин всегда разрабатывались отдельно.

Типы электродвигателей

Электродвигатели бывают разных форм в зависимости от типа используемого тока, конструкции их катушек (обмоток) и того, как они генерируют магнитное поле. Соответственно, их можно классифицировать по различным признакам.
Ниже описаны три типа электродвигателей, обычно используемых как в быту, так и в промышленности.

Двигатели постоянного тока

Это двигатели с питанием от источника постоянного тока. Они подразделяются на щеточные и бесщеточные (BLDC) двигатели в зависимости от того, используют ли они щетки *1 .
В то время как коллекторным двигателям постоянного тока для работы требуется только подключение к источнику питания постоянного тока, бесщеточным двигателям постоянного тока требуется датчик для определения ориентации магнитных полюсов ротора *2 и схема привода для подачи соответствующего тока.

Двигатели переменного тока

Это двигатели с питанием от сети переменного тока.Они сгруппированы в зависимости от того, является ли источник питания однофазным *1 или трехфазным *2 .
Однофазные двигатели далее сгруппированы в конденсаторные двигатели, в которых используется конденсатор *3 для создания крутящего момента, и двигатели с экранированными полюсами, которые имеют дополнительную катушку (обмотку), называемую экранирующей катушкой *4 .

  • *1

    Однофазный: Обычный источник питания переменного тока, обычно доступный в домах.

  • *2

    Трехфазный: форма источника питания переменного тока, используемая в основном в промышленности.

  • *3

    Конденсатор: Электронный компонент, хранящий электрическую энергию.

  • *4

    Затеняющая катушка: катушка замкнутого контура, намотанная вокруг части сердечника статора.

Шаговые двигатели

Это двигатели, которые вращаются на фиксированный шаг (угол) каждый раз, когда вводится импульс *1 .
Шаговые двигатели можно сгруппировать по структуре их ротора. Двигатели с постоянными магнитами (PM) *2 имеют магнит в роторе *3 , двигатели с переменным сопротивлением (VR) *4 имеют железный сердечник, а гибридные двигатели имеют и то, и другое.

  • *1

    Импульс: Короткий всплеск электричества, производимый включением и выключением источника питания.

  • *2

    Ротор: вращающаяся часть двигателя. Вал двигателя является частью ротора.

  • *3

    Двигатель с постоянными магнитами: Двигатель с постоянным магнитом

    .
  • *4

    Двигатель

    VR: двигатель с переменным сопротивлением, в котором сердечники расположены подобно зубьям шестерни, при этом эта компоновка определяет угол шага.

Обзор типов электродвигателей

В таблице ниже перечислены основные характеристики трех различных типов двигателей.

В дополнение к перечисленным выше существует множество других типов электродвигателей.

Тип Характеристики
Линейный двигатель Двигатель, скользящий в линейном направлении
Ультразвуковой двигатель Двигатель, приводимый в движение ультразвуковыми колебаниями
Двигатель без сердечника Коллекторный двигатель постоянного тока с ротором без железного сердечника или бесщеточный двигатель со статором без железного сердечника
Универсальный двигатель Двигатель с фазным ротором и статором, работающий как на переменном, так и на постоянном токе
Гистерезис двигателя Двигатель переменного тока, в роторе которого используется материал, обладающий гистерезисом и вращающийся за счет гистерезисного крутящего момента
Двигатель SR Шаговый двигатель VR, который также имеет функцию определения положения ротора, что позволяет избежать потери синхронизации

Моторные приложения

Хотя электродвигатели используются по-разному, ниже перечислены общие области применения бесщеточных двигателей постоянного тока и шаговых двигателей, поставляемых ASPINA.

Области применения бесщеточных двигателей постоянного тока

Благодаря небольшим размерам, высокой мощности, низкому уровню шума и вибрации, а также длительному сроку службы бесщеточные двигатели постоянного тока находят широкое применение в таких приложениях, как системы вентиляции (очистители воздуха и другие формы кондиционирования воздуха), бытовая техника, холодильники. , водонагреватели, торговые автоматы, копировальные аппараты, принтеры, проекторы, оргтехника, контрольно-измерительные приборы, транспортные средства и медицинские приборы.

  • Кондиционеры
  • Финансовые терминалы (банкоматы), разменные автоматы, автоматы по обмену валюты, автоматы по продаже билетов
  • Бытовая техника
  • Чистые помещения
  • Водонагреватели и горелки
  • Оптические изделия
  • Торговые автоматы
  • Принтеры
  • Морозильные и холодильные витрины
  • Копировальные аппараты
  • Медицинское оборудование
  • Офисное оборудование
  • Системы лабораторного анализа

Приложения для шаговых двигателей

Превосходная точность останова, высокий крутящий момент на средних и низких скоростях и превосходное быстродействие шаговых двигателей означают, что они могут использоваться в широком спектре приводных приложений, требующих точного управления.

  • Производственное оборудование
  • Приводы оптических дисков (приводы Blu-ray, DVD и т. д.)
  • Медицинское оборудование
  • Лазерные принтеры
  • Лабораторные аналитические приборы
  • Цифровые камеры
  • Банкоматы
  • Жалюзи кондиционера
  • Торговые автоматы
  • Развлекательные автоматы
  • Автоматы по продаже билетов
  • Копировальные аппараты
  • Роботы

Преодоление проблем с электродвигателями

ASPINA поставляет не только автономные шаговые двигатели, но и системные продукты, включающие системы привода и управления, а также механические конструкции.Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым в различных отраслях промышленности, областях применения и потребительских продуктах, а также для ваших конкретных производственных схем.

ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних стадиях разработки.
Вы боретесь со следующими проблемами?

Выбор двигателя

  • У вас еще нет подробных спецификаций или проектных чертежей, но вам нужен совет по двигателям?
  • У вас нет штатного специалиста по двигателям, и вы не можете определить, какой тип двигателя лучше всего подойдет для вашего нового продукта?

Разработка двигателя и связанных с ним компонентов

  • Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и заказать приводные системы и разработку двигателей на стороне?
  • Хотите сэкономить время и силы на перепроектирование существующих механических компонентов при замене двигателя?

Уникальное требование

  • Нужен специальный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался?
  • Не можете найти двигатель, обеспечивающий требуемый контроль, и почти теряете надежду?

Ищете ответы на эти вопросы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

Электродвигатели

: что это такое и как они работают?

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

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель — это машина, которая может преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию (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 от постоянного тока, например от аккумулятора.

Как работает электродвигатель?

Основной принцип работы электродвигателя заключается в том, что должна быть катушка провода, которая может свободно вращаться в присутствии внешнего магнитного поля.

Когда ток проходит через проволочную катушку, взаимодействие между током и полем создает крутящий момент, заставляющий катушку вращаться.Это вращение можно использовать, например, для вращения шин игрушечной машинки, или оно может приводить в движение кривошипный вал и преобразовывать вращательное движение в линейное движение.

Как сделать собственный электродвигатель

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

Посылая ток через провод тщательной 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, намотав проволоку на 1,5-вольтовую батарею типа D несколько раз (батарея служит формой; снимите катушку, когда закончите намотку). Оставьте около 2-3 см торчащими с обоих концов. Убедитесь, что все витки намотаны в одном направлении.

    Катушка должна быть хорошо сбалансирована на этих концах, чтобы она легко поворачивалась, когда ее помещали в держатель, снабженный скрепками. Вы должны держать катушку вместе, скручивая последнюю петлю вокруг катушек, чтобы обернуть катушки вместе.

    Когда катушка находится в показанном положении, с одного из концов провода, который будет контактировать со скрепками, изоляция должна быть снята только с нижней стороны. Другой конец должен быть полностью зачищен там, где он соприкасается со скрепкой. Таким образом, ток будет течь через катушку примерно половину времени.

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

    Поместите постоянный магнит под катушку.

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

    Попробуйте запустить двигатель, слегка прокрутив катушку. Пробуйте, корректируйте, пробуйте, корректируйте, пробуйте и снова корректируйте, пока не добьетесь успеха!

Как это работает?

Если катушка ориентирована, как показано на рисунке, ток проходит через катушку по часовой стрелке, а магнитное поле направлено вверх, то верхняя часть катушки будет ощущать силу, указывающую наружу (относительно экрана компьютера, на котором вы смотрите на это изображение). ), и в нижней части катушки будет ощущаться сила, направленная внутрь. Это заставит катушку вращаться.

Как только ваша катушка повернется на 180 градусов, ток будет течь против часовой стрелки. Однако, поскольку вы зачистили половину провода, ток не будет течь, пока катушка перевернута. Это делается для того, чтобы мы не получили силу в противоположном направлении, заставляющую катушку развернуться, а не продолжаться.

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

Детали коммерческого двигателя

К компонентам коммерческого двигателя относятся следующие:

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

Щетки позволяют передавать ток на ротор во время его вращения. В нашем самодельном двигателе точка контакта скрепки и медного провода служила той же цели.

Коммутатор служит для периодического изменения направления тока. Это необходимо для двигателя постоянного тока или постоянного тока, но обычно не 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.

Магнит возбуждения или катушки возбуждения (электромагниты) создают необходимое магнитное поле.

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

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

Типы электродвигателей

Существует множество различных типов электродвигателей. Хотя сначала они подразделяются на двигатели переменного или постоянного тока, возможны и многие другие варианты. Будь то тяжелые, легкие, сельскохозяйственные или общего назначения, здесь перечислены лишь некоторые из многих типов.

Однофазный двигатель работает от одного источника переменного тока.

Трехфазный двигатель — это двигатель, который приводится в движение тремя переменными токами одной и той же частоты, противофазными друг другу.

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

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

Шаговый двигатель — это бесщеточный двигатель постоянного тока, который разбивает полный оборот на равные шаги. Мотор может двигаться и удерживаться на любой из ступеней.

Электрические генераторы

Электрические генераторы представляют собой обратную сторону электродвигателей; они берут механическую энергию и преобразуют ее в электрическую энергию. Это можно сделать разными способами.

Например, энергию ветра можно использовать для вращения лопастей вентилятора ветрогенератора, которые вращают ротор внутри генератора, а возникающая в результате электромагнитная индукция вызывает протекание тока. Гидроэлектростанции работают аналогичным образом: падающая вода вращает лопасти турбины.

Электродвигатель | Encyclopedia.com

Двигатель постоянного тока

Типы двигателей постоянного тока

Электродвигатели переменного тока

Принципы работы трехфазного двигателя

Ресурсы

Электродвигатель — это машина, используемая для преобразования электрической энергии в механическую. Электродвигатели важны для современной жизни, они используются в пылесосах, посудомоечных машинах, компьютерных принтерах, факсимильных аппаратах, водяных насосах, производстве, автомобилях (как обычных, так и гибридных), станках, печатных станках, системах метро и многом другом.

Основные физические принципы работы электродвигателя известны как закон Ампера и закон Фарадея. Первый утверждает, что электрический проводник, находящийся в магнитном поле, будет испытывать силу, если любой ток, протекающий через проводник, имеет составляющую, перпендикулярную этому полю. Изменение направления тока или магнитного поля создаст силу, действующую в противоположном направлении. Второй принцип гласит, что если проводник движется через магнитное поле, то любая составляющая движения, перпендикулярная этому полю, создаст разность потенциалов между концами проводника.

Электродвигатель состоит из двух основных элементов. Первый, статический компонент, который состоит из магнитных материалов и электрических проводников для создания магнитных полей желаемой формы, известен как статор . Второй, который также изготовлен из магнитных и электрических проводников для создания определенных магнитных полей, которые взаимодействуют с полями, создаваемыми статором, известен как ротор . Ротор содержит подвижный компонент двигателя, имеющий вращающийся вал для соединения с приводимой машиной и некоторые средства поддержания электрического контакта между ротором и корпусом двигателя (как правило, угольные щетки, упирающиеся в токосъемные кольца).При работе электрический ток, подаваемый на двигатель, используется для создания магнитных полей как в роторе, так и в статоре. Эти поля толкают друг друга, в результате чего ротор испытывает крутящий момент и, следовательно, вращается.

Электрические двигатели делятся на две большие категории, в зависимости от типа применяемой электрической энергии: двигатели постоянного тока (DC) и двигатели переменного тока (AC).

Первый электрический двигатель постоянного тока был продемонстрирован Майклом Фарадеем в Англии в 1821 году.Поскольку единственными доступными источниками электроэнергии был постоянный ток, первые коммерчески доступные двигатели были типа постоянного тока, которые стали популярными в 1880-х годах. Эти двигатели использовались как для маломощных, так и для высокомощных приложений, таких как электрические уличные железные дороги. Только в 1890-х годах, когда появилась электроэнергия переменного тока, двигатель переменного тока был разработан, в первую очередь корпорациями Westinghouse и General Electric. В течение этого десятилетия было решено большинство проблем, связанных с однофазными и многофазными двигателями переменного тока.Следовательно, все основные характеристики электродвигателей были разработаны к 1900 году.

Работа двигателя постоянного тока зависит от взаимодействия полюсов статора с частью ротора или якоря. Статор содержит четное число полюсов с переменной магнитной полярностью, каждый полюс состоит из электромагнита, образованного полюсной обмоткой, намотанной на полюсный сердечник. При протекании постоянного тока через обмотку образуется магнитное поле. Якорь также содержит обмотку, в которой ток течет в указанном направлении.Этот ток якоря взаимодействует с магнитным полем в соответствии с законом Ампера, создавая крутящий момент, который вращает якорь.

Если бы обмотки якоря вращались вокруг следующего полюсного наконечника противоположной полярности, крутящий момент действовал бы в противоположном направлении, тем самым останавливая якорь. Чтобы предотвратить это, ротор содержит коммутатор, который изменяет направление тока якоря для каждого полюсного наконечника, мимо которого вращается якорь, таким образом гарантируя, что все обмотки, проходящие, например, через полюс северной полярности, будут протекать через ток. в том же направлении, в то время как обмотки, проходящие через южные полюса, будут иметь противоположный ток, создавая крутящий момент в том же направлении, что и крутящий момент, создаваемый северными полюсами.Коллектор обычно состоит из разъемного контактного кольца, по которому перемещаются щетки, подающие постоянный ток.

Вращение обмоток якоря через поле статора создает напряжение на якоре, известное как противоЭДС (электродвижущая сила), поскольку оно противодействует приложенному напряжению: это следствие закона Фарадея. Величина встречной ЭДС зависит от напряженности магнитного поля и скорости вращения якоря. При первоначальном включении двигателя постоянного тока противоЭДС отсутствует и якорь начинает вращаться.Счетчик ЭДС увеличивается с вращением. Действующее напряжение на обмотках якоря равно приложенному напряжению за вычетом противоЭДС.

Двигатели постоянного тока более распространены, чем мы думаем. Автомобиль может иметь до 20 двигателей постоянного тока для привода вентиляторов, сидений и окон. Они бывают трех разных типов, классифицируемых в соответствии с используемой электрической схемой. В шунтовом двигателе обмотки якоря и обмотки возбуждения соединены параллельно, поэтому токи в каждой из них относительно независимы.Ток через обмотку возбуждения можно регулировать с помощью реостата возбуждения (переменного резистора), что позволяет широко варьировать скорость двигателя в широком диапазоне условий нагрузки. Этот тип двигателя используется для привода станков или вентиляторов, которые требуют широкого диапазона скоростей.

В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря, что приводит к очень высокому пусковому моменту, поскольку и ток якоря, и напряженность поля достигают своего максимума.Однако, как только якорь начинает вращаться, противоЭДС уменьшает ток в цепи, тем самым уменьшая напряженность поля. Серийный двигатель используется там, где требуется большой пусковой момент, например, в автомобильных стартерах, кранах и подъемниках.

Составной двигатель представляет собой комбинацию последовательного и параллельного двигателей с параллельными и последовательными обмотками возбуждения. Этот тип двигателя имеет высокий пусковой крутящий момент и возможность изменять скорость и используется в ситуациях, требующих обоих этих свойств, таких как штамповочные прессы, конвейеры и элеваторы.

Двигатели переменного тока гораздо более распространены, чем двигатели постоянного тока, потому что почти все системы электроснабжения работают на переменном токе. Существует три основных типа двигателей, а именно многофазные асинхронные, многофазные синхронные и однофазные двигатели. Поскольку трехфазные источники питания являются наиболее распространенными многофазными источниками, большинство многофазных двигателей работают от трехфазного тока. Трехфазные источники питания широко используются в коммерческих и промышленных условиях, тогда как однофазные источники почти всегда используются в домашних условиях.

Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, что магнитное поле, создаваемое статором, вращается в корпусе переменного тока. Через клеммы вводятся три электрические фазы, каждая фаза питает отдельный полюс поля. Когда каждая фаза достигает своего максимального тока, магнитное поле на этом полюсе достигает максимального значения. По мере уменьшения тока уменьшается и магнитное поле. Поскольку каждая фаза достигает своего максимума в разное время в течение цикла тока, тот полюс поля, магнитное поле которого наибольшее, постоянно меняется между тремя полюсами, в результате чего магнитное поле, наблюдаемое ротором, вращается.Скорость вращения магнитного поля, известная как синхронная скорость, зависит от частоты источника питания и числа полюсов, создаваемых обмоткой статора. Для стандартного источника питания 60 Гц, используемого в США, максимальная синхронная скорость составляет 3600 об/мин.

В трехфазном асинхронном двигателе обмотки ротора не подключены к источнику питания, а

Ключевые термины

Переменный ток — Переменный ток, при котором ток в цепи меняет направление течения через равные промежутки времени.

DC— Постоянный ток, при котором ток в цепи примерно постоянен во времени.

Ротор — Та часть электродвигателя, которая может свободно вращаться, включая вал, якорь и соединение с машиной.

Статор — Та часть электродвигателя, которая не может свободно вращаться, включая катушки возбуждения.

Крутящий момент — Способность или сила, необходимая для поворота или вращения вала или другого объекта.

по сути являются короткими замыканиями.Наиболее распространенный тип обмотки ротора, обмотка с беличьей клеткой, очень похож на беговое колесо, используемое в клетках для домашних песчанок. Когда двигатель первоначально включен и ротор неподвижен, проводники ротора подвергаются воздействию изменяющегося магнитного поля, проходящего с синхронной скоростью. Согласно закону Фарадея, эта ситуация приводит к индукции токов вокруг обмоток ротора; величина этого тока зависит от импеданса обмоток ротора. Поскольку теперь выполнены условия для двигательного действия, то есть проводники с током находятся в магнитном поле, ротор испытывает крутящий момент и начинает вращаться.Ротор никогда не может вращаться с синхронной скоростью, потому что не было бы относительного движения между магнитным полем и обмотками ротора и не мог бы индуцироваться ток. Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой момент.

В двигателях с короткозамкнутым ротором скорость двигателя определяется нагрузкой, которую он приводит в действие, и количеством полюсов, создающих магнитное поле в статоре. Если некоторые полюса включены или выключены, скорость двигателя можно регулировать постепенно. В двигателях с фазным ротором полное сопротивление обмоток ротора можно изменять извне, что изменяет ток в обмотках и, таким образом, обеспечивает непрерывное регулирование скорости.

Трехфазные синхронные двигатели сильно отличаются от асинхронных двигателей. В синхронном двигателе ротор использует катушку с постоянным током для создания постоянного магнитного поля. После приближения ротора к синхронной скорости двигателя северный (южный) полюс магнита ротора замыкается на южный (северный) полюс вращающегося поля статора, и ротор вращается с синхронной скоростью. Ротор синхронного двигателя обычно включает в себя обмотку с короткозамкнутым ротором, которая используется для запуска вращения двигателя до подачи питания на катушку постоянного тока.Беличья клетка не действует на синхронных скоростях по причине, описанной выше.

Однофазные асинхронные двигатели и синхронные двигатели, используемые в большинстве бытовых ситуаций, работают по принципу, аналогичному описанному для трехфазных двигателей. Однако для создания пусковых крутящих моментов необходимо внести различные модификации, поскольку одна фаза не будет генерировать вращающееся магнитное поле само по себе. Следовательно, в асинхронных двигателях используются конструкции с расщепленной фазой, конденсаторным пуском или конструкциями с экранированными полюсами.Небольшие синхронные однофазные двигатели, используемые в таймерах, часах, магнитофонах и т.п., основаны на магнитных или гистерезисных конструкциях.

КНИГИ

Красильщик. Катушки интенсивности: способ изготовления и использование: с описанием электрического освещения, электрических звонков, электродвигателей, телефона, микрофона и фонографа . Бостон: Adamant Media Corporation, 2005.

Эмади, Али. Энергоэффективные электродвигатели . Нью-Йорк: CRC, 2004.

Хьюз, Остин. Электродвигатели и приводы . Oxford, UK: Newnes, 2005.

Iain A. McIntyre

Устройство электродвигателя и принцип работы

Электродвигатель представляет собой электрическое устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня электродвигатели широко используются в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве их устанавливают в стиральную машину, холодильник, соковыжималку, кухонный комбайн, вентиляторы, электробритвы и т. д.Электродвигатели приводят в движение связанные с ним устройства и механизмы.

В этой статье я расскажу о наиболее распространенных типах и принципах работы электродвигателей переменного тока, широко используемых в гараже, домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

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

Если в однородном магнитном поле расположить рамку в вертикальном положении и пропустить через нее ток, то вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одной рамки будет отталкиваться, а к другой притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, при котором влияние магнитного поля на проводник будет нулевым. Чтобы вращение продолжалось, необходимо добавить еще один кадр под углом или изменить направление тока в кадре в подходящий момент.На рисунке это делается с помощью двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от аккумулятора. В результате после совершения пол-оборота полярность меняется и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой двигатель, то вы увидите витки провода, покрытые изолирующим лаком. Эти витки являются электромагнитом или как их еще называют обмоткой возбуждения.

Дома такие же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть у них называется ротором, а неподвижная часть – статором.

Типы электродвигателей

На сегодняшний день существует довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу питания :

  1. Переменный ток , работающий непосредственно от сети.
  2. Постоянный ток , работающий от батарей, аккумуляторов, источников питания или других источников.

По принципу работы:

  1. Синхронный , у которого имеются обмотки на роторе и щеточный механизм подвода к ним электрического тока.
  2. Асинхронный , самый простой и распространенный тип двигателя. У них нет ни щеток, ни обмоток на роторе.

Синхронный двигатель вращается синхронно с вращающим его магнитным полем, а в асинхронном двигателе ротор вращается медленнее, чем вращающееся магнитное поле в статоре.

Принцип действия и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя уложены обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Их концы для подключения выведены на специальную клеммную колодку. Обмотки охлаждаются благодаря вентилятору, установленному на валу в конце электродвигателя.

Ротор , представляющий собой одно целое с валом, выполнен из металлических стержней, замкнутых между собой с двух сторон, поэтому его называют короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподводящих щеток, значительно повышается надежность, долговечность и безотказность.

Обычно основной причиной поломки Асинхронного двигателя является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы ротор вращался медленнее, чем электромагнитное поле статора, в результате чего в роторе индуцируется ЭДС (возникает электрический ток).Важным условием здесь является то, что если бы ротор вращался с той же скоростью, что и магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в нем не индуцировалась 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 двигателя, а направление тока в роторе постоянно меняется.В один момент времени, например, направление токов в обмотках статора и ротора показано схематически в виде крестов (ток идет от нас) и точек (ток к нам). Вращающееся магнитное поле показано пунктирными линиями.

Например, как работает циркулярная пила … Имеет самую высокую скорость без нагрузки. Но как только мы начинаем резать плату, скорость вращения уменьшается и при этом ротор начинает вращаться медленнее относительно электромагнитного поля и по законам электротехники в нем индуцируется ЭДС еще большей величины .Ток, потребляемый двигателем, увеличивается, и он начинает работать на полную мощность. Если нагрузка на вал настолько велика, что он глохнет, то может произойти повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимального значения ЭДС, наведенной в нем. Вот почему так важно выбрать правильную мощность двигателя. Если брать больше, то энергозатраты будут неоправданными.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2-х полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равная максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50Гц.Чтобы уменьшить скорость вдвое, необходимо увеличить число полюсов в статоре до четырех.

Существенным недостатком двигателей асинхронных является то, что они питаются регулировкой скорости вращения вала только изменением частоты электрического тока. В противном случае невозможно добиться постоянной частоты вращения вала.

Принцип действия и устройство синхронного двигателя переменного тока

Данный тип электродвигателя используется в быту, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а также если требуется скорость вращения более 3000 об/мин (это максимум для асинхронных).

Синхронные двигатели устанавливаются в электроинструментах, пылесосах, стиральных машинах и т. д.

В случае синхронного двигателя переменного тока имеются обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам контактного кольца или коллектора (5), на которые подается напряжение с помощью графитовых щеток (4). Причем клеммы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частые поломки коллекторных двигателей :

  1. Износ щеток или их плохой контакт из-за ослабления нажимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора. Очистите либо медицинским спиртом, либо нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Крутящий момент в электродвигателе создается в результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком в обмотке возбуждения. При изменении направления переменного тока направление магнитного потока будет изменяться одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одном направлении.

Регулятор скорости вращения изменяется методом изменения величины приложенного напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит так же, как и с двигателями постоянного тока, о которых я расскажу в

Самое главное про синхронные двигатели я постарался изложить, более подробно вы можете их прочитать на .

Режимы работы электродвигателя v .

Аналогичные материалы.

Как работают электромеханические системы

Почти каждое движущееся устройство приводится в действие электромеханической системой. Эти системы присутствуют в большинстве электродвигателей, соленоидов и мехатроников. От автомобильных стеклоподъемников и сидений с электроприводом до стиральных и сушильных машин — многие продукты, которые мы используем в повседневной жизни, зависят от этих систем. Вот три наиболее распространенные электромеханические системы и устройства и то, как они работают.

Электродвигатели — это, по существу, электрические машины, которые преобразуют электрическую энергию (электричество) в механическую энергию (крутящий момент) с помощью системы шестерен и магнитных полей, питаемых от электрической системы.Электрические системы могут получать энергию из ряда различных источников постоянного тока (DC) и переменного тока (AC), включая батареи и выпрямители (источники постоянного тока), а также электрические сети, инверторы и электрические генераторы (источники переменного тока). Обычные продукты, в которых используются электродвигатели, включают вентиляторы, блендеры и электрические стеклоподъемники.

 Конечно, электродвигатели не ограничиваются только бытовым применением. Электродвигатели неразрывно связаны с некоторыми вещами, которые делают возможной глобализацию.Например, электродвигатели используются для приведения в движение некоторых из крупнейших грузовых судов, доставляющих товары со всего мира для внутреннего потребления. Электродвигатели также используются для сжатия нефти и природного газа, чтобы они могли безопасно перемещаться по многокилометровым трубопроводам, соединяющим скважину и нефтеперерабатывающий завод. энергия, чтобы соответствовать.

Короче говоря, существует много типов и размеров электродвигателей, три основных категории которых работают в диапазоне более низкого напряжения (6-24 вольта).Это:

●    Коллекторные двигатели постоянного тока

●    Бесщеточные двигатели

●    Шаговые двигатели

1.1 Коллекторный двигатель постоянного тока

Коллекторный двигатель постоянного тока представляет собой электродвигатель с внутренней коммутацией, предназначенный для работы от источника питания постоянного тока. Двигатель состоит из нескольких основных частей. Постоянные магниты, также известные как магниты статора, расположены снаружи корпуса двигателя, с одной стороны положительные, с другой отрицательные.К валу двигателя в центре двигателя подключено несколько проволочных (или якорных) обмоток (проволочная обмотка состоит из одного или нескольких витков провода, образующих непрерывную катушку, которая пропускает электрический ток), которые находятся в очередь соединена с металлическими пластинами. Обмотки также соединены с парой металлических пластин, называемых коммутатором. При работе металлические щетки соприкасаются с коллектором; когда к металлическим щеткам прикладывается постоянное напряжение, ток передается на коммутатор, который вызывает изменение магнитного поля вокруг катушек якоря, так что катушки вращаются между постоянными магнитами.Характеристики скорости и крутящего момента коллекторного двигателя могут быть изменены для адаптации к источнику питания. К преимуществам, связанным с щеточными двигателями постоянного тока, относятся относительно низкая стоимость приобретения, простота эксплуатации (просто подключите источник питания постоянного тока) и высокий выходной крутящий момент на низких скоростях, что может быть полезно, когда двигатель находится под нагрузкой при запуске.

Коллекторные двигатели обычно используются для электрических двигателей, кранов, бумагоделательных машин и сталепрокатных заводов, но на самом деле они используются практически везде.Скорее всего, вы даже держите его на ладони прямо сейчас, поскольку, вероятно, в вашем смартфоне есть небольшой щеточный двигатель постоянного тока для создания тактильной обратной связи (вибрации). Поскольку щетки изнашиваются и требуют замены, бесщеточные двигатели постоянного тока, использующие силовые электронные устройства, вытеснили щеточные двигатели из многих приложений.

Сказав это, щеточные электродвигатели постоянного тока должны вызывать некоторую степень почтения, даже если бесщеточные двигатели постоянного тока заменяют их в некоторых приложениях.Коллекторные двигатели постоянного тока были первыми, кто предложил коммерческую жизнеспособность с точки зрения привода механической энергии, поэтому они, несомненно, сыграли значительную роль в формировании мира, который мы знаем сегодня.

1.2 Бесщеточный двигатель постоянного тока

Подобно щеточным двигателям постоянного тока и, как следует из названия, бесщеточные двигатели постоянного тока — это двигатели, работающие от электричества постоянного тока. Он состоит из постоянных магнитов, соединенных с ротором, и неподвижных катушек статора (электромагнитов). Когда ротор вращается, один или несколько датчиков, расположенных рядом с его краем, посылают сигнал в схему управления, которая последовательно включает обмотки статора.Преимущества бесщеточного двигателя по сравнению с щеточными двигателями заключаются в долговечности (щетки, используемые в щеточных двигателях, могут со временем изнашиваться, что, в свою очередь, сокращает общий срок службы двигателя), высокое отношение мощности к весу, высокая скорость и электронное управление. Поскольку бесщеточный двигатель управляется компьютером, он намного точнее. Точность бесколлекторных двигателей также можно повысить, увеличив количество электромагнитов на статоре.

Компьютерное управление также в значительной степени отвечает за превосходную эффективность бесщеточных двигателей; в то время как коллекторные двигатели постоянного тока работают с КПД около 75-80%, бесщеточные двигатели постоянного тока работают ближе к диапазону 85-90%.Бесщеточные двигатели работают тише, и нет возможности опасного искрения, поскольку внутри двигателя нет щеток. Чтобы найти недостаток, связанный с бесщеточными двигателями постоянного тока, можно посмотреть на первоначальные денежные вложения, которые они требуют, но этот недостаток быстро компенсируется долгим сроком службы этого двигателя. Бесщеточные двигатели можно найти в компьютерной периферии (дисковые накопители, принтеры), ручных электроинструментах, робототехнике, используемой в промышленном секторе, и в транспортных средствах, от моделей самолетов до автомобилей.

1.3 Шаговый двигатель

В отличие от бесщеточных двигателей постоянного тока, для шаговых двигателей не требуются датчики. У них есть ротор с постоянными магнитами в центре, который может свободно вращаться внутри фиксированных катушек статора. С помощью схемы драйвера в катушки периодически подается ток, который создает магнитное поле. Отталкивание конца магнита с той же полярностью, что и у катушки, и притяжение другого заставляет магнит вращаться и двигатель работает. На более детальном уровне внутренний магнит разделен на множество секций, напоминающих зубья, которые вы, например, найдете на шестерне, используемой в часах.Внешняя катушка, окружающая магнит, имеет соответствующие «зубцы» и генерирует магнитные импульсы, необходимые для притяжения или отталкивания внутреннего магнита. Это приводит к тому, что колесо может двигаться очень точно. С точки зрения применения, шаговые двигатели можно найти в промышленной робототехнике, где точные движения робота и его способность сохранять неподвижность являются неотъемлемой частью производственного процесса. Шаговые двигатели часто очень энергоэффективны.

Соленоид — это тип электромагнита, который создает контролируемое магнитное поле, когда ток проходит через его провод, чтобы создать линейное движение.Его также можно использовать в качестве индуктора, а не электромагнита, препятствующего изменению электрического тока. Соленоид состоит из катушки проволоки в форме штопора, обернутой вокруг поршня, часто сделанного из железа. Поскольку в соленоидах используются электромагниты, которые можно включать и выключать с помощью компьютерного приложения или отключая ток, они особенно полезны в качестве переключателей или клапанов и обычно используются в таких продуктах, как ключи от машины, дверной звонок и множество автоматизированных промышленных систем. . Существуют различные типы соленоидов, в том числе следующие:

●    Электромеханические соленоиды. Состоят из электромагнитно-индуктивной катушки, намотанной на подвижный стальной или железный стержень, и обычно используются в электронных маркерах для пейнтбола, автоматах для игры в пинбол, матричных принтерах и топливных форсунках.

●    Вращающиеся соленоиды. Они используются для вращения храпового механизма при подаче питания и впервые были применены в 1950-х годах для автоматизации поворотных переключателей мгновенного действия в электромеханических элементах управления.

●    Вращающиеся катушки тисков – это вращательная версия соленоида, которая широко используется в таких устройствах, как дисководы.

●    Пневматические соленоидные катушки — это переключатель для направления воздуха к любому пневматическому устройству, позволяющий относительно небольшому сигналу управлять большим устройством.Это также интерфейс между электронными контроллерами и пневматическими системами.

●    Гидравлические электромагнитные клапаны. Это клапаны, которые контролируют поток гидравлической жидкости и находятся в повседневных предметах домашнего обихода, таких как стиральные машины, для управления потоком и количеством воды в барабане.

●    Соленоиды автомобильного стартера. Это часть автомобильной пусковой системы, которая используется для запуска двигателя путем передачи большого электрического тока от автомобильного аккумулятора и небольшого тока от замка зажигания.

Мехатроника — это междисциплинарная область инженерии, которая сочетает в себе машиностроение, электротехнику и информатику и часто считается объединением наборов навыков, которые необходимы и будут необходимы для продвижения передового автоматизированного производства в будущем. Люди, которые работают на стыке этих дисциплин, могут также обладать обширными знаниями в области робототехники, электроники и телекоммуникаций, которым поручено создавать более простые и интеллектуальные системы.

Типичная мехатронная система улавливает сигналы из окружающей среды, обрабатывает их для генерации выходных сигналов, преобразуя их в силы, движения и действия.Многие продукты, которые раньше были чисто механическими, теперь полагаются на мехатронику для работы, включая различные автомобильные системы, такие как антиблокировочная система тормозов, а также предметы домашнего обихода, такие как цифровые зеркальные камеры. Такие системы представляют собой будущее электромеханической области.

Инженеры-мехатроники занимаются разными вещами: от работы с крупной промышленной робототехникой до создания чувствительных систем управления и разработки прототипов. Широта отраслей, в которых может найти себя инженер-мехатроник, так же разнообразна, как и сами проекты; Квалифицированные инженеры-мехатроники, безусловно, востребованы в производственной сфере, но потребность есть и в авиационной, горнодобывающей, оборонной и транспортной отраслях.

Электромеханические системы повсюду

Электромеханика существует с момента изобретения электричества и со временем становится все более сложной. Хотя электродвигатели по-прежнему будут играть важную роль в будущем, рынок смещается в сторону более мехатронных систем и систем на основе соленоидов. Если вы находите эти системы увлекательными и заинтересованы в том, чтобы присоединиться к миру электромеханики, ознакомьтесь с нашей программой для технических специалистов.

Впервые опубликовано в сентябре 2018 г.

Контроллер мотора – обзор

Комментарии к управлению

Полное изучение контроллеров мотора выходит за рамки этого текста.Было бы упущением не упомянуть о важности для электрика понимания этой части схемы двигателя. Без хороших практических навыков работы по управлению электрик будет плохо подготовлен к работе с двигателями. Это важная тема, которая требует дальнейшего изучения электриком, желающим быть в курсе событий отрасли.

Непрерывный рост сложности схем управления двигателем происходит почти ежедневно. Не так давно числовое управление считалось лучшим средством управления двигателем.В настоящее время мы наблюдаем более широкое использование твердотельных устройств, использующих цифровую логику в этих механизмах управления. Сначала для этих целей были введены дискретные компоненты, такие как транзисторы. Эти отдельные компоненты быстро уступают место интегральным схемам. Интегральная схема может иметь сотни транзисторов с соответствующими компонентами схемы, которые будут использоваться в качестве переключателей. Тем не менее, все эти части содержатся в чипе размером не больше ногтя миниатюры.

В середине 1950-х, когда я учился в Университете Иллинойса, мне посчастливилось послушать Норберта Винера, отца кибернетики.Доктор Винер, умерший в 1964 году, был математиком и логиком. Он сыграл важную роль в разработке высокоскоростного компьютера. Он получил степень бакалавра в Университете Тафтса в возрасте 14 лет. Он получил свою первую докторскую степень в Гарвардском университете в 18 лет.

Доктор Винер выполнил университетские требования для получения докторской степени в нескольких областях. Я не помню точно области или количество, но я думаю, что они включали работы в области математики, электротехники, химии, физики и медицины.

Доктор Винер придумал термин «кибернетика» и использовал его в качестве названия одной из своих книг, опубликованных в 1948 году. выполнять работу.

Большая часть исследований доктора Винера была связана с обратной связью информации от нагрузки к контроллеру для улучшения настройки механизмов. Он предложил объединить изучение коммуникаций и управления в рамках дисциплины кибернетики.

В целом, рабочие в двух областях мало или совсем не знали друг друга. Конечной целью было объединение полностью автоматического завода с компьютером. Робототехника, используемая в производстве, является результатом исследований доктора Винера.

В компьютерах 1940-х, а также в начале и середине 50-х в основном использовались электронные лампы. (Транзистор был изобретен в 1947 году.) Они были большими, громоздкими и потребляли значительную электрическую мощность. Темой доктора Винера в тот день, когда я услышал его выступление, был биологический компьютер.Доктор Винер отметил, что система внутреннего контроля и связи в человеческом существе подобна тому, что мы очень примитивно пытаемся сделать с машинами. Например, большинство людей могут поднять яйцо, не разбив его. Для машины, выполняющей ту же функцию, тот же процесс становится очень сложным.

Доктор Винер предположил, что если бы человеческий мозг можно было сохранить биологически живым после смерти человека, его можно было бы использовать в качестве биологического компьютера, который мог бы хранить информацию, анализировать ее и посылать управляющие сигналы механическим устройствам для произвести желаемые изменения.

Это то, что обычно делает человек-оператор любой машины. Человеческий мозг, используемый в качестве блока управления компьютером, будет намного меньше и мощнее любого компьютера, существовавшего в то время или возможного в обозримом будущем.

После вступительного слова доктора Винера я должен признать, что очень мало понял из того, что он хотел сказать. Он пытался объяснить нам свою математическую систему вероятности, которая могла бы предсказать сигнал, выходящий из человеческого мозга, когда ему давали один входной импульс постоянного тока.В конце своей лекции доктор Винер спросил: «Господа, знаете ли вы, какова вероятность предсказания вывода человеческого мозга для одного простого ввода?» Далее он ответил на свой вопрос: «Господа, это факториал 16 (16 × 15 × 14… × 1), возведенный в степень 23. Джентльмены, я предсказываю, что нет такого чертового числа.

Биологический компьютер может стать реальностью, а может и не стать. Но электронный компьютер стал реальностью, и его применение и распространенность продолжают расти и во многих отношениях влиять на нашу повседневную жизнь.Скорость и эффективность компьютеров, а также их способность решать очень сложные задачи растут с каждым днем. В некоторых операциях компьютеры уже работают лучше, чем человеческий мозг. Они могут хранить гораздо больше информации и лучше извлекать эту информацию. Что еще более важно, их результаты предсказуемы.

Большой прорыв в компьютерных технологиях сегодня — это программы искусственного интеллекта человека, которые эмулируют человеческий мозг. Вы когда-нибудь играли в шашки или шахматы против компьютера?

Твердотельные программируемые контроллеры являются хорошим примером того, как сегодня промышленность использует кибернетику.Эти устройства представляют собой компьютеры, которые легко работают с двигателями, которые защищены или управляются несколькими пилотными устройствами. Эти устройства заменяют функции переключения ручного и магнитного управления полупроводниковыми устройствами и включают в себя мощь компьютерной логики для обеспечения правильной работы двигателя в нужное время. По мере увеличения сложности этих современных схем уровень знаний и понимания электрика также должен соответствовать уровню, чтобы устанавливать, обслуживать, ремонтировать и заменять двигатели, используемые с помощью программаторов с компьютерным управлением.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.