Какое напряжение вольт приводит в движение электродвигатели вентиляторов охлаждения
Перейти к содержимому

Какое напряжение вольт приводит в движение электродвигатели вентиляторов охлаждения

  • автор:

Принцип действия двигателя вентильного типа

Вентильный двигатель

Работа прецизионных систем требует серьёзного контроля. Для выполнения контролирующих функций в таких системах принято использовать вентильный двигатель (ВД), позволяющий повысить вычислительные возможности микроэлектронного оборудования. Он же улучшает свойства электродвигателей постоянного тока, обеспечивая высокую плотность длительного момента.

Конструктивные особенности

Этот тип электромотора имеет стандартную конструкцию. Она состоит из ротора, роль которого выполняет магнитный диск, статоров и подшипников. Все детали заключены в прочный корпус. Статор ВД аналогичен тому, что используется в асинхронных приборах. Основным его элементом выступает стальной сердечник, по периметру которого располагается обмотка из меди. От количества обмоток зависит, к какому типу будет относиться вентильный электродвигатель (однофазному, двухфазному, трёхфазному).

В зависимости от того, как витки обмотки располагаются в статоре, форма его электродвижущей силы может быть:

  1. Трапецеидальной (BLDC).
  2. Синусоидальной (PMSM).

Форма обмотки оказывает прямое влияние на способ питания двигателей. Изменение электрического тока также может происходить синусоидально либо трапецеидально.

Конструктивные особенности вентильного двигателя

Ротор представляет собой несколько магнитов с постоянным полем. Ранее для его производства применялись магниты из феррита. Но уровень их магнитной индукции достаточно мал, поэтому они были заменены на изделия из сплавов редкоземельных элементов, позволяющих достичь необходимого уровня индукции и одновременно сделать ротор более компактным.

Неотъемлемой частью любого вентильного двигателя является датчик положения ротора. В основе его работы может быть заложен:

  1. фотоэлектрический принцип;
  2. индуктивный принцип;
  3. эффект Холла и другие явления.

Фотоэлектрический датчик положения

Фотоэлектрический датчик положения состоит из трёх стационарных фотоприемников, которые поочерёдно закрываются вращающейся шторкой. Её движение синхронно движению ротора. Благодаря двоичному коду, поступающему с датчика, ротор может фиксироваться в шести разных положениях. Преобразуясь в комбинацию управляющих напряжений, сигналы регулируют силовые ключи по особой схеме. Каждая фаза работы электродвигателя задействует два ключа, а подключёнными к сети являются две из трёх обмоток.

Датчик положения фотоэлектрического типа относится к категории самых распространённых, поскольку является практически безынерционным. Также он позволяет исключить запаздывание в канале обратной связи.

Принцип действия

В зависимости от особенностей конструкции и технических характеристик выделяют асинхронный, синхронный и индуктивный вентильный двигатель. Принцип работы каждого из них основывается на индуцировании непостоянных магнитных полюсов на роторе. При подаче напряжения начинается его вращение в соответствии с полюсами статора, вследствие чего сопротивление магнитного поля сводится к минимуму.

Асинхронный двигатель

Сведения о состоянии ротора используются в качестве инструмента управления фазой подачи напряжения. Наложение сигналов на угловую ненасыщенную фазу индуктивности осуществляется таким образом, что её максимальное значение совпадает с минимальным сопротивлением полюса.

Чтобы высокие вольт-секунды не оказывали негативного действия на работающую электронику, следует предусмотреть ограничение фазного тока на невысоких скоростях двигателя. Роль ограничителей в этом случае выполняют датчики. При высоких скоростях необходимость в ограничении тока отпадает.

Выровненный угол управляющего напряжения одиночного импульса позволяет оптимизировать производительность оборудования. Процесс её преобразования наглядно демонстрируется в виде траектории реактивной энергии. Преобразованное в механическую энергию питание отвечает за мощностную область. Отключение электроэнергии приводит к тому, что избыточная либо остаточная энергия переходит к статору. Влияние магнитного поля на работающий вентильный электродвигатель является минимальным. Это отличает ВД от других аналогичных устройств.

Преимущества и недостатки

Электродвигатели такого типа нашли широкое применение в производственной и промышленной сфере. Это обуславливается следующими достоинствами ВД:

Преимущества и недостатки электродвигателей

  1. широким интервалом для модифицирования частоты вращения;
  2. максимально точным позиционированием;
  3. быстродействием и высокой динамикой;
  4. экономически выгодным техобслуживанием;
  5. достаточной защищенностью от взрывов;
  6. устойчивостью к большим нагрузкам при вращении;
  7. мягким переключением скоростей;
  8. хорошим КПД, превышающим 90%;
  9. большим рабочим ресурсом и сроком службы.

При длительной работе вентильного двигателя не происходит опасного перегрева основных элементов, что делает процесс его эксплуатации более эффективным и безопасным.

Эта разновидность электродвигателя обладает определёнными недостатками. Они выражаются в сложной системе управления и высоком уровне шума в процессе работы. Также к очевидным минусам следует отнести высокую цену, обусловленную применением дорогостоящих постоянных магнитов, используемых при изготовлении ротора.

Количество фаз

Вентильный электродвигатель, как и другие виды устройств, может функционировать от постоянного и переменного тока. Встречаются двигатели, рассчитанные на разное число фаз.

Однофазный двигатель

Однофазный относится к категории самых простых, имеющих минимальное количество связей с электроникой. Характеризуется наличием пульсаций, высоким крутящим моментом. Однофазный прибор не может запускаться на всех угловых позициях, используется в установках, где важна высокая скорость.

Двухфазный мотор активирует воздушный зазор, а при дополнительном настраивании в полюсах ротора создаётся асимметрия. Имеет высокий крутящий момент, который может спровоцировать негативные последствия во время эксплуатации.

Трехфазное устройство показывает эффективность при запуске и создании крутящего момента без задействования большого числа фаз. При наличии чётного количества полюсов оптимально подходит для техники, в которой важную роль играет высокая мощность при небольшой скорости работы (к примеру, для насосов). В процессе работы создаётся высокий крутящий момент и большой уровень шума.

Трехфазное устройство

Четырехфазный двигатель лишён недостатков из-за завышенного крутящего момента и наличия пульсаций. Однако характерная для него высокая мощность и стоимость не позволяет широко использовать такой мотор в различном оборудовании.

Электродвигатель – классификация и принцип работы двигателя электромобиля

Электродвигатель в современном мире сам по себе давно не является чем-то новым. Однако сейчас этот агрегат стал весьма популярным. И в первую очередь благодаря активному развитию электромобилей. Все чаще возникают дискуссии на тему преимуществ и недостатков электродвигателей, стоит брать или нет электрокар и т.п. В данной статье будут рассмотрены особенности электродвигателей, их разновидности, достоинства и недостатки, а также перспективы дальнейшего распространения.

Особенности конструкции и принцип работы электродвигателя

В основе действия любого электродвигателя заложен принцип электромагнитной индукции. Основное назначение электродвигателя заключается в превращении электрической энергии в механическую. Такое преобразование осуществляется посредством взаимодействия двух главных частей электромотора – статора (неподвижной части) и ротора (подвижная часть). После подачи питания образующееся в статоре магнитное поле оказывает воздействие на ротор, в результате чего последний начинает вращаться, откуда и создается крутящий момент.

Разновидности и классификация

Существует достаточно много различных электродвигателей, отличающихся по конструкции, принципу действия, характеристикам. Все их можно классифицировать следующим образом.

Двигатель постоянного тока (ДПТ):

  • коллекторный (наличие щеточно-коллекторного узла):
    • с постоянными магнитами;
    • с последовательным возбуждением (последовательная обмотка статора);
    • с параллельным возбуждением (обмотка статора и якоря соединяется параллельно);
    • с независимым возбуждением (обмотка статора питается из независимого источника тока);
    • со смешанным возбуждением (используется параллельное и смешанное подключение).

    Двигатель переменного тока:

    • синхронный (ротор и статор вращаются синхронно);
    • асинхронный (ротор и статор вращаются асинхронно):
      • однофазный;
      • двухфазный;
      • трехфазный;
      • многофазный

      Двигатель постоянного тока для электромобиля – первый и самый бюджетный вариант электродвигателя. При этом, как правило, используется бесколлекторный двигатель для электромобиля. Более современные и дорогостоящие – асинхронные двигатели.

      Дополнительная информация. Использовать асинхронный двигатель для электромобиля – одно из ключевых решений инженеров Tesla. В результате мощный двигатель электромобиля Тесла стал залогом динамичности этих электрокаров, что, во многом, и обеспечило выбор потребителей.

      Особенности синхронных и асинхронных двигателей

      Синхронные двигатели характеризуются следующими особенностями.

      • постоянная скорость вращения;
      • высокий КПД;
      • небольшая реактивная составляющая;
      • возможность работать с перегрузкой.
      • высокая цена;
      • сложная конструкция;
      • сложная система запуска;
      • потребность в наличии источника постоянного напряжения;
      • сложность регулировки.

      Асинхронные двигатели характеризуются следующими моментами.

      • простая схема пуска (непосредственно к электросети);
      • допустимость перегрузок (но кратковременных);
      • возможность получать высокую мощность двигателя;
      • несложная конструкция;
      • достаточно простое техническое обслуживание;
      • невысокая стоимость.
      • ограничение предельной скорости вращения (не может превышать 3000 об/мин);
      • высокие пусковые токи;
      • сложность регулировки частоты вращения.

      Классификация электромобилей по типу использования электродвигателя

      Гибриды (Hybrids Electric Vehicle или HEV) – это первые шаги в построении электромобиля. Такую машину сложно назвать электрокаром в полном смысле этого слова, поскольку ДВС (бензиновый или дизельный движок) в них по-прежнему выступал в качестве основного агрегата. Тогда как электродвигатель играл второстепенную роль и заряжался от энергии ДВС. Соответственно и запас хода такого электродвигателя был совсем небольшой. Хотя на поздние модели гибридов устанавливалась уже более емкая батарея, продажа таких машин не отличалась большим спросом. Причиной являлась сложная и достаточно дорогая в обслуживании система.

      Плагин-гибриды (Plug-in Hybrid Electric Vehicle или PHEV) также имели одновременно ДВС и электромотор, однако в них уже предусматривалась возможность заряжать батарею от обычной бытовой розетки. Благодаря увеличенной мощности батареи, запас хода плагин-гибрида на электродвигателе мог достигать 80 км.

      «Гибрид наоборот» (Range-Extended Electric Vehicle или REEV) – электрокар, в котором также используется два двигателя, однако электрическая установка является главной, а ДВС – второстепенным. В таких машинах ДВС используется только для выработки энергии для электродвигателя. Такая конструкция, с одной стороны, экономит топливо при использовании электродвигателя, а с другой легко решает проблему ограниченности пробега, поскольку АЗС можно найти практически везде.

      Классический электромобиль (Battery Electric Vehicle или BEV) – авто, которое передвигается исключительно за счет энергии, вырабатываемой электрической силовой установкой. Экологически (или почти экологически) чистый транспорт, который в настоящее время набирает свою популярность. Зарядка электродвигателя возможна на специализированных электрозаправках, от бытовой розетки или мобильных станций.

      Электромобиль на топливных элементах (Fuel Cell Electric Vehicle или FCEV). Как видно из названия, источником энергии для электродвигателя здесь выступает не батарея, а топливный элемент (сжатый водород).

      Двигатель-колесо

      Двигатель-колесо или по-другому мотор-колесо – комплексная система, которая состоит из следующих агрегатов: колесо, электродвигатель, силовая передача. Также может дополнительно использоваться тормозная система. Впервые концепция такого устройства появилась еще в 1884 году. Такая система получает питание от аккумулятора (на гибридах – от ДВС). При этом электрический двигатель имеет два режима работы – тяговый (приведение колеса в движение) и генераторный (фактически является системой рекуперации, при которой энергия торможения применяется для зарядки аккумуляторной батареи).

      Такая система достаточно часто используется на электровелосипедах, гироскутерах, электросамокатах и т.п. В последнее время на нее обратили внимание и в автомобилестроении, благодаря следующим его преимуществам:

      • отсутствие большого количества оборудования;
      • отличная динамика;
      • упрощение системы рекуперации;
      • возможность использовать как в двигателях с ДВС, так и в электрокарах.

      Преимущества и недостатки электродвигателей

      К числу преимуществ электродвигателей относятся следующие:

      • высокий КПД (примерно 90-95%);
      • отсутствие потерь на трение трансмиссии;
      • максимальный крутящий момент сразу при запуске;
      • низкие эксплуатационные затраты;
      • экологичность;
      • простота конструкции;
      • возможность торможения двигателем;
      • отсутствие коробки передач;
      • низкий уровень шума.

      К числу недостатков таких двигателей относятся:

      • ограниченная по времени работа в автономном режиме;
      • необходимость наличия источника питания (аккумуляторы, зарядные станции);
      • длительное время зарядки.

      Обратите внимание. Именно указанные проблемы пока что сдерживают широкое распространение электромобилей. И если вопрос со временем зарядки уже частично решен (появились станции, поддерживающие стандарт быстрой зарядки), то проблема с ограниченным ресурсом пробега на одной зарядке остается актуальной.

      Перспективы развития электродвигателей

      Рассуждая о перспективах электродвигателей, стоит отметить тот факт, что сегодня очень много устройств, как бытовых, так и промышленных, имеют электродвигатель. Появление электромобилей дало новый толчок развитию электродвигателя.

      Важно. Сейчас постоянно проводятся исследования, целью которых является сделать двигатель на электромобиль лучше: повысить мощностные и эксплуатационные характеристики, улучшить КПД, продлить срок службы, оптимизировать устройство двигателя электромобиля. Популярное и крайне важное дело – улучшение экологической ситуации в мире – также будет способствовать тому, что двигатель для электромобиля будет развиваться и дальше, ведь он намного экологичнее, чем автомобиль с ДВС.

      Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что электродвигатель, был, есть и будет. По крайней мере до тех пор, пока не изобретут какой-либо совершено новый тип двигателя.

      26.02.2021 16:54

      • КУПИТЬ ЗАРЯДНУЮ
        СТАНЦИЮ
      • СТАТЬ КЛИЕНТОМ
        ТОКА
      • ТАРИФЫ В СЕТИ
        ТОКА
      • КАРТА ЗАРЯДНЫХ
        СТАНЦИЙ
      • МОБИЛЬНОЕ
        ПРИЛОЖЕНИЕ

      Электродвигатели: типы, параметры, устройство и принцип работы

      Электрическим двигателем называют машину, благодаря работе которой электроэнергия преобразуется в механическую, используемую, чтобы приводить в движение механизмы. Электрический двигатель – главный элемент электропривода, который управляет процессом преобразования энергии. Особенности его работы изучает электромеханика, одним из основоположников которой стал Майкл Фарадей, создавший первую модель электродвигателя.

      Электропривод может работать в нескольких режимах. В некоторых из них происходит процесс обратного преобразования, электропривод в этом случае выполняет функции генератора. Двигатель может создавать движения нескольких видов – например, вращающиеся, линейные другие. Чаще всего, когда говорят об электродвигателе, имеют в виду вращающее устройство, поскольку оно получило наибольшее распространение.

      Конструкция двигателя и принцип работы

      Основные элементы конструкции устройства – это ротор (элемент, который вращается) и статор (неподвижная часть). Ротор, как правило, находится внутри статора, однако встречает и иная конструкция. Такие электродвигатели, у которых ротор находится снаружи конструкции, называют обращенными.

      Устройства работают по следующему алгоритму:

      1. В соответствии с законом Ампера, сила действует на проводник с электрическим током в магнитном поле.
      2. В согнутом состоянии, когда проводник принимает форму рамки и находится в магнитном поле, обе его стороны принимают прямой угол по отношению к этому полю и испытывают силы, направленные противоположно.
      3. Эти силы образуют крутящий момент, который вращает рамку.
      4. На якоре, где образуется электродвижущая сила, есть несколько витков, необходимых для обеспечения большего постоянного момента.
      5. Магнитное поле создается не только магнитами, но и электромагнитами – намотанными на сердечник проводами. Ток, который протекает в рамки, усиливает движение тока в эти провода, благодаря чему и создается магнитное поле.

      Типы электродвигателей

      Классификация электродвигателей довольно разнообразна, две основные группы – коллекторные и бесколлекторные устройства.

      Коллекторные двигатели (с механической коммутацией)

      Конструкция устройства предполагает, что есть как минимум одна обмотка, которая подсоединена к коллектору. Этот элемент используется для переключения обмоток, а также выполняет функции датчика, который определяет положение ротора, являющегося якорем. Коллекторные двигатели могут быть:

      • Универсальные – они работают как на переменном токе, так и на постоянном. Особенно часто подобные устройства используются в бытовых приборах, а также в инструменте, предназначенном для ручного использования. Модели отличаются легкостью, простотой в управлении, компактными размерами, поэтому получили широкое распространение.
      • Устройства постоянного тока, работа которых основана на преобразовании его электрической энергию в механическую. Они отличаются быстродействием, простотой управления, высоким пусковым моментом, возможностью плавной регулировки частоты вращения. Однако коллектор достаточно быстро изнашивается, поэтому агрегаты отличаются ограниченным сроком службы. Кроме того, его коллекторно-щеточные элементы нуждаются в регулярном обслуживании.

      В целом коллекторные двигатели отличаются довольно простым устройством и невысокой стоимостью, поэтому они широко используются как в промышленных агрегатах, так и в бытовых. Их скорость можно регулировать в широких пределах, а для крутящего момента характерны хорошие показатели даже на малых оборотах.

      Бесколлекторные модели

      Обмотки бесколлекторных двигателей располагаются на статоре. Типы таких устройств:

      • Асинхронные модели очень распространены в промышленности. Они отличаются надежностью, долгим сроком службы, простотой обслуживания и низкой себестоимостью. Недостаток конструкций – сложная процедура регулирования частоты вращения.
      • Синхронные модели используются там, где требуется точно управлять скоростью вращения, а также в случаях, когда важным становятся максимальные КПД и мощность.

      Поскольку из конструкции двигателя исключен коллектор, она отличается большей простотой, по сравнению с коллекторными моделями. Другие достоинства – высокий КПД, хорошее охлаждение, а также возможность работы в воде, при условии использования специальных водоотталкивающих смазок.

      Специальные модели

      Серводвигателем называют устройство, которое позволяет фиксировать рабочий орган в требуемых положениях и перемещать его в соответствии с заданными параметрами. Серводвигатели не выделяют в отдельную группу, поскольку в этом качестве используются устройства как постоянного, так и переменного тока, в которых установлен датчик положения ротора. Чтобы привести устройство в действие и управлять им, необходима особая система управления, которая обычно создается специально для сервопривода.

      Дополнительные категории

      В каждой из перечисленных категорий выделяют дополнительные подкатегории.

      • Коллекторные модели могут быть универсальными либо репульсионными. Этот термин означает двигатель переменного тока, между ротором и статором которого есть трансформаторная связь. Частоту вращений такого электродвигателя можно регулировать в широких пределах.
      • Двигатели постоянного тока могут различаться типом включения обмотки. Он может быть независимым, параллельным, комбинированным.
      • Асинхронные двигатели бывают одно-, двух- или трехфазными.

      Каждая из перечисленных моделей используется для выполнения конкретных задач и для разных типов устройств. Информация о возможностях двигателя, его типе указана в маркировке каждого агрегата.

      Параметры работы электродвигателя

      Надежность электродвигателя и экономичность его работы зависят от правильного подбора его параметров. При оценке устройства определяющими становятся следующие критерии:

      • вращающий момент;
      • мощность;
      • частота вращения;
      • КПД;
      • напряжение;
      • момент инерции ротора.

      Дадим подробную характеристику каждому из этих критериев.

      Вращающий момент

      Термином называют физическую величину, измеряемую в Ньютонах на метр, которая является произведением силы на плечо силы. Для ее расчета радиус вектор, направленный от точки приложения силы к оси вращения, умножается на вектор силы. Формула выглядит следующим образом: M = Fr.

      Мощность

      Мощность демонстрирует, какую работу двигатель совершает за определенную единицу времени. С точки зрения электротехники мощность рассматривается как полезная механическая мощность на электровалу.

      КПД

      Характеристика демонстрирует, насколько эффективна система преобразования электроэнергии в механическую. Коэффициент (η) рассчитывается как соотношение между полезной энергией (P2) и потраченной (P1): η = P2 ÷ P1.

      Эффективность работы электродвигателя может снижаться по следующим причинам:

      • Проводники с током нагреваются, происходит потеря тепла – в этом случае говорят об электрических потерях.
      • Излишнее намагничивание сердечника вызывает появление гистерезиса (ответной реакции системы) и вихревых токов.
      • Дополнительные потери, обусловленные зубчатой формулой статора и ротора, в результате чего появляются гармоники магнитного поля.

      КПД определяется типом устройства, а диапазон его вариаций – от 10% до 99%. Этот показатель является одним из определяющих для расчета мощности двигателя.

      Частота вращения

      Параметр определяется как число оборотов, которое совершает двигатель за минуту. Частота вращения используется для расчета мощности двигателя насоса, однако показатель меняется, в зависимости от того, происходят измерения под нагрузкой либо на холостом ходу. Параметр рассчитывается по формуле: n = 30 × ω ÷ pi.

      Момент инерции

      Критерий демонстрирует степень инертности при движении вокруг своей оси. Основная характеристика представляет собой сумму произведений квадрата расстояния от материальных точек до оси на их массы. Момент инерции рассчитывается формулой J = ∑ r2 × dm, в которой m обозначает массу объекта.

      Момент инерции взаимосвязан с моментом силы. Это соотношение выражается следующей формулой: M — J × ε, в которой epsilon – это угловое ускорение, рассчитываемое по формуле dω ÷ dt.

      Расчетное (номинальное) напряжение

      Термином называют базовое напряжение, под которое спроектирована электрическая сеть. Под номинальным напряжением понимается расчетные величины, спроектированные разработчиком и рассчитанные на работу оборудования в нормальном режиме. Перечень возможных вариантов перечислен в ГОСТ, характеристика всегда указывается в описании механизмов.

      Электрическая константа времени

      Время, необходимое после подачи на двигатель напряжения, за которое ток может достигнуть 63% от своего максимального финального значения. Значения рассчитываются по формуле te = L ÷ R.

      Сравнение параметров внешне коммутируемых двигателей

      Рассматривая использование электродвигателей как тяговых компонентов транспортных средств, можно сделать вывод, что в автомобилестроении наиболее целесообразно применение синхронного реактивного электрического двигателя, оснащенного постоянными магнитами. Его применение позволяет достичь высокой мощности и КПД в широком диапазоне. Сравнение проводилось по следующим параметрам:

      • Способность сохранять постоянную мощность во всем скоростном диапазоне.
      • Момент к току статора.
      • КПД во всем диапазоне.
      • Вес.

      Применение электродвигателей

      Электрические двигатели считаются крупнейшими потребителями энергии. Около 45% энергии, потребляемой во всем мире, приходится именно на них. Устройства используются во всех отраслях промышленности, а также нашли широкое применение в быту. Чаще всего двигатели применяются в следующих сферах:

      • В промышленности на их основе работают вентиляторы и насосы разной мощности. Без электрических двигателей невозможна работа компрессоров, конвейеров. Кроме того, они используются в качестве движущей силы для других промышленных устройств и оборудования.
      • Строительство. Электродвигатели обеспечивают нормальную работу системы отопления, бесперебойную и безопасную работу лифтов. Устройства применяются для оборудования вентиляционных систем, насосов и конвейеров, систем кондиционирования.
      • Потребительские товары. С работой электрических двигателей сталкивается каждый потребитель, поскольку они обеспечивают доступность многих благ цивилизации. Например, работа электродвигателя лежит в основе функций, которые выполняют холодильники и бытовые кондиционеры, миксеры, стиральные машины. Без этих агрегатов невозможна работа ноутбуков, поскольку благодаря им обеспечивается система охлаждения.

      В таблице приведены основные технологии и устройства, работа которых невозможна без применения электрических двигателей.

      Применяются при организации водоотведения, водоснабжения в жилых, промышленных, коммерческих и других зданиях.

      Используются в системах перекачки воды, при организации полива в сельском хозяйстве.

      Насосы используются для перекачивания нефтепродуктов как в местах добычи, так и на нефтеперегонных предприятиях.

      Необходимы для обустройства канализации – централизованный и некоторых типов автономной.

      Электромоторы устанавливаются как в бытовые вентиляторы, так и в промышленные системы приточно-вытяжной вентиляции.

      Используются в холодильных, морозильных установках на предприятиях, занимающихся производством и хранением продуктов питания.

      Устанавливаются в пневматических системах и в устройствах, предназначенных для распределения сжатого воздуха.

      Применяются в системах перекачки газа, его сжижения.

      Используются на прокатных станах, для обработки металлов и камней.

      Широко применяются в текстильной промышленности – как для производства тканей, так и для их обработки, сушки, стирки.

      Необходимы не производствах, технологические процессы которых предполагают взбалтывание и смешивание – например, на пищевых или на лакокрасочных предприятиях.

      Используются в прессовом оборудовании, без которого невозможно производство пластиков или алюминия.

      Электродвигатели широко используются во всех типах подъемных механизмов – таких как грузовые и пассажирские лифты, эскалаторы.

      На основе двигателей работают необходимые практически на каждом производстве лебедки и конвейеры.

      Устройства используются во всех транспортных средствах – в общественном транспорте (автобусах, троллейбусах, трамваях), в личном автотранспорте, а также железнодорожном.

      Перемещения под углом

      Двигатели применяются в конструкции вентилей, предполагающих открывание и закрывание, а также для установки положения.

      Производители

      Перечислим некоторые ведущие российские и зарубежные предприятия, которые занимаются производством разных типов электродвигателей. Ведущие российские производители:

      • Армавирский электротехнический завод – одно из старейших предприятий, которое занимается выпуском электродвигателей с середины 20 века, постоянно усовершенствуя конструкции.
      • Владимирский электромоторный завод, являющийся частью крупного холдинга «Русэлпром», который объединяет несколько крупных российских предприятий, работающих над производством электротехнической продукции. В состав концерна входят также предприятия Санкт-Петербурга, Смоленской области.

      Кроме того, на рынке широко востребована продукция зарубежных производителей, таких как General Electric, Emerson Electric и других.

      Продукция от ведущих производителей, выпускающих конструкции всех типов, представлена в интернет-магазине «Мир привода». Мы предлагаем только качественные современные агрегаты, отличающиеся простотой и удобством использования, высокой эффективностью. В нашем каталоге можно подобрать устройства для решения любых задач, связанных с бесперебойной работой электрических двигателей.

      • ГОСТ 27471-87 Машины электрические вращающиеся. Термины и определения.
      • И.В.Савельев. Курс общей физики, том I. Механика, колебания и волны, молекулярная физика.-М.:Наука, 1970.
      • ГОСТ 29322-92 (МЭК 38-83) Стандартные напряжения.
      • ГОСТ 16264.0-85 Электродвигатели малой мощности
      • А.И.Вольдек, В.В.Попов. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов.- СПб.: Питер, 2007.
      • Paul Waide, Conrad U. Brunner. Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems. International Energy Agency Working Paper, Energy Efficiency Series.: Paris, 2011.
      • Dr. J. Merwerth. The hybrid-synchronous machine of the new BMW i3 & i8 challenges with electric traction drives for vehicles. BMW Group, Workshop University Lund: Lund, 2014.

      Электродвигатели

      Электрический двигатель, сокращенно электродвигатель — электрическая машина, с помощью которой электрическая энергия преобразуется в механическую, для приведения в движение различных механизмов. Электродвигатель является основным элементом электропривода.

      В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

      По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

      Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

      Конструкция электродвигателя

      Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

      Стандартная конструкция вращающегося электродвигателя

      Стандартная конструкция вращающегося электродвигателя

      У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

      Принцип работы электродвигателя

      Принцип работы двигателя

      1. Согласно закону Ампера на проводник с током I в магнитном поле будет действовать сила F.

      2. Если проводник с током I согнуть в рамку и поместить в магнитное поле, то две стороны рамки, находящиеся под прямым углом к магнитному полю, будут испытывать противоположно направленные силы F

      Принцип работы электродвигателя

      Принцип действия электродвигателя

      3. Силы, действующие на рамку, создают крутящий момент или момент силы, вращающий ее.

      4. Производимые электродвигатели имеют несколько витков на якоре, чтобы обеспечить больший постоянный момент.

      Принцип работы двигателя

      5. Магнитное поле может создаваться как магнитами, так и электромагнитами. Электромагнит обычно представляет из себя провод намотанный на сердечник. Таким образом, по закону электромагнитной индукции ток протекающий в рамки будет индуцировать ток в обмотки электромагнита, который в свою очередь будет создавать магнитное поле.

        Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
      • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
      • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
      • Принцип работы синхронного электродвигателя

      Классификация электродвигателей

      • Универсальный
      • Репульсионный
      • КДПТ с обмоткой возбуждения
          Включение обмотки
        • Независимое
        • Последовательное возбуждения
        • Параллельное
        • Комбинированное
        • БДПТ
          (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
        • ВРД
          (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
        • Трехфазный
          (многофазный)
          • АДКР
          • АДФР
          • с пусковой обмоткой
          • с экранированными полюсами
          • с асимметричным магнитопроводом
          • СДОВ
            (с контактными кольцами и щетками) —>
          • СДПМ 5 —>
            • СДПМВ
            • СДПМП
            • Гибридный

            Примечание:

            1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
            2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
            3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
            4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
            5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.

            Аббревиатура:

            • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
            • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
            • ЭП — электрический преобразователь
            • ДПР — датчик положения ротора
            • ВРД — вентильный реактивный двигатель
            • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
            • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
            • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
            • СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
            • СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
            • СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
            • СРД — синхронный реактивный двигатель
            • ПМ — постоянные магниты
            • ЧП — частотный преобразователь

            Типы электродвигателей

            Коллекторные электродвигатели

            Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

            Универсальный электродвигатель

            Универсальный электродвигатель

            Может работать на переменном и постоянном токе. Широко используется в ручном электроинструменте и в некоторых бытовых приборах (в пылесосах, стиральных машинах и др.). В США и Европе использовался как тяговый электродвигатель. Получил большое распространение благодаря небольшим размерам, относительно низкой цены и легкости управления.

            Коллекторный электродвигатель постоянного тока

            Коллекторный электродвигатель постоянного тока

            Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую. Преимуществами электродвигателя постоянного тока являются: высокий пусковой момент, быстродействие, возможность плавного управления частотой вращения, простота устройства и управления. Недостатком двигателя является необходимость обслуживания коллекторно-щеточных узлов и ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

            Бесколлекторные электродвигатели

            У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

            Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

            Асинхронный электродвигатель

            Наиболее распространенный электродвигатель в промышленности. Достоинствами электродвигателя являются: простота конструкции, надежность, низкая себестоимость, высокий срок службы, высокий пусковой момент и перегрузочная способность. Недостатком асинхронного электродвигателя является сложность регулирования частоты вращения.

            Cинхронный электродвигатель

            Синхронные двигатели обычно используются в задачах, где требуется точное управление скоростью вращения, либо где требуется максимальное значение таких параметров как мощность/объем, КПД и др.

            • С обмоткой возбуждения
            • С постоянными магнитами
            • Реактивный
            • Гистерезисный
            • Реактивно-гистерезисный
            • Шаговый

            Специальные электродвигатели

            Серводвигатель

            Серводвигатели не являются отдельным классом двигателей. В качестве серводвигателя могут использоваться электродвигатели постоянного и переменного тока с датчиком положения ротора. Серводвигатель используется в составе сервомеханизма для точного управления угловым положением, скоростью и ускорением исполнительного механизма. Для работы серводвигатель требует относительно сложную систему управления, которая обычно разрабатывается специально для сервопривода.

            Основные параметры электродвигателя

            • Момент электродвигателя
            • Мощность электродвигателя
            • Коэффициент полезного действия
            • Номинальная частота вращения
            • Момент инерции ротора
            • Номинальное напряжение
            • Электрическая постоянная времени
            • Механическая характеристика

            Момент электродвигателя

            Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

            ,

            • где M – вращающий момент, Нм,
            • F – сила, Н,
            • r – радиус-вектор, м

            Справка: Номинальный вращающий момент Мном, Нм, определяют по формуле

            ,

            • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
            • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

            Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

            Справка: В английской системе мер сила измеряется в унция-сила (oz, ozf, ounce-force) или фунт-сила (lb, lbf, pound-force)

            1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
            1 lb = 4,448222 N (Н)

            момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

            1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
            1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

            Мощность электродвигателя

            Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

            Механическая мощность

            Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

            ,

            • где P – мощность, Вт,
            • A – работа, Дж,
            • t — время, с

            Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

            ,

            • где s – расстояние, м

            Для вращательного движения

            ,

            • где – угол, рад,

            ,

            • где – углавая скорость, рад/с,

            Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

            Справка: Номинальное значение — значение параметра электротехнического изделия (устройства), указанное изготовителем, при котором оно должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

            Коэффициент полезного действия электродвигателя

            Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

            ,

            • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
            • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
            • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
              При этом потери в электродвигатели обусловлены:
            • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
            • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
            • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
            • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

            КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

            Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

            IEC 60034-31

            Частота вращения

            • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

            Момент инерции ротора

            Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

            ,

            • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
            • m — масса, кг

            Справка: В английской системе мер момент инерции измеряется в унция-сила-дюйм (oz∙in∙s 2 )

            1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

            Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

            ,

            • где – угловое ускорение, с -2 [2]

            ,

            Справка: Определение момента инерции вращающейся части электродвигателя описано в ГОСТ 11828-86

            Номинальное напряжение

            Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

            Электрическая постоянная времени

            Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

            ,

            • где – постоянная времени, с

            Механическая характеристика

            Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

            Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

            Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

            Сравнение механических характеристик электродвигателей разных типов

            Сравнение механических характеристик электродвигателей разных типов при ограниченном токе статора

            Зависимость мощности от скорости вращения вала для двигателей разных типов

            Зависимость мощности от скорости вращения вала для двигателей разных типов при ограниченном токе статора

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *