Электродвигатели — их назначение и области применения
Электродвигатель является специальной машиной, которая электрическую энергию преобразует в механическую. Учитывая род тока электроустановки, в которой работает электрическая машина, используются основные типы электродвигателей — постоянного и переменного тока.
Электромоторы переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. Асинхронные, в свою очередь, делятся на общепромышленные, взрывозащищенные и крановые.
Электромашины переменного тока бывают однофазными и трехфазными. На современном этапе довольно широкое применение находят трехфазные синхронные и асинхронные электромоторы.
Сегодня асинхронные электромоторы являются наиболее востребованными электрическими двигателями. Такую широкую популярность асинхронные устройства получили из-за своей простоты конструкции и довольно высокой эксплуатационной надежности. Асинхронный электродвигатель довольно часто применяют в бытовой технике и на промышленных предприятиях.
В тех случаях, когда в приводах не нужны большие пусковые моменты, применяют электродвигатель с короткозамкнутым ротором. А когда не требуется плавной регулировки скорости и мощность электродвигателя большая, используется асинхронный электродвигатель с фазным ротором. Электромоторы асинхронные с фазным ротором используются в тех случаях, когда нужно снизить пусковой ток и увеличить пусковой момент.
Асинхронные однофазные агрегаты применяются в сети переменного тока 220 вольт. Такие электромоторы нашли широкое применение в бытовых стиральных машинах, бетономешалках, строительном электроинструменте, кухонных многофункциональных комбайнах, в деревообрабатывающих и сверлильных станках и другом бытовом оборудовании.
Асинхронные электрические двигатели также применяются для приводов различных крановых установок промышленного назначения, всевозможных грузовых лебедок и прочих устройств, которые применяются в производстве. Электромоторы переменного тока имеют огромное значение для многих отраслей промышленности. Асинхронные агрегаты могут быть с преобразовательным устройством в виде коллектора (коллекторные электродвигатели) или не иметь его (бесколлекторные электромоторы).
Коллекторные и бесколлекторные электродвигатели переменного тока применяются в различных промышленных и бытовых электроустройствах (холодильниках, пылесосах, мясорубках, электрическом инструменте, вентиляторах, соковыжималках) и в медицинской технике. Они рассчитаны на работу как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока. Для коллекторных электродвигателей характерен большой пусковой момент и относительно малые размеры.
Бесколлекторные электромоторы имеют малый уровень электромагнитных излучений и низкий уровень шума. Для них характерен высокий ресурс эксплуатации. В большинстве случаев бесколлекторные электродвигатели эксплуатируются в местах со взрывоопасной средой, например в нефтегазовой промышленности.
Довольно широкое распространение среди электромоторов переменного тока получили асинхронные электромоторы с трехфазной симметричной обмоткой на сердечнике статора, которые запитываются от сети переменного тока
Примечательно, что асинхронные электродвигатели, как правило, используются как двигатели, а синхронные электромоторы чаще всего используются как генераторы.
Синхронные электродвигатели являются двухобмоточными электрическими машинами, в которых одна из обмоток подсоединена к электрической сети с определенной постоянной частотой вращения, при этом вторая регулярно возбуждается постоянным током с частотой вращения ротора, которая не зависит от нагрузки. Такие машины применяются в качестве электродвигателей в крупных установках, таких как приводы поршневых компрессоров и воздухопроводов и, как правило, используются в качестве генераторов.
Скорость вращения синхронных моторов находится в постоянном соотношении к определенной частоте электрической сети.
Рольганговые электромоторы применяются для приводов, которые эксплуатируются в условиях высоких температур различного металлургического производства. Взрывозащищенные электромоторы предназначены для привода разных механизмов в газовой, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, где могут появляться различные взрывоопасные соединения газов и паров с воздухом. Различные крановые электромоторы в основном предназначены для всевозможных крановых механизмов всех типов. Они могут быть применены для привода других механизмов, которые работают в кратковременных режимах эксплуатации.
Общепромышленные электромоторы широко используются в деревообрабатывающей промышленности, станкостроении, всевозможных системах промышленной вентиляции, различных транспортерах, подъемниках, всевозможном насосном оборудовании.
Где применяются электрические двигатели
Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
Ответ
Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (трамваи, троллейбусы, электровозы), в промышленности (для выкачивания нефти из скважины) в быту (в электробритвах). Электродвигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тепловыми, а также гораздо более высокий КПД, кроме того они не выделяют газов, дыма и пара, то есть более экологически чистые.
Электрические двигатели переменного тока применяют для привода рабочих машин различного назначения (насосы, деревообрабатывающие станки, дробилки и т. д.), не требующих регулирования частоты вращения. Электродвигатель — экологически чистый вид двигателя приводящий машину в движение, нежели тепловой двигатель, который создает выхлопные газы, загрязняющие окружающую среду.
Электрические двигатели
Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины. Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора. Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее.
Существует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу действия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим основные типы этих электрических машин.
По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвигатели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – магнитоэлектрические.
По типу напряжения питания различают:
- Электродвигатели постоянного тока.
- Двигатели переменного тока.
- Универсальные электрические машины.
По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и вертикально расположенным валом. Кроме того, электрические машины классифицируют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попадания влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.
Классы электродвигателей:
- Постоянного тока
- Бесщеточные ЕС (электронно-коммутируемые)
- Со щетками
- С последовательным возбуждением
- С параллельным возбуждением
- Со смешанным возбуждением
- С постоянными магнитами
- Переменного тока
- Универсальные
- Синхронные
- Индукционные
- Однофазные
- Трехфазные
Таблица классификации электронных двигателей:
Электродвигатели постоянного тока
Двигатели постоянного тока широко применяются в качестве привода электротранспорта, промышленного оборудования, а также микропривода исполнительных механизмов. Такие электрические машины обладают следующими преимуществами:
- Возможность регулировки частоты вращения путем изменения напряжения в обмотке возбуждения. При этом крутящий момент на валу ДПТ (двигатели постоянного тока) остается неизменным.
- Высокий к.п.д. (коэффициент полезного действия) у машин постоянного тока несколько выше, чем у самых распространенных асинхронных двигателей переменного тока. При неполной нагрузке на валу к.п.д. ДПТ выше на 10-15%.
- Возможность изготовления ДПТ небольших габаритов. Практически все используемые микроприводы рассчитаны на постоянный ток.
- Простота схем управления. Для пуска, реверса и регулирования скорости и момента не требуется сложного электронного оборудования и большого количества аппаратов для коммутации.
- Возможность работы в режиме генератора. Электродвигатели такого типа можно использовать в качестве источников постоянного тока.
- Высокий пусковой момент. ДПТ используют в составе электроприводов кранов, тяговых и грузоподъемных механизмов, где требуется запуск под значительной нагрузкой.
ДПТ различают по способу возбуждения, они бывают:
- С постоянными магнитами. Такие двигатели отличаются малыми габаритами. Основная область их применения – микроприводы.
- С электромагнитным возбуждением.
Электрические машины с электромагнитами такого типа получили самое широкое распространение. Их классифицируют по способу подключения обмотки статора:
- Двигатели с параллельным возбуждением. Обмотки якоря и статора в электрической машине такого типа соединены параллельно. Такие электрические машины не требуют дополнительного источника питания для обмотки возбуждения, скорость вращения ротора практически не зависит от нагрузки. Их используют для привода металлорежущих станков и другого оборудования.
- Электродвигатели с последовательно включенной обмоткой статора. ДПТ этого типа имеют значительный пусковой момент. Их применяют в качестве привода электротранспорта и промышленных установок с необходимостью пуска под нагрузкой.
- Двигатели с независимым возбуждением. Для питания обмотки статора таких электромашин используется независимый источник постоянного тока. ДПТ такого типа отличаются широким диапазоном регулирования скоростей.
- Электрические машины со смешанным возбуждением. Электромагнит возбуждения в таких двигателях поделен на 2 части. Одна из них включена параллельно, вторая последовательно обмотке якоря. Электрические машины такого типа используются в механизмах и оборудовании, где необходим высокий пусковой момент, а также переменная и постоянная скорость при переменном моменте.
Электродвигатели переменного тока
Электрические машины такого типа широко используют для приводов всех типов технологического оборудования, электроинструментов, автоматических регуляторов. По наличию разности между скоростью вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора различают синхронные и асинхронные двигатели.
Асинхронные электродвигатели
Благодаря дешевизне и простоте конструкции электрические машины такого типа получили самое широкое распространение. Их принципиальное отличие – наличие так называемого скольжения. Это разность между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электрической машины и скоростью вращение ротора. Напряжение на вращающейся части индуцируется за счет переменного магнитного поля обмоток статора двигателя. Вращение вызывает взаимодействие поля электромагнитов неподвижной части и магнитного поля ротора, возникающего под влиянием наведенных в нем вихревых токов. По особенностям обмоток статора выделяют:
- Однофазные двигатели переменного тока. Двигатели такого типа требуют для пуска наличия внешнего фазосдвигающего элемента. Это может быть пусковой конденсатор или индуктивное устройство. Область применения однофазных двигателей – маломощные приводы.
- Двухфазные электрические машины. Такие двигатели имеют 2 обмотки со смещенными относительно друг друга фазами. Их также используют для бытовых устройств и оборудования, имеющего небольшую мощность.
- Трех- и многофазные электродвигатели. Наиболее распространенный тип асинхронных машин. Электрические двигатели такого типа имеют от 3-х и более обмоток статора, сдвинутых по фазе на определенный угол.
По конструкции ротора асинхронные электрические машины делят на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.
Обмотка ротора электрических машин первого типа представляет собой несколько неизолированных стержней, выполненных из сплавов меди или алюминия, замкнутых с двух сторон кольцами (конструкция “беличья клетка”). Асинхронные двигатели такого типа обладают следующими преимуществами:
- Достаточно простая схема пуска. Такие электрические машины можно подключать непосредственно к электрической сети через аппараты коммутации.
- Допустимость кратковременных перегрузок.
- Возможность изготавливать электрические машины высокой мощности. Двигатель такого типа не содержит скользящих контактов, препятствующих наращиванию мощности.
- Относительно простое ТО и ремонт. Асинхронные электромашины имеют несложную конструкцию.
- Невысокая цена. Двигатели асинхронного типа стоят дешевле синхронных машин и ДПТ.
Электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют свои недостатки:
- Предельная скорость вращения составляет не более 3000 об/мин при входе в синхронный режим.
- Технически сложная реализация регулирования частоты вращения.
- Высокие пусковые токи при прямом запуске.
Электродвигатели с фазным ротором частично лишены недостатков, присущих машинам с ротором конструкции “беличья клетка”. Вращающаяся часть электрической машины такого типа имеет обмотки, соединенные в схему “звезда”. Напряжение подводится к обмотке через 3 контактных кольца, закрепленных на роторе и изолированных от него.
Такие электродвигатели обладают следующими достоинствами:
- Возможность ограничивать пусковые токи при помощи резистора, включенного в цепь электромагнитов ротора.
- Больший, чем у электромашин с короткозамкнутым ротором, пусковой момент.
- Возможность регулировки скорости.
Недостатками таких двигателей являются относительно большие габариты и масса, высокая цена, более сложный ремонт и сервисное обслуживание.
Синхронные двигатели переменного тока
Как и в асинхронных электродвигателях, вращение ротора в синхронных машинах достигается взаимодействием полей ротора и статора. Скорость вращения ротора таких электрических машин равна частоте магнитного поля, создаваемого обмотками статора.
Обмотка неподвижной части двигателя рассчитана на питание от трехфазного напряжения. К электромагнитам ротора подключается постоянное напряжение. Различают явнополюсные и неявнополюсные обмотки. В синхронных двигателях малой мощности используют постоянные магниты.
Запуск и разгон синхронной машины осуществляется в асинхронном режиме. Для этого на роторе двигателя имеется обмотка конструкции “беличья клетка”. Постоянное напряжение подается на электромагниты только после разгона до номинальной частоты асинхронного режима. Синхронные двигатели имеют следующие особенности:
- Постоянная скорость вращения при переменной нагрузке.
- Высокий к.п.д. и коэффициент мощности.
- Небольшая реактивная составляющая.
- Допустимость перегрузки.
К недостаткам синхронных электродвигателей относятся:
- Высокая цена, относительно сложная конструкция.
- Сложный пуск.
- Необходимость в источнике постоянного напряжения.
- Сложность регулировки скорости вращения и момента на валу.
Все недостатки электрических машин переменного тока можно исправить установкой устройства плавного пуска или частотного преобразователя. Обоснование выбора того или иного устройства обусловлено экономической целесообразностью и требуемыми характеристиками электропривода.
Универсальные двигатели
В отдельную группу выделяют универсальные электродвигатели, которые могут работать от сети переменного тока и от источников постоянного напряжения. Они используются в электроинструментах, бытовой технике, а также других маломощных устройствах. Конструкция такой электрической машины принципиально не отличатся от двигателя постоянного тока. Главное отличие – конструкция магнитной системы и обмоток ротора. Магнитная система состоит из изолированных друг от друга секций для снижения магнитных потерь. Обмотка ротора такой машины поделена на 2 части. При питании от переменного тока напряжение подается только на ее половину. Это делается в целях снижения радиопомех, улучшения условий коммутации.
К преимуществам таких машин относятся:
- Высокая скорость вращения. Универсальные электродвигатели развивают скорость до 10 000 об/мин и более.
- Питание от переменного и постоянного напряжения. Двигатели такого типа широко применяют для электроинструментов, имеющих дополнительные аккумуляторные батареи.
- Возможность регулирования скорости без использования дополнительных устройств.
Однако, такие электромашины имеют свои недостатки:
- Ограниченная мощность.
- Необходимость обслуживания коллекторного узла.
- Тяжелые условия коммутации при питании от переменного напряжения из-за наличия трансформаторной связи между обмотками.
- Электромагнитные помехи при подключении к сети переменного тока.
Каждый тип двигателя имеет свои достоинства и недостатки. Выбор электрической машины для привода любого оборудования делается исходя из условий эксплуатации, требуемой частоты вращения, экономической целесообразности, типа нагрузки и других параметров.
Где применяется электродвигатель — примеры. Применение электродвигателей
Электродвигатель преобразует электроэнергию в механическую. Он состоит из статора (или якоря) и ротора. Такое устройство получило очень широкое распространение во всех сферах жизни. Благодаря электрическим двигателям удалось заменить во многих областях труд человека работой машины. Рассмотрим различные типы моторов и выясним, где применяются электродвигатели (примеры см. ниже).
Принцип работы
Электрический двигатель устроен довольно просто. В его основе заложен принцип электромагнитной индукции. В установку входит неподвижная часть — статор, монтируемый в моторы переменного тока синхронного и асинхронного типа или индуктора (для двигателя постоянного тока), а также ротора, то есть подвижной части для синхронных и асинхронных типов, или якоря для устройств постоянного тока.
Роторы могут быть короткозамкнутыми (типа беличьей клетки) и фазными с обмоткой (системой контактных колец). Случаи, где применяется электродвигатель последнего типа, представляют устройства асинхронного типа для сокращения тока и регуляции частоты вращения.
Подвижную часть в устройстве постоянного тока или работающую по этому принципу в универсальном двигателе называют якорем. Универсальный мотор — это двигатель постоянного тока, имеющий последовательное возбуждение, то есть последовательное включение якоря и обмотки. Реактивного сопротивления на постоянном токе нет. Поэтому, если вынуть электрический блок из болгарки, то она продолжит работать, особенно если сетевое напряжение малое и используемый ток — постоянный.
Двигатели на переменном токе
Рассматриваемые устройства бывают переменного и постоянного тока. Во всех сферах, где применяется электродвигатель, чаще он имеет переменный ток. Такой мотор отличается простым принципом работы и легок в эксплуатации. Единственный существенный минус заключается в нерегулируемой частоте вращения.
Электрические двигатели переменного тока могут быть с одной или несколькими фазами. Устройствами, где применяется электродвигатель переменного тока, являются такие машины, которым не нужно регулировать частоту вращения. Они могут иметь различное назначение (дробилки, насосы, станки для обработки дерева и так далее). Их мощность составляет от двух десятых до двухсот и выше киловатт.
Двигатели на постоянном токе
Электрические двигатели постоянного тока могут иметь наряду с последовательным параллельное и смешанное соединение обмоток статора и якоря. Их преимуществом является то, что недоступно предыдущему виду: это способность регуляции частоты вращения. Однако при эксплуатации необходимо применение силы.
Такие двигатели бывают бесколлекторными и коллекторными.
Бесколлекторные, или вентильные — это двигатели, функционирующие в замкнутой системе с датчиком, определяющим роторное положение и систему управления.
Коллекторные двигатели могут быть с самовозбуждением (параллельным, последовательным и смешанным) и независимым возбуждением.
Устройствами, где применяются электродвигатели постоянного тока, являются, к примеру, электрический транспорт и различные строительные станки.
Асинхронный вид
Чаще всего используется трехфазный короткозамкнутый асинхронный двигатель. В этом случае круговое магнитное поле пронизывает короткозамкнутую роторную обмотку, из-за чего возникает ток индукции. Асинхронным его называют потому, что вращение ротора не равно вращению магнитного статора.
Применение электродвигателей асинхронного типа распространено во многих отраслях техники, в бытовых приборах (холодильниках, стиральных машинах, кондиционерах), в промышленности, например в дерево- и металлообрабатывающей, а также в ткачестве. Они работают стабильнее других видов, стоят дешевле и просты в эксплуатации.
Синхронный вид
Синхронный двигатель имеет отличную роторную конструкцию, где эта часть представлена электрическим или постоянным магнитом. Частота вращения в этом случае магнитного статора совпадает с роторной частотой.
Этот вид электрических двигателей может применяться в насосных станциях, при необходимости компенсации реактивной мощности, а также в некоторых других случаях.
Виды по возникновению вращающего момента
По тому, как появляется вращающий момент, электрические двигатели подразделяют на гистерезисные и магнитоэлектрические.
Наиболее распространено в традиционных отраслях применение электродвигателей магнитоэлектрического типа. Они могут быть и на постоянном, и на переменном токе. Также существуют универсальные двигатели.
А вот отрасли, где применяются электродвигатели гистерезисные, распространенными не назовешь. Обычно такие устройства являются нетрадиционными и в промышленности используются крайне редко. Больше их применяют в гироскопии, счетчиках времени, а также в устройствах записи звуков и изображений.
Универсальные моторы коллекторного типа
Где применяются электродвигатели универсального коллекторного типа? Без них не функционируют промышленные и бытовые приборы, например, вентиляторы, соковыжималки, мясорубки, пылесосы, холодильники и тому подобное. Они работают и от сети постоянного тока на сто десять и двести двадцать вольт, и от сети переменного тока на 127 и 220 вольт.
Устройство таких моторов подобно двухполюсным двигателям постоянного тока, имеющего последовательное возбуждение.
Здесь набирается не только якорь от электротехнической стали листового типа, но и полюс, и ярмо, то есть неподвижная часть магнитного провода.
Обмотка возбуждения может быть подключена как с одной, так и с другой стороны якоря. Благодаря этому сокращаются радиопомехи, образуемые мотором. Одинаковая частота вращения и при постоянном, и при переменном токе достигается посредством реализации обмотки возбуждения с ответвлениями. Разница заключается лишь в том, что при сети постоянного тока она используется полностью, а от переменного тока — только частично.
Вращающий момент получается через взаимодействие тока с магнитным потоком возбуждения.
Такие моторы имеют мощность всего от пяти до шестисот ватт (но в отдельных случаях, например, в электрических инструментах, достигают восьмисот ватт), а также частоты вращения от двух тысяч семисот семидесяти до восьми тысяч оборотов в минуту. Так как пусковые токи здесь небольшие, то и пусковые сопротивления не нужны. Минимальное количество выводов на универсальных коллекторах — четыре. Из них два служат для подключения к сети постоянного тока, а два других — для переменного. Причем в последнем случае КПД двигателя будет ниже из-за больших электрических и магнитных потерь. Переменного тока станет потребляться больше, чем постоянного, так как он имеет не только активную составляющую, но и реактивную.
Частота вращения может регулироваться, к примеру, автоматическим трансформатором или реостатом.
Быстро найти подходящий механизм
Понятно, что имеется очень много областей, где применяется электродвигатель.
195 3730.12.40 — это число-пример для идентификации того или иного механизма, а также его габаритов.
Ввиду того, что моделей этих устройств огромное множество, причем самых разных размеров и сфер использования, найти необходимое бывает крайне сложно. Данная классификация существенно упрощает процесс поиска подходящего электрического двигателя.