Типы и виды электродвигателей — переменного и постоянного тока, коллекторные, асинхронные, прямого привода

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Одним из основных стимулов к широкой электрификации, начавшейся в XX веке, стала возможность легкого преобразования энергии электрического тока в механическую — к тому времени уже был известен коллекторный электродвигатель, изобретенный Якоби еще в первой половине XIX века.

Изобретение асинхронного двигателя переменного тока стало еще большим шагом вперед.

Электромотор лишился механически трущихся и искрящих узлов (щеток и коллектора), превзойдя по бесшумности и ресурсу любой другой существовавший в то время тип привода.

Независимо от конструкции, любой электродвигатель устроен одинаково: внутри цилиндрической проточки в неподвижной обмотке (статоре) вращается ротор, в котором возбуждается магнитное поле, приводящее к отталкиванию его полюсов от статора.

Поддержание постоянного отталкивания требует:

• перекоммутации обмоток ротора, как это делается на коллекторных электродвигателях;
• создания вращающегося магнитного поля в самом статоре (классический пример – асинхронный трехфазный двигатель).

Достоинства электродвигателей переоценить трудно. Это:

Крайняя простота.

Электродвигатель состоит из минимального количества узлов, поэтому ломаться в нем практически нечему.

Самостоятельный запуск.

Электродвигателю не нужен пусковой импульс, он начинает вращаться сам при включении питания (исключение – однофазные электродвигатели с пусковой обмоткой, но они практически вышли из употребления). Это позволяет отказаться от холостого хода, включая электромотор только при необходимости.

Отсутствие вибраций.

Так как в электродвигателях энергия магнитного поля непосредственно преобразуется во вращение, при должной балансировке ротора они полностью бесшумны и не создают вибрации.

Легкость управления оборотами и крутящим моментом.

Несмотря на то, что на разных типах электродвигателей это достигается разными способами, управление ими в любом случае достаточно просто и надежно.

Возможность реверса.

На коллекторном двигателе достаточно поменять местами полюса якоря, на трехфазном электромоторе – изменить порядок включения фаз.

Обратимость.

Коллекторные электродвигатели при внешнем приводе начинают работать как электрогенераторы, что позволяет использовать их для рекуперации энергии при торможении электротранспорта.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Благодаря удобству передачи на большие расстояния и легкости преобразования переменный ток успешно стал стандартом электроснабжения.

В сфере же производства электродвигателей его способность возбуждать переменное магнитное поле в статоре и соответственно индуцировать ток в короткозамкнутой обмотке ротора позволила создать асинхронные электродвигатели.

В этом типе двигателей единственным испытывающим трение узлом остаются коренные подшипники якоря.

Ротор такого электродвигателя – это металлический цилиндр, в пазы которого под углом к оси вращения запрессованы или залиты токопроводящие жилы, на торцах ротора объединенные кольцами в одно целое. Переменное магнитное поле статора возбуждает в роторе, напоминающем беличье колесо, противоток и, соответственно, отталкивающее его от статора магнитное поле.

В зависимости от числа обмоток статора асинхронный двигатель может быть:

Однофазным – в этом случае главным недостатком двигателя становится невозможность самостоятельного запуска, так как вектор силы отталкивания проходит строго через ось вращения.

Для начала работы двигателю необходим или стартовый толчок, или включение отдельной пусковой обмотки, создающей дополнительный момент силы, смещающий их суммарный вектор относительно оси якоря.

Двухфазный электродвигатель имеет две обмотки, в которых фазы смещены на угол, соответствующий геометрическому углу между обмотками. В этом случае в электродвигателе создается так называемое вращающееся магнитное поле (спад напряженности поля в полюсах одной обмотки происходит синхронно с нарастанием его в другой).

Такой двигатель становится способным к самостоятельному запуску, однако имеет трудности с реверсом. Поскольку в современном электроснабжении не используются двухфазные сети, фактически электродвигатели этого рода применяются в однофазных сетях с включением второй фазы через фазовращающий элемент (обычно – конденсатор).

Трехфазный асинхронный электродвигатель

– наиболее совершенный тип асинхронного мотора, так как в нем появляется возможность легкого реверса – изменение порядка включения фазных обмоток изменяет направление вращения магнитного поля, а соответственно и ротора.

Коллекторные двигатели переменного тока используются в тех случаях, когда требуется получение высоких частот вращения (асинхронные электродвигатели не могут превышать скорость вращения магнитного потока в статоре – для промышленной сети 50 Гц это 3000 об/мин).

Кроме того, они выигрывают в пусковом крутящем моменте (здесь он пропорционален току, а не оборотам) и имеют меньший пусковой ток, меньше перегружая электросеть при запуске. Также они позволяют легко управлять своими оборотами.

Обратной стороной этих достоинств становится дороговизна (требуется изготовление ротора с наборным сердечником, несколькими обмотками и коллектором, который к тому же сложнее балансировать) и меньший ресурс. Помимо необходимости в регулярной замене стирающихся щеток, со временем изнашивается и сам коллектор.

Синхронный электродвигатель имеет ту особенность, что магнитное поле ротора индуцируется не магнитным полем статора, а собственной намоткой, подключенной к отдельному источнику постоянного тока.

Благодаря этому частота его вращения равна частоте вращения магнитного поля статора, откуда и происходит сам термин «синхронный».

Как и двигатель постоянного тока, синхронный двигатель переменного тока является обратимым:

• при подаче напряжения на статор он работает как электродвигатель;
• при вращении от внешнего источника он сам начинает возбуждать в фазных обмотках переменный ток.

Основная область использования синхронных электродвигателей – высокомощные приводы. Здесь увеличение КПД относительно асинхронных электромоторов означает значительное снижение потерь электроэнергии.

Также синхронные двигатели используются в электротранспорте. Однако, для управления скоростью в этом случае требуются мощные частотные преобразователи, зато при торможении возможен возврат энергии в сеть.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Так как постоянный ток не способен создать изменяющееся магнитное поле, обеспечение непрерывного вращения ротора требует принудительной перекоммутации обмоток, или дискретного изменения направления магнитного поля.

Старейший из известных способов – это использование электромеханического коллектора. В этом случае якорь электродвигателя имеет несколько разнонаправленных обмоток, соединенных с находящимися в соответствующем положении относительно щеток ламелями коллектора.

В момент включения питания возникает импульс в обмотке, соединенной со щетками, после чего ротор проворачивается, и в том же месте относительно полюсов статора включается новая обмотка.

Так как намагниченность статора во время работы коллекторного электродвигателя постоянного тока не изменяется, вместо сердечника с обмотками могут использоваться мощные постоянные магниты, что сделает мотор компактнее и легче.

Коллекторный двигатель не лишен ряда недостатков. Это:

• высокий уровень помех, как передаваемых в питающую сеть при переключении обмоток якоря, так и возбуждаемых искрением щеток;
• неизбежный износ коллектора и щеток;
• повышенная шумность при работе.

Современная силовая электроника позволила избавиться от этих недостатков, применяя так называемый шаговый двигатель – в нем ротор имеет постоянную намагниченность, а внешнее устройство последовательно меняет направление тока в нескольких обмотках статора.

Фактически за единичный импульс тока ротор проворачивается на фиксированный угол (шаг), откуда и пошло название электромоторов такого типа.

Шаговые электродвигатели бесшумны, а также позволяют в широчайших пределах регулировать как крутящий момент (амплитудой импульсов), так и обороты (частотой), а также легко реверсируются изменением порядка следования сигналов.

По этой причине они широко используются в сервоприводах и автоматике, однако их максимальная мощность определяется возможностями силовой управляющей схемы, без которой шаговые двигатели неработоспособны.

© 2012-2022 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Виды и типы электродвигателей | Публикации

Электрический двигатель

Электродвигатель представляет собой электрическую машину, которая преобразовывает электроэнергию в энергию вращения вала с незначительными тепловыми потерями. Главный принцип работы любого электродвигателя заключается в использовании электромагнитной индукции в качестве основной движущей силы. Для этого конструкция электродвигателя включает:

• Неподвижную часть (статор или индуктор).
• Подвижную часть (ротор или якорь).

В зависимости от предназначения, применяемого рода тока и конструктивных особенностей электрические двигатели имеют большое количество разновидностей.

Двигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока объединяют широкий ассортимент устройств, обеспечивающих высокий КПД при трансформации электрической энергии в механическую. Для надежного соединения электрической цепи подвижной и неподвижной части электропривода постоянного тока используют щеточно-коллекторный узел. В зависимости от конструктивных особенностей щеточно-коллекторного узла, все электрические машины постоянного тока подразделяют на следующие группы:

• Коллекторные.
• Бесколлекторные.

В свою очередь коллекторные электродвигатели условно разделяют на следующие виды:

• Самовозбуждающиеся.
• С возбуждением от электромагнитов постоянного действия.

Устройства с независимым возбуждением характеризуются низкой мощностью, поэтому данные электроприводы используют для не ответственных операций с низкой нагрузкой. Машины с самовозбуждением подразделяют на:

• Устройства с последовательным возбуждением, где якорь подключается последовательно обмотке возбуждения.
• Электродвигатели с параллельным возбуждением, где якорь включается параллельно обмотке возбуждения.
• Электропривод смешанного возбуждения, который характеризуется наличием параллельных и последовательных соединений.

Двигатели переменного тока

Электродвигатели переменного тока представлены широкой номенклатурой устройств, которые различают по многочисленным конструктивным и эксплуатационным характеристикам. В зависимости от скорости вращения ротора выделяют электрические машины синхронного и асинхронного типа.

Синхронные двигатели характеризуются одинаковой скоростью вращения ротора и магнитного поля питающего напряжения. Подобный тип электрических двигателей используют для изготовления устройств с высокой мощностью. Кроме этого существует еще одна разновидность синхронного привода — шаговые двигатели. Они имеют строго заданное в пространстве положение ротора, которое фиксируется подачей питания на обмотку статора. При этом переход из одного положения в другое осуществляется посредством подачи напряжения на требуемую обмотку.

Асинхронный электрический двигатель имеет частоту вращения ротора отличную от частоты вращения магнитного поля питающего напряжения. В настоящее время этот тип электродвигателей получил самое широкое распространение как на производстве, так и в быту.

В зависимости от количества фаз питающего напряжения электропривод принадлежит к одной из групп:

• 1-нофазные;
• 2-хфазные;
• 3-хфазные;
• многофазные.

Категория размещения и климатическое исполнение

Все электродвигатели производят с учетом воздействия во время эксплуатации определенных факторов окружающей среды. По этой причине все электрические машины подразделяют на следующие категории размещения:

• Для помещений с высоким уровнем влажности.
• Для помещений закрытого типа с вентиляцией естественного типа без искусственного регулирования климатических параметров. При этом ограничено воздействие пыли, влаги и УФ- излучения.
• В условиях открытого пространства.
• Для помещений закрытого типа с искусственным регулированием климатических параметров. При этом ограничено воздействие пыли, влаги и УФ-излучения.
• Для помещений с изменением влажности и температуры, которые не отличаются от изменений на улице.

В зависимости от климатического исполнения в соответствии с требованиями ГОСТ 15150 — 69 все электрические двигатели подразделяют на следующие типы исполнения:

• Все возможные макроклиматические районы (В).
• Холодный (ХЛ).
• Все морские районы (ОМ).
• Сухой тропический (ТС).
• Общий (О).
• Умеренный (У).
• Умеренный морской (М).
• Влажный тропический (ТВ).

Категория размещения и климатическое исполнение указывают в условном обозначении электродвигателя на его бирке и в паспорте.

Степень защиты корпуса

Для условного обозначения степени защиты корпуса электрической машины от воздействия вредных факторов окружающей среды используют аббревиатуру IP. При этом на корпусе электропривода указывают следующую информацию:

• Высокий уровень защиты от пыли — IP65, IP66.
• Защищенные — не ниже IP21, IP22.
• С защитой от влаги — IP55, IP5.
• С защитой от брызг и капель — IP23, IP24.
• Закрытое исполнение — IP44 — IP54.
• Герметичные — IP67, IP68.

При подборе электрического двигателя для эксплуатации в условиях воздействия определенных вредных факторов, необходимо тщательно подходить к выбору степени защиты его корпуса.

Общие требования безопасности при монтаже и эксплуатации

При монтаже электрического двигателя необходимо придерживаться следующих требований:

• Перед подключением проверить соответствие частоты и напряжения питающей сети с информацией на паспорте электрического двигателя.
• Перед установкой электрической машины обязательно проводят измерение сопротивления электрической изоляции обмотки статора относительно корпуса. При неудовлетворительных значениях проводят просушивание изоляции до достижения требуемого значения.
• При сопряжении валов необходимо точно соблюдать соосность с допустимым отклонением не более 0,2 мм.
• Для заземления корпуса электродвигателя используют только специальные заземляющие устройства, предусмотренные инструкцией завода производителя.
• Строго запрещен монтаж электропривода под напряжением.

В процессе эксплуатации электрических машин следует придерживаться следующих основных правил:

• Регулярный осмотр состояния электродвигателя является залогом своевременного определения неисправностей.
• Регулярно на протяжении всего срока эксплуатации проводят проверку исправности токовой и тепловой защиты, чистку и смазку, проверку контактных соединений и надежности заземления.
• При наличии повышенного шума или стука, проводят вибродиагностику с целью определения состояния подшипников и других вращающихся деталей.
• Следует исключить длительную работу однофазного электродвигателя в режиме холостого хода, что негативно влияет на срок его службы.
• Запрещается эксплуатация электрического двигателя с неисправной защитой от перегрева, перегрузки или завышенным значением сопротивления контура заземления.

Крановые электродвигатели

Крановые электродвигатели представляют собой асинхронные устройства переменного тока или двигатели постоянного тока с параллельным или последовательным возбуждением.

В отличие от других категорий электродвигателей, крановые электроприводы имеют следующие особенности:

• Большинство крановых электрических двигателей имеет закрытое исполнение корпуса.
• Момент инерции на роторе составляет минимально возможное значение, что обеспечивает минимальные потери энергии во время переходных процессов.
• Кратковременная перегрузка по моменту для крановых двигателей постоянного тока составляет 2,0 — 5,0, а для электромоторов переменного тока 2,3 — 3,5.
• Класс нагревостойкости изоляционных материалов не менее F.
• У кранового электропривода переменного тока в номинальном режиме ПВ составляет не менее 80 минут.
• С целью получения большой перегрузочной способности по моменту добиваются высоких значений магнитного потока.
• Отношение максимально допустимой частоты вращения к номинальному значению для электродвигателей постоянного тока составляет 3,5 — 4,9, а для машин переменного тока 2,5.

Эксплуатация кранового привода характеризуется следующими условиями эксплуатации:

• Частые пуски, реверсы и торможения.
• Регулирование частоты вращения в широком диапазоне значений.
• Повышенная вибрация и тряски.
• Повторно-кратковременный режим работы.
• Воздействие высокой температуры, газа, пыли и пара.
• Значительная перегрузка во время работы.

Общепромышленные электрические двигатели

Электродвигатели общепромышленного исполнения применяют для привода механизмов, которые не предъявляют особых требований к показателям КПД, энергосбережения, скольжению и пусковым характеристикам. Они характеризуются повторно-кратковременным режимом работы и изоляцией с классом нагревостойкости класса F. Наиболее популярными в этой категории являются асинхронные электрические двигатели марки АИР с короткозамкнутым ротором. Благодаря многочисленным достоинствам, этот тип электропривода с успехом применяется на всех производственных предприятиях. От продукции других торговых марок его отличает:

• Простая конструкция с отсутствием подвижных контактов.
• Низкая стоимость в сравнении с электрическими машинами других типов.
• Высокая ремонтопригодность всех главных узлов и рабочих элементов.
• Использование напряжения сети 380 В без дополнительных регуляторов или фильтров.
• Монтаж двигателя осуществляется на лапах или фланцах, поэтому происходит в минимально короткий срок.

Электрические машины общепромышленного исполнения находят применение в сферах деятельности, где нет необходимости в высоких эксплуатационных параметрах: вентиляционные системы, насосные станции, станочное оборудование, компрессорные установки и др. Эксплуатация общепромышленных электродвигателей осуществляется в двух основных режимах: генераторный и двигательный. При этом в генераторном режиме электрические двигатели являются источником электроэнергии за счет преобразования механической энергии вращения вала. В двигательном режиме привод общепромышленного исполнения потребляет электроэнергию и превращает её в механическую энергию вращения вала.

Электрические двигатели с электромагнитным тормозом

Электрический привод с электромагнитным тормозом предназначен для эксплуатации в повторно-кратковременном или кратковременном режиме. Он разработан специально для механизмов, которые требуют форсированной остановки в строго регламентированное время. К таким механизмам относят: электрические тали, автоматизированные складские системы, обрабатывающие станки и др. Тормозной механизм, как правило, располагают со стороны противоположной валу двигателя. Он обеспечивает быстрое торможение электрического привода при отключении питания, а при повторной подаче напряжения растормаживает его.

Электрические машины со встроенным электромагнитным тормозом работают по следующему принципу:

1. Электромагнитную катушку тормоза подключают последовательно к одной из фазных обмоток электродвигателя.
2. Катушка получает постоянное напряжение посредством выпрямляющего устройства, которое располагают возле коробки с выводами или переменное напряжение непосредственно с обмотки электродвигателя.
3. При отсутствии фазного напряжения катушка обесточивается, и якорь прочно зажимает блокировочный механизм.
4. После восстановления электрического питания катушка подтягивает якорь, что позволяет валу двигателя свободно перемещаться.

В зависимости от способа монтажа электромоторы со встроенным электромагнитным тормозом изготавливают в следующих исполнениях:

• С горизонтальным валом.
• С вертикальным валом.

Благодаря своим преимуществам по времени остановки вала электродвигателя, этот тип электропривода обеспечивает надежную и безопасную эксплуатацию устройств с высокими требованиями к позиционированию или аварийной остановке.

17 Различные типы электродвигателей

Машина, преобразующая электрическую энергию в механическую, называется электродвигателем. Взаимодействие магнитного поля и электрического тока в обмотке катушки в большинстве случаев приводит в движение двигатели. В результате этого он создает силу в виде крутящего момента, передаваемого на вал двигателя.

Источники постоянного тока, такие как батареи или выпрямители, и/или источники переменного тока, такие как электрические сети, инверторы или электрические генераторы, используются для питания электродвигателей. Тип источника питания, конструкция, применение и тип выходной скорости — все это факторы, которые можно использовать для классификации двигателей. Расположение проводников и поля в некоторых типах электродвигателей различаются. Он также регулирует механический выходной крутящий момент, скорость и положение, которые можно использовать.

Современные электродвигатели могут обеспечить надежную механическую энергию для промышленных применений. Вентиляторы, воздуходувки и насосы, а также станки, транспортные средства и дисковые приводы — все это примеры промышленного применения. В электрических часах используются небольшие двигатели. В этой статье вы узнаете о 16 распространенных типах электродвигателей и их функциях.

 

Дополнительная информация: Серводвигатель

 

Содержание

• 1 Типы электродвигателей
  • 1.1 AC Motor
  • 1.2 Induction motor
  • 1.3 1-phase induction motor
  • 1.4 3-phase induction motor
  • 1.5 Series motor
  • 1.6 Join our Newsletter
  • 1.7 Compound motor
  • 1.8 PDMC motor
  • 1.9 Синхронный двигатель
  • 1.10 Шаговый двигатель
  • 1.11 Бесщеточный двигатель
  • 1.12 Универсальный двигатель
  • 1.13 Гистерезисный двигатель
  • 1.14 Реактивный двигатель
  • 1.95 Линейный двигатель0022
  • 1.16 Двигатель постоянного тока
  • 1.17 Шунтирующий двигатель
  • 1.18 Двигатель с независимым возбуждением
• 2 Заключение
  • 2.1 Пожалуйста, поделитесь!

Types of Electric Motors

The following are the common types of electric motors:

1. DC Motor
2. Shunt motor
3. Separately excited motor
4. Series motor
5. Compound motor
6. PDMC motor
7. AC Двигатель
8. Induction motor
9. 1-phase induction motor
10. 3-phase induction motor
11. Synchronous motor
12. Stepper motor
13. Brushless motor
14. Universal motor
15. Hysteresis motor
16. Reluctance m Motor
17. Linear Motor

AC Motor

Двигатель переменного тока (AC) представляет собой тип электродвигателя, который преобразует переменный ток в механическую энергию посредством явления электромагнитной индукции. Он состоит из двух основных частей: внешнего статора, который генерирует магнитное поле с помощью переменного тока, и внутреннего ротора, который генерирует второе магнитное поле с помощью выходного вала.

Постоянные магниты, реактивная энергия и электрические обмотки постоянного или переменного тока могут использоваться для создания магнитных полей ротора. В промышленности трехфазные двигатели переменного тока обычно используются для преобразования большой мощности из электрической энергии в механическую работу. Двигатель требует меньше энергии для запуска и является более прочным и долговечным.

Асинхронный двигатель

Для создания крутящего момента этому двигателю необходим электрический ток, который получается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора. В результате можно построить асинхронный двигатель без электрического соединения с ротором.

Асинхронные двигатели широко используются в промышленности, торговле и домашнем хозяйстве. Поскольку они работают на более низкой скорости, чем синхронные двигатели, эти двигатели иногда называют «асинхронными двигателями». Они имеют простую, прочную конструкцию, недорогую и не требуют особого ухода.

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазный источник питания используется для питания однофазного двигателя переменного тока, как следует из названия. На статоре используется однофазная обмотка, а на роторе — короткозамкнутая обмотка. Импульсное магнитное поле создается при подаче однофазного питания на обмотку статора. Из-за инерции в пульсирующем поле ротор не вращается.

 

Подробнее: Знакомство со стартером двигателя

 

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель преобразует трехфазную входную электрическую мощность в выходную механическую энергию с использованием электромеханической энергии. Эти двигатели используются в различных промышленных приложениях и предназначены для работы от трехфазных источников питания переменного тока. Дробилки, плунжерные насосы, краны, подъемники, компрессоры и конвейеры — вот лишь некоторые из областей применения.

Серийный двигатель

Серийный двигатель представляет собой набор отдельных двигателей, в которых возбуждение соединено последовательно с обмоткой якоря, что позволяет протекать через нее большому току. Серийный двигатель выполняет ту же функцию, что и другие двигатели, в том смысле, что он преобразует электрическую энергию в механическую.

Присоединяйтесь к нашей рассылке новостей

Этот вид арматуры имеет клемму питания на одном конце и катушку возбуждения на другом. Когда внешнее магнитное поле почти сформировано, с ним взаимодействует проводник с током, и может производиться вращательное движение. Для электроприводов с постоянной и переменной скоростью они подходят как для приводов высокой, так и малой мощности.

Составной двигатель

Обмотка якоря составных электродвигателей соединена как с последовательными, так и с шунтирующими катушками возбуждения. Он несет достаточный магнитный поток в якоре, чтобы обеспечить достаточный крутящий момент, чтобы помочь вращаться с желаемой скоростью.

Этот мотор был создан для улучшения качеств обоих моторов. Шунтовой двигатель имеет очень эффективное регулирование скорости, тогда как последовательный двигатель имеет очень высокий начальный крутящий момент. Однако пусковой момент ниже, чем у последовательного двигателя, а регулирование скорости менее эффективно, чем у параллельного двигателя.

 

Подробнее: Понимание диэлектрической проницаемости конденсатора

 

Двигатель PDMC

Полюса постоянного магнита используются в этих типах двигателей, как следует из названия. В этом двигателе магниты намагничены радиально и размещены на внутренних стенках цилиндрического стального статора. Поскольку в этом двигателе нет катушки возбуждения, крутящий момент создается взаимодействием потока якоря и постоянного потока.

Сердечник якоря, коммутатор и обмотка якоря составляют двигатель PDMC. Рабочее напряжение двигателя постоянного тока с постоянным током составляет 6 вольт, при этом 12 вольт доступны, если питание 24 вольта постоянного тока подается от источников напряжения, таких как батареи или выпрямители. Двигатели PMDC обычно используются в приложениях, требующих крошечных двигателей постоянного тока.

 

Синхронный двигатель

Он определяется как двигатель переменного тока, в котором вращение ротора синхронизировано с частотой сети. В этом случае все обороты ротора равны целому числу, кратному частоте приложенного тока.

Для работы этого двигателя не требуется индукционный ток. В отличие от асинхронных двигателей, этот многофазный двигатель переменного тока оснащен электромагнитами на статоре, которые создают вращающееся магнитное поле. Эти двигатели часто используются в приложениях, требующих точного и постоянного действия.

Шаговый двигатель

Это тип электродвигателя, который разделяет полный оборот на множество равных шагов. До тех пор, пока двигатель соответствующим образом масштабируется для приложения с точки зрения крутящего момента и скорости, положением двигателя можно управлять, работая и удерживая любую из этих ступеней без какого-либо датчика положения для обратной связи.

Ротор и статор являются двумя наиболее важными компонентами. Ротор представляет собой вращающийся вал двигателя, а статор содержит неподвижные части двигателя, которые представляют собой электромагниты. Без необходимости активировать двигатель, эти двигатели могут обеспечить гибкость и постоянный удерживающий момент. Среди прочего, они используются в 3D-принтерах, текстильных машинах и печатных машинах.

Бесщеточный двигатель

Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, работающий от источника постоянного тока. Двигатель оснащен электронным контроллером, который изменяет постоянные токи в обмотках двигателя, в результате чего магнитные поля вращаются в пространстве и следуют за ротором с постоянными магнитами.

Контроллер также управляет скоростью и крутящим моментом двигателя, регулируя фазу и амплитуду импульсов постоянного тока. Электродвигатели такого типа чрезвычайно эффективны, обеспечивая огромный крутящий момент в широком диапазоне скоростей. Бесщеточные двигатели используются в различных устройствах, включая жесткие диски, CD/DVD-плееры, насосы и т. д.

 

Подробнее: Обычные типы изоляторов, используемых в линиях электропередачи электромагнит в качестве статора. Переменная скорость, высокий крутящий момент трансмиссии и высокий начальный крутящий момент — все это атрибуты этого двигателя. Универсальные двигатели широко распространены в пылесосах, швейных машинах и других бытовых приборах.

Универсальный двигатель построен аналогично двигателю постоянного тока, но с некоторыми модификациями, позволяющими ему работать от сети переменного тока. Электродвигатели такого типа рассчитаны на вращение с высокой скоростью более 3500 об/мин. Поскольку катушка возбуждения и якорь будут иметь обратную полярность с источником тока, этот двигатель будет эффективно работать от источника переменного тока.

Гистерезисный двигатель

Это асинхронный двигатель с цилиндрическим ротором, который работает за счет индуцированных гистерезисных потерь в стальном роторе с высоким удерживанием. Он может работать в одной из трех фаз и бесшумен для окружающей среды, а также поддерживает постоянный темп.

Кроме того, эти типы электродвигателей долговечны и надежны в полевых условиях и могут работать на различных скоростях. Гистерезис и вихревые токи, которые индуцируются обмоткой статора, ответственны за крутящий момент, создаваемый в двигателе. В электрических часах, магнитофонах, проигрывателях и других устройствах звукозаписи и производства используются двигатели с гистерезисом.

Реактивный двигатель m

Реактивные двигатели с ферромагнитным ротором без обмоток имеют непостоянные магнитные полюса. Эти типы двигателей обеспечивают большую мощность по разумной цене, что делает их привлекательными для различных применений.

Когда магнитное вещество помещается в магнитное поле, оно всегда движется вверх с малым сопротивлением в соответствии с принципом работы этого двигателя. Основной недостаток заключается в том, что при работе на малых оборотах у него возникают значительные пульсации крутящего момента, что создает шум. Многие области применения включают таймеры, сигнальные устройства, записывающее оборудование и т. д.

Линейный двигатель

Линейные двигатели имеют прямой ротор и статор, таким образом, вместо создания крутящего момента за счет вращения, он создает линейную силу по всей своей длине. С другой стороны, эти электродвигатели не всегда прямые.

Активный компонент линейного двигателя, например, подключен, тогда как более типичные двигатели имеют непрерывный контур. Существует два типа линейных двигателей: линейные двигатели с низким ускорением и линейные двигатели с высоким ускорением. Эти двигатели можно использовать для приведения в действие ленточных конвейеров, челноков текстильных ткацких станков и другого оборудования линейного перемещения.

 

Подробнее: Электрическая система автомобиля

Двигатель постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока представляют собой электродвигатели вращательного типа, преобразующие электрическую энергию в механическую. Это указывает на то, что входная электрическая энергия представляет собой постоянный ток, который затем преобразуется в механическое вращение. Магнитное поле создает силы, которые используются в наиболее распространенных типах двигателей постоянного тока.

Проводник с током получает крутящий момент и развивает направление движения при создании магнитного поля. Почти каждый двигатель постоянного тока имеет внутреннее устройство, электромеханическое или электронное, которое регулярно переключает направление тока в двигателе. В игрушках, электромобилях, кранах, подъемниках и сталепрокатных станах используются эти двигатели самых разных размеров.

Шунтовой двигатель

Это тип двигателя постоянного тока, в котором обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно. В результате две обмотки двигателя подвергаются воздействию одного и того же источника напряжения, и он поддерживает индуктивную скорость при любой нагрузке.

При включении двигателя постоянного тока ток проходит как через статор, так и через ротор. Это приводит к созданию двух полей: полюса и арматуры. Шунтовые двигатели известны своим низким пусковым моментом и стабильной скоростью работы. Центробежные насосы, элеваторы, токарные станки, конвейеры и прядильные машины используют этот тип двигателя.

Двигатель с независимым возбуждением

В этих типах электродвигателей основное питание подается независимо на якорь и обмотку возбуждения, как следует из названия. Поскольку обмотка возбуждения питается от отдельного источника постоянного тока, ток от якоря через нее не проходит.

Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением идеально подходят для приложений, требующих широкого диапазона изменений скорости. Сталепрокатные заводы, бумагоделательные машины, судовые двигатели и другие устройства используют электродвигатели этого типа.

 

Подробнее: Понимание ядерной энергии

Заключение

Комбинируя магнетизм и электрический ток, электродвигатель генерирует механическую энергию, используя постоянный или переменный ток. Из-за условий эксплуатации и размера двигателя это чрезвычайно эффективные устройства. Источники постоянного тока, такие как батареи или выпрямители, и/или источники переменного тока, такие как электрические сети, инверторы или электрические генераторы, используются для питания электродвигателей. Тип источника питания, конструкция, применение и тип выходной скорости — все это факторы, которые можно использовать для классификации двигателей.

Это все, что касается этой статьи, в которой обсуждаются различные типы электродвигателей. Надеюсь, вы многому научитесь из прочитанного, если да, поделитесь с другими учениками. Спасибо за чтение, увидимся!

Основы выбора двигателя: Типы двигателей переменного/постоянного тока

Какой тип электродвигателя выбрать для конвейера, стола XYZ или робота? Прежде чем выбрать один, вы должны понять характеристики каждого типа двигателя на рынке.

Типы электродвигателей

Существует два очевидных типа электродвигателей в зависимости от входного напряжения: переменного тока (переменного тока) или постоянного тока (постоянного тока).

В то время как двигатели переменного тока используют переменный ток для питания ряда намотанных катушек, двигатели постоянного тока используют постоянный ток для питания угольных щеток или электрической коммутации. Двигатели постоянного тока, как правило, более эффективны и компактны, чем двигатели переменного тока.

Важно понимать не только различия между характеристиками двигателей переменного и постоянного тока, но и конкретные типы внутри этих категорий.

Помните, что некоторые производители могут предлагать как двигатели, так и драйверы. Даже если двигатель постоянного тока, его драйвер может содержать внутренний источник питания, поэтому драйверы с входом переменного тока могут легко управлять двигателями постоянного тока с источником питания переменного тока.

Теперь давайте углубимся в двигатели переменного и постоянного тока.

 

Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока можно разделить на четыре основные категории: с расщепленными полюсами, с расщепленной фазой, с пусковым конденсатором, с пусковым конденсатором/рабочим конденсатором и с постоянным разделенным конденсатором.

Поскольку компания Oriental Motor производит только двигатели переменного тока с постоянными конденсаторами с разделенным конденсатором, мы рассмотрим только двигатели PSC.

Каждый тип двигателя PSC аналогичен по конструкции. В статоре имеются обмотки, а для вращения используется короткозамкнутый ротор. Конденсаторы необходимы для однофазных двигателей для создания многофазного источника питания. Эти двигатели очень просты в управлении и не требуют драйвера или контроллера для работы. Незначительные различия изменяют характеристики базового асинхронного двигателя переменного тока для удовлетворения различных потребностей в производительности, таких как различные типы тормозов.

Различные типы двигателей переменного тока «PSC» Асинхронные двигатели / асинхронные двигатели Реверсивные двигатели Двигатели с электромагнитным тормозом Моментные двигатели Синхронные двигатели

Асинхронные двигатели / асинхронные двигатели

Асинхронные двигатели являются наиболее распространенными и рассчитаны на непрерывную работу. Они считаются «асинхронными» двигателями из-за наличия запаздывания или скольжения между вращающимся магнитным полем, создаваемым статором и его ротором. Причина, по которой их называют «асинхронными» двигателями, заключается в том, что они работают, индуцируя ток на роторе. Поскольку кроме шарикоподшипников трения нет, они обеспечивают обгон примерно на 30 оборотов после отключения питания (до включения передачи).

На приведенном ниже рисунке показаны конструкция и конструкция асинхронного двигателя.

① Фланцевый кронштейн Кронштейн из литого под давлением алюминия с механической обработкой, запрессованный в корпус двигателя ② Статор Состоит из сердечника статора, изготовленного из пластин электромагнитной стали, медной катушки с полиэфирным покрытием и изоляционной пленки ③ Корпус двигателя Литой под давлением алюминий с механической обработкой внутри ④ Ротор Пластины из электромагнитной стали с литым под давлением алюминием ⑤ Выходной вал Предлагается с круглым валом и с валом-шестерней. Металл, используемый в валу, — S45C. Тип круглого вала имеет плоский вал (выходная мощность 25 Вт 1/30 л.с. или более), а тип вала-шестерни подвергается прецизионной чистовой обработке. ⑥ Шариковый подшипник Oriental Motor использует только шариковые подшипники. ⑦ Токоподводы Токоподводы с термостойким полиэтиленовым покрытием ⑧ Окраска Запекание из акриловой смолы или меламиновой смолы

Как они работают

Когда двигатель включен, он создает вращающееся магнитное поле в статоре. На ротор индуцируется ток, и магнитное поле, создаваемое индуцированным током, взаимодействует с вращающимся магнитным полем, создавая вращение.

 

В этой записи блога можно найти дополнительную информацию об асинхронных двигателях переменного тока.

 

Асинхронные двигатели надежны и могут использоваться для различных приложений общего назначения, где необходима непрерывная работа, а точность остановки не имеет решающего значения. Однофазные двигатели предлагаются для требований с фиксированной скоростью . Требования к переменной скорости могут быть выполнены за счет комбинации трехфазного асинхронного двигателя с ЧРП (преобразователь частоты) или однофазного двигателя с контроллером TRIAC. Некоторые производители также предлагают водонепроницаемые и пыленепроницаемые двигатели, заключая асинхронный двигатель в герметичный корпус.

Кривая скорость-момент отображает ожидаемую мощность двигателя Производительность двигателя представлена ​​на графике кривой скорости-крутящего момента. Асинхронный двигатель переменного тока запустится с нулевой скорости при крутящем моменте «Ts», затем постепенно увеличит свою скорость, преодолев нестабильную область, и установится на «P» в стабильной области, где нагрузка и крутящий момент сбалансированы. Любые изменения его нагрузки приведут к смещению положения «P» по кривой, и двигатель остановится, если он будет работать в нестабильной области. Каждый двигатель имеет свою собственную кривую крутящего момента скорости и спецификацию «номинального крутящего момента».

 

Реверсивные двигатели

Реверсивные двигатели по определению могут работать в обратном направлении и идеально подходят для операций пуска/останова. Реверсивный двигатель похож на асинхронный двигатель, но с фрикционным тормозом и более сбалансированными обмотками. Благодаря фрикционному тормозному механизму его обгон уменьшается примерно до 6 оборотов после отключения питания (до включения передачи). Обмотка двигателя также более сбалансирована, чтобы увеличить пусковой момент для работы в режиме пуска/останова.

Из-за дополнительного тепла, выделяемого реверсивными двигателями, их рекомендуемый рабочий цикл составляет всего 30 минут или 50 %. Примером применения реверсивного двигателя является делительный конвейер, который не слишком требователен к пропускной способности или точности остановки.

	В задней части реверсивного двигателя установлен фрикционный тормозной механизм. Спиральная пружина оказывает постоянное давление, чтобы позволить тормозной колодке скользить к тормозному диску. Тормозное усилие, создаваемое тормозным механизмом реверсивного двигателя Oriental Motor, составляет примерно 10% выходного крутящего момента двигателя.
	На графике показана разница между кривыми скорость-момент асинхронного двигателя и реверсивного двигателя.

 

Двигатели с электромагнитным тормозом

Двигатели с электромагнитным тормозом сочетают в себе трехфазный асинхронный двигатель или однофазный реверсивный двигатель со встроенным электромагнитным тормозом, активируемым при отключении питания. По сравнению с реверсивными двигателями, эти двигатели обеспечивают перебег всего 2-3 оборота (до передачи) и могут использоваться до 50 раз в минуту. Эти двигатели предназначены для удержания их номинальной нагрузки во время вертикальной работы или просто для фиксации двигателя на месте при отключении питания.

Тормозной механизм внутри двигателя с электромагнитным тормозом более совершенен, чем реверсивный двигатель. Вместо тормозной колодки и винтовой пружины, которая постоянно оказывает давление, электромагнитный тормоз включается и выключается электромагнитным и пружинным механизмом.

Как они работают

Как показано на изображении выше, когда на катушку магнита подается напряжение, якорь притягивается к электромагниту против силы пружины, тем самым отпуская тормоз и позволяя валу двигателя свободно вращаться. Когда напряжение не подается, пружина прижимает якорь к тормозной ступице и удерживает вал двигателя на месте, тем самым приводя в действие тормоз.

Двигатели с электромагнитным тормозом используются в вертикальных приложениях, где необходимо удерживать груз, или в приложениях, где груз должен быть заблокирован в положении при отключении питания.

 

Моментные двигатели

Моментные двигатели предназначены для обеспечения высокого пускового крутящего момента и характеристик наклона (крутящий момент максимален при нулевой скорости и постоянно уменьшается с увеличением скорости), а также для работы в широком диапазоне скоростей. Благодаря своей способности изменять выходной крутящий момент в зависимости от входного напряжения, они обеспечивают стабильную работу при заблокированном роторе или в условиях остановки, например, при намотке/натяжении.

Простая регулировка крутящего момента для натяжения

 

Синхронные двигатели

Синхронные двигатели называются «синхронными», поскольку они используют специальный ротор для синхронизации своей скорости с частотой входной мощности. Для 4-полюсного синхронного двигателя, работающего на частоте 60 Гц, он будет вращаться со скоростью 1800 об/мин («синхронная скорость»). Моим самым ранним воспоминанием о применении синхронного двигателя было то, что кто-то использовал его для привода стрелок башенных часов.

Другой тип синхронного двигателя, называемый низкоскоростным синхронным двигателем, обеспечивает высокоточное регулирование скорости, низкоскоростное вращение и быстрое двунаправленное вращение. В этих двигателях в роторе используются постоянные магниты, поэтому они очень отзывчивы. Однако они увеличивают количество полюсов, поэтому синхронная скорость снижается до 72 об/мин при 60 Гц. Низкоскоростные синхронные двигатели могут останавливаться в течение 0,025 секунды при частоте 60 Гц, если они работают в пределах допустимой инерции нагрузки.

Базовая конструкция низкоскоростных синхронных двигателей такая же, как у шаговых двигателей. Поскольку они могут работать от источника переменного тока и обеспечивают превосходные характеристики пуска и остановки, их иногда называют «шаговыми двигателями переменного тока».

 

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока используют постоянный ток для питания угольных щеток и коллектора или для электрической коммутации обмоток с драйвером. Двигатели постоянного тока примерно на 30% эффективнее двигателей переменного тока, поскольку им не нужно индуцировать ток для создания магнитных полей. Вместо этого в роторе используются постоянные магниты.

Электродвигатели постоянного тока бывают двух основных типов: щеточные и бесщеточные. В то время как щеточные двигатели предназначены для приложений общего назначения, бесщеточные двигатели предназначены для точных приложений.

Различные типы двигателей постоянного тока Коллекторный Бесщеточный

Коллекторные двигатели

Источник: Linear Motion Tips/Design World

Щетки и коллектор внутри щеточного двигателя механически коммутируют обмотки двигателя, и он продолжает вращаться до тех пор, пока к нему подключен источник питания. Коллекторные двигатели просты в управлении, но требуют периодического обслуживания и замены щеток, поэтому их расчетный срок службы составляет 1000–1500 часов (более или менее в зависимости от условий эксплуатации). Хотя они считаются более эффективными, чем двигатели переменного тока, они теряют эффективность из-за начального сопротивления обмотки, трения щеток и потерь на вихревые токи.

Коллекторные двигатели предлагаются нескольких типов: щеточные двигатели с постоянными магнитами, шунтирующие, последовательные и составные. Типичное применение щеточного двигателя включает радиоуправляемые автомобили и дворники.

Поскольку Oriental Motor не производит щеточные двигатели, мы предлагаем ограниченную информацию о щеточных двигателях.  

 

Бесщеточные двигатели

 

Системы бесщеточных двигателей обеспечивают лучшую производительность, чем щеточные двигатели, благодаря электрической коммутации и замкнутой обратной связи, но требуют, чтобы драйверы электрически коммутировали обмотки двигателя. Это увеличивает общую стоимость на ось, но может быть необходимой стоимостью для приложений, требующих более продвинутых функций управления скоростью или функций с обратной связью, таких как конвейеры непрерывного действия.

Как они работают

Бесщеточный двигатель имеет встроенный магнитный элемент или оптический энкодер для определения положения ротора. Датчики положения посылают сигналы в схему привода. В бесщеточном двигателе используются трехфазные обмотки
, соединенные по схеме «звезда». В роторе используется радиально-сегментированный постоянный магнит.

ИС на эффекте Холла используется для магнитного элемента датчика. Внутри статора размещены три микросхемы на эффекте Холла, которые посылают цифровые сигналы при вращении двигателя. Эти сигналы сообщают водителю, с какой скоростью работает двигатель и когда нужно подать питание на следующий набор обмоток точно в нужное время.

Узнайте больше о различиях между щеточными и бесщеточными двигателями

Бесщеточные двигатели и приводные системы часто сравнивают с двигателями переменного тока и системами с частотно-регулируемым приводом. Вот сравнение между двигателем переменного тока мощностью 200 Вт и частотно-регулируемым приводом и бесщеточным двигателем и драйвером серии BLE2.

Мы также показываем кривую скорости и крутящего момента системы бесщеточного двигателя по сравнению с двигателем переменного тока и системой ЧРП с эквивалентным типоразмером.

Бесколлекторный двигатель + драйвер	Двигатель переменного тока + ЧРП

По сравнению с щеточными двигателями и двигателями переменного тока бесщеточные двигатели имеют ряд преимуществ, которые могут улучшить работу или уменьшить размеры для таких приложений, как конвейеры и мобильные роботы.

Бесколлекторные двигатели Oriental Motor комплектуются собственными драйверами для обеспечения гарантированных технических характеристик и быстрой настройки. Различные варианты зубчатой ​​передачи предлагаются для гибкости. Замкнутая обратная связь обеспечивается либо энкодером, либо датчиками Холла, и каждый драйвер предлагает различные характеристики и функции для различных приложений.

 

Преимущество бесщеточного двигателя (по сравнению с двигателями переменного тока)

Преимущества

Преимущества по сравнению с щеточными двигателями	по сравнению с двигателями переменного тока
Увеличенный срок службы Низкий электрический шум (EMI) Уменьшить слышимый шум Отсутствие дуги или искр Более доступный крутящий момент Более низкая температура Очиститель Меньший размер	Более эффективный Меньший размер Более низкая температура Постоянный крутящий момент

 

Шаговые двигатели

С технической точки зрения бесщеточные двигатели также включают шаговые двигатели и серводвигатели, которые предназначены для приложений позиционирования благодаря их превосходной способности останавливаться в точных местах. Одной вещью, которая отличает шаговые двигатели от бесщеточных двигателей или серводвигателей, является их способность работать без обратной связи.

Зубчатый ротор и статор с постоянным магнитом	Двухфазный метод возбуждения (упрощенная схема)

Точность остановки шагового двигателя обеспечивается зубчатым намагниченным ротором и зубчатым электромагнитным статором. Другими словами, вместо 4 полюсов в приведенном выше примере бесщеточного двигателя стандартный шаговый двигатель 1,8° имеет 50 полюсов с 50 зубьями.

Благодаря конструкции ротора и статора шаговый двигатель перемещается на четверть шага зуба за каждый прямоугольный импульс, получаемый его драйвером, а скорость регулируется входной частотой импульсов, поэтому очень легко контролировать пройденное расстояние и скорость. с помощью шагового двигателя. Шаговый двигатель также создает удерживающий момент в состоянии покоя, что важно для поддержания точности позиционирования.

Шаговых двигателей с разомкнутым контуром может быть достаточно для обычных приложений с повторяющимся позиционированием. Тем не менее, шаговые двигатели с обратной связью доступны для расширенных приложений позиционирования, требующих как точности, так и проверки положения.

Характеристики скорости и крутящего момента шагового двигателя

Кривая крутящего момента шагового двигателя обычно имеет нисходящий наклон; с самым высоким крутящим моментом, возникающим на низкой скорости, что означает, что его можно использовать для ускорения и замедления. В отличие от системы бесщеточного двигателя, шаговый двигатель не имеет области с ограниченным режимом работы.

Если вы хотите узнать больше, я написал отдельные заметки о шаговых двигателях.

Узнайте о различиях между гибридными шаговыми двигателями, двигателями с постоянными магнитами и шаговыми двигателями с регулируемой скоростью

Узнайте больше о различиях между серводвигателями и шаговыми двигателями

 

Совет по выбору двигателя: практическое правило (все двигатели) 5

Рассчитайте требуемый крутящий момент, момент инерции нагрузки и скорость с помощью нашего инструмента для расчета двигателя. Выберите двигатель, который может удовлетворить требованиям по крутящему моменту, инерции нагрузки и скорости. Выберите двигатель или серию двигателей и драйверов, которые используют доступный источник питания. Помните: системы шаговых двигателей с входом переменного тока выдают больший крутящий момент в области высоких скоростей. Выберите двигатель или серию двигателей и приводов, которые удовлетворяют требованиям других приложений, таких как электромагнитный тормоз или сетевые возможности.

 

Этот пост в блоге дает общее представление о многих типах двигателей переменного/постоянного тока, представленных на рынке. В дополнение к различиям в производительности решающими факторами также могут быть качество, стоимость, ассортимент продукции, время выполнения заказа и поддержка. Очень важно найти поставщика двигателей, который может гарантировать качество работы, предоставлять экспертную поддержку для широкого спектра продуктов и поставлять его в разумно короткие сроки.