Где используются электродвигатели: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Электродвигатель. Виды и применение. Работа и особенности

Устройство под названием «электродвигатель» предназначается для преобразования энергии э/м поля в ее механическую (вращательную) разновидность. Такие агрегаты широко применяются во многих областях хозяйственной деятельности человека. Они востребованы в механизмах, где вращательное движение вала двигателя позволяет производить полезную работу.

В основу работы электродвигателей различного типа заложен принцип взаимодействия магнитных полей, открытый М. Фарадеем в 1821 году. Коротко его суть можно сформулировать следующим образом:

При протекании тока через провод (обмотку) вокруг него появляется собственное магнитное поле.
Если такой провод находится рядом с постоянным магнитом – он начнет отклоняться в ту или другую сторону.
Величина и вектор отклонения зависят от направления протекания потока электронов и его интенсивности.
Если пропускать постоянный ток через рамку, расположенную в промежутке между двумя полюсами магнита – она начнет вращаться.
Направление вращения зависит от того, в какую сторону движутся заряженные частицы.

Это открытие легло в основу разработки известного всем двигателя постоянного тока.

Представленный схематично электродвигатель состоит из следующих основных частей:

Двухполюсный постоянный магнит.
Вращающаяся рамка, по которой пропускается ток.
Токосъемные графитовые щетки

Для полноценной работы такого устройства потребуется отдельный источник энергии.

Вращение рамочной конструкции в поле постоянного магнита объясняется отталкиванием однополярных полюсов и притягиванием противоположных. В реальном электродвигателе вместо одиночной рамки используется так называемый «ротор» или «якорь», состоящий из множества витков проводников выбранного диаметра.

На основании того же открытия была разработана еще одна разновидность преобразователя электроэнергии во вращательное движение. Это электродвигатель, в котором в качестве магнитов используются катушки с протекающим по ним трехфазным током. Принцип его работы точно такой же, что и у описанной выше модели, но конструкция и способ преобразования несколько иные.

В устройствах переменного тока ротор, расположенный между многополюсными катушками, под воздействием изменяющегося по величине и направлению э/м поля начинает вращаться. Чаще всего он изготавливается в виде цилиндра, состоящего из множества короткозамкнутых витков и внешне напоминающего клетку белки. Применение ротора, называемого «беличьим колесом», позволяет повысить КПД электродвигателя и улучшить его эксплуатационные показатели.

Разновидности электродвигателей

Электродвигатели классифицируются по следующим основным признакам:

Вид электрической энергии, используемой для формирования э/м поля в катушках.
Особенности взаимодействия неподвижного статора и вращающегося ротора.
Способ подачи напряжения на подвижный узел.

В особую группу выделяются шаговые серводвигатели, ротор которых вращается не непрерывно, а дискретно (пошагово).

Согласно первому признаку все известные устройства делятся на двигатели постоянного и переменного тока. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы и востребован в определенных условиях эксплуатации.

По способу взаимодействия э/м полей статора и ротора электродвигатели подразделяются на асинхронные и синхронные. Первые отличаются от вторых тем, что скорость вращения ротора у них несколько меньше того же показателя для э/м поля статора. Он слегка отстает от вращающегося э/м потока и как бы «скользит» по нему. В синхронных устройствах такого отставания нет.

Асинхронный электродвигатель

Основными узлами являются неподвижный статор в виде медных обмоток и вращающийся ротор, вал которого передает механический импульс на приводной механизм. Катушки намотаны на сердечниках из специальной электротехнической стали, позволяющей получить нужные рабочие характеристики.

Они выполнены в виде трех групп одинаковых полюсов, разнесенных по окружности одна относительно другой на 120 градусов. На каждую такую группу от трехфазной сети подается напряжение соответствующей фазы, смещенное относительно двух других на ту же треть периода (360/3). Благодаря этому электромагнитное поле катушек перемещается по окружности статора с сетевой частотой 50 герц. При этом оно взаимодействует с э/м полем ротора, который начинает вращаться с той же радианной скоростью.

Помимо этих двух частей, асинхронный электродвигатель содержит следующие обязательные узлы:

Клеммная коробка.
Вал.
Статор.
Ротор.
Корпус.
Вентилятор.
Комплект подшипников скольжения.

Для охлаждения трущихся частей на корпус агрегата устанавливается вентилятор, работающий от того же трехфазного источника тока.

Асинхронные двигатели отличаются относительной дешевизной и высокой надежностью функционирования.

К недостаткам традиционно относят:

Непостоянство скорости вращения вала.
Сложность управления этим параметром.
Его ограниченность по величине (не более 3000 оборотов в минуту).

Для устранения всех перечисленных недостатков был разработан синхронный электродвигатель.

Синхронные агрегаты

Этот тип электродвигателей примечателен тем, что ротор у них вращается синхронно с создаваемым статором э/м полем. В корпусе такого изделия также имеются полюса с обмотками (3). Подвижный ротор, называемый в этом случае «якорем», тоже состоит из обмоток, намотанных в пазах основания из электротехнической стали.

Выводы его катушек припаиваются к секторам коллектора 5, выполненного в виде токосъемного кольца. А на них в свою очередь подается рабочее напряжение, для чего используются графитовые щетки 4. За счет подачи напряжения на коллектор якоря в его обмотках формируется свое собственное э/м поле.

Вращающий момент в синхронных двигателях создается в результате взаимодействия между электромагнитными потоками ротора (якоря) и возбуждающей обмотки. Регулировать скорость вращения вала можно путем изменения величины прикладываемого к щеткам напряжения. В большинстве бытовых приборов, работающих по этому принципу, в качестве регулирующего органа чаще всего используется переменное сопротивление или проволочный реостат.

По способу подачи питания на вращающийся ротор все известные двигатели подразделяются на агрегаты с коллекторным подключением и обходящиеся без него. Вторая разновидность так и называется – бесколлекторные моторы. Они характеризуются высокой надежностью и привлекают пользователя низким уровнем вредных электромагнитных излучений.

К их достоинствам также относят:

Отсутствие искрообразования, позволяющее применять эти устройства на особо опасных производствах.
Пониженная шумность.
Длительные сроки эксплуатации.
Простота обслуживания.

Такие электродвигатели востребованы во взрывоопасных производствах, связанных с переработкой и перекачкой нефти и газа.

Бесколлекторные агрегаты применяются не только в промышленном производстве. Они востребованы и в быту, где на их основе производятся такие нужные в домашнем хозяйстве устройства, как электрические мясорубки, холодильники, пылесосы, а также вентиляторы, соковыжималки и т.п. Универсальность этих агрегатов заключается в том, что они выпускаются в двух исполнениях, одно из которых работает от сети переменного тока, а второе – от постоянного напряжения. Это позволяет применять такой электродвигатель в миниатюрных приборах самого широкого назначения.

Области применения асинхронных и синхронных машин

Асинхронные электродвигатели – самый распространенный тип устройств, преобразующих электрическую энергию во вращательное движение. Изделия этого класса широко применяются в самых различных областях народнохозяйственной деятельности. Чаще всего они используются в качестве приводных агрегатов, устанавливаемых в дерево- и металлообрабатывающих станках и в подобных им механизмах.

В бытовых условиях асинхронные двигатели применяются в приборах, где не требуется регулировка скорости вращения вала.

К этой категории относятся следующие изделия:

Холодильники различных типов.
Бытовые вентиляторы.
Стиральные машины.
Электробритвы.
Звуковоспроизводящая аппаратура и другие устройства.

Однофазные синхронные (коллекторные) электродвигатели нередко применяются в быту там, где требуется высокая скорость вращения, а также возможность ее плавного изменения. Они востребованы и в тех областях, где необходима частота вращения вала более 3000 оборотов в минуту. Такой электродвигатель устанавливается в профессиональном и бытовом электроинструменте (в дрелях и перфораторах, например), а также в кофемолках, пылесосах и миксерах.

Использование электродвигателей в железнодорожной и автомобильной промышленности

Вскоре после того как электродвигатель был изобретен, его начали использовать в наземном и водном транспорте в качестве тягловой силы. Даже с появлением двигателя внутреннего сгорания электрические механизмы не утратили своей актуальности благодаря таким качествам, как:

Высокий КПД (до 95%).
Большой ресурс.
Экологичность.
Простота в уходе.
Большая мощность.
Экономичность.
Бесшумность.

Виды транспорта, в которых применяются электродвигатели

Использование электродвигателей в железнодорожной и автомобильной промышленности обусловлено их высокой эффективностью и, что особенно важно на данный момент, экологической чистотой. Основные виды техники, работающей на электричестве – это:

Локомотивы (тепловозы с электропередачей и электровозы).
Атомоходы, подводные лодки, теплоходы с электроприводами.

Пригородные электропоезда.
Городской наземный транспорт (троллейбусы и трамваи).
Подземный городской транспорт (поезда метрополитена).
Электромобили.
Большегрузные автомобили с электроприводом.
Беспилотные летательные аппараты.
Самоходные краны.
Транспортно-подъемные машины.

В тепловозах часто устанавливается дизель в паре с электродвигателем – первый вращает генератор, питающий ТЭД, а второй приводит колеса в движение.

Ниже мы рассмотрим особенности моторов разных типов транспорта.

Двигатели для городского транспорта

Двигатели для надземного и подземного городского транспорта дают возможность улучшить экологическую обстановку и снизить уровень шума в мегаполисах. Основная нагрузка приходится на поезда метро, поэтому сейчас непрерывно ведется работа над улучшением эксплуатационных характеристик, надежности и долговечности электродвигателей вагонов. К ним предъявляются следующие требования:

Способность справляться с высокими пусковыми ускорениями.
Способность сохранять высокую эффективность при постоянной смене режимов работы.

К особенностям тяговых двигателей для всех видов городского транспорта можно отнести:

Сравнительно небольшую мощность (до 200 кВт).
Низкое максимальное напряжение.
Высокий КПД (до 91%).
Наличие резервов для роста эффективности работы агрегата.

Двигатели для спецтехники и крановых установок

На самоходных кранах электродвигатели приводят в движение привод колес и лебедку. При мощности в 40-50кВт они могут работать от сети 220В. В торговых и логистических центрах для транспортировки продуктов питания и фармакологических товаров применяются исключительно погрузчики с электродвигателями, так как они не производят экологически вредных выбросов.

Двигатели для электровозов

Это самые мощные двигатели (до 400кВт для тепловозов и до 1500кВт для карьерных и магистральных электровозов), которые работают в комплексе с тяговой передачей и движущей колесной парой, образуя колесно-моторный блок. Они создают очень сильное тяговое усилие и позволяют транспорту развивать большую скорость.

Электродвигатель: (Работа + Использование + Факты)

Электродвигатели являются одними из самых распространенных электрических машин, которые можно найти в широком спектре электронных устройств. В доме вы найдете несколько предметов, в которых есть двигатели, такие как вентиляторы, кофемолки, миксеры, движущиеся игрушки и пылесосы.

Что такое электродвигатели?

Электродвигатели — это электрические машины, которые работают на электричестве для производства механической энергии. Механическая энергия может использоваться для вращения вентиляторов или движения электромобиля и т. д. Электрические двигатели бывают разных номиналов напряжения и мощности, например, 120 вольт, 220 вольт и 12 вольт. На них должно подаваться номинальное напряжение, чтобы обеспечить бесперебойную работу и избежать повреждений.

Как работают электродвигатели?

Основным принципом работы электродвигателя является действие электромагнитных сил. Когда по проводу течет электрический ток и он помещается в магнитное поле (например, рядом с магнитом), на него действует сила, толкающая его в определенном направлении — в зависимости от ориентации провода и магнитных полюсов.

Корпус мотора состоит из двух основных частей; статическая часть и вращающаяся часть. Статическая часть содержит постоянный магнит или электромагнит для создания магнитного поля. Принимая во внимание, что вращающаяся часть намотана изолированным медным проводом. Когда электрический ток проходит по медному проводу во вращающейся части, электромагнитные силы между неподвижной частью и вращающейся частью вступают в действие и заставляют вращающуюся часть вращаться и генерировать механическую энергию.

Это самое простое определение того, как работает двигатель, но для подробного понимания его работы перейдите по ссылке: https://www.explainthatstuff.com/electricmotors.html.

Электродвигатели переменного и постоянного тока

Существуют две широкие категории электродвигателей, которые используют для питания различные типы токов. Этими двумя категориями являются двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.

Двигатели постоянного тока – Этим двигателям для выполнения своих функций требуется постоянный ток. Постоянный ток — это тип тока, который всегда течет в одном направлении — в одном направлении. Двигатели постоянного тока обычно оснащены постоянными магнитами в их статической части, но есть также некоторые двигатели, которые содержат электромагниты вместо постоянных магнитов в их статической части. Двигатели постоянного тока менее распространены в тяжелых условиях
Двигатели переменного тока — Эти двигатели работают на переменном токе (AC) для выполнения своей работы. Переменный ток отличается от постоянного тем, что он течет двояко – меняет направление с определенной частотой в герцах. Электродвигатели переменного тока не используют постоянные магниты в своей статической части, а используют катушки проволоки для создания магнитного поля. Двигатели переменного тока в основном используются для тяжелых работ на фабриках и в домах (например, для перекачки воды).

Использование электродвигателей

Бытовой водяной насос

Электричество — самый экономичный способ передачи энергии на очень большие расстояния по проводам. Но мы не можем использовать электричество напрямую для выполнения нашей работы, например, для перекачки воды, для которой требуется механическая энергия. Нам нужен способ производить механическую энергию из электричества для выполнения механической работы. Для этого мы используем электродвигатели, которые на входе берут электричество, а на выходе отдают механическую мощность.

Вот основные задачи, для которых нам требуются электродвигатели:

Электромобили . Эти автомобили работают на электричестве, которое в основном получают от автомобильных аккумуляторов. Они получают механическую энергию от электродвигателей вместо двигателей внутреннего сгорания.
Отрасли промышленности — В различных отраслях промышленности требуется механическая энергия от электродвигателей, например, перемешивание, подъем и вытягивание и т. д.
Электрические игрушки — Игрушки, выполняющие определенные движения требуют электродвигатели.
Домашнее хозяйство . Чтобы жить комфортно, мы используем множество электроприборов, для которых требуются электродвигатели, такие как кондиционер, электрические вентиляторы, пылесос, водяной насос, кофемолка, миксер и т. д. напротив этого электродвигателя; они производят электричество, когда их вращающаяся часть вращается двигателем.
Теоретически, если вы повернете вращающуюся часть электродвигателя, вы будете генерировать столько же электроэнергии, сколько потребляет двигатель для работы на этой скорости.
Майкл Фарадей и Генри Джозеф были первыми, кто произвел движение с помощью электрического тока.

Для чего нужен электродвигатель?

Электродвигатели можно найти во многих бытовых приборах, а также в крупных промышленных предприятиях, но какова их цель и как они работают? Электродвигатели Parvalux питают промышленность по всему миру, от конвейерных систем и автоматических дверей до систем стеклоочистителей поездов и даже игровых автоматов. В этом блоге мы обсуждаем, как работают компоненты электродвигателей и как их использовать в различных отраслях промышленности.

Как работают электродвигатели?

В общих чертах, электродвигатели работают путем преобразования электрической энергии в механическую. Когда это происходит в магнитном поле, создается сила, вызывающая вращение вала. Электродвигатели могут питаться от сил переменного или постоянного тока, следовательно, двигатели переменного и постоянного тока.

Каковы основные компоненты электродвигателя?

В зависимости от их использования и типа тока, протекающего через электродвигатель, каждый из них имеет различные компоненты, обеспечивающие работу двигателя. Вот некоторые из ключевых частей двигателя:

Ротор – Ротор представляет собой катушку, установленную на оси, и обеспечивает механическую энергию вращения. Он вращается с высокой скоростью и может включать в себя проводники, несущие ток и взаимодействующие с магнитным полем в статоре

Статор — действует противоположно ротору, поскольку является неподвижной частью электромагнитной цепи. Он состоит из постоянных магнитов или обмоток и часто состоит из тонких металлических листов, называемых пластинами, которые могут помочь уменьшить потери энергии. Они в основном встречаются в коллекторных двигателях постоянного тока 9.0024 Коммутатор
. Эта деталь является очень важным компонентом двигателей постоянного тока, поскольку без нее ротор не сможет непрерывно вращаться. Коллектор представляет собой полукольцо в электродвигателе, обычно сделанное из меди, и позволяет ротору вращаться за счет изменения направления тока каждый раз, когда ротор поворачивается на 180 градусов

Важно помнить, что эти детали работают по-разному в зависимости от того, являются ли они щеточными или бесщеточными двигателями. В бесщеточном двигателе постоянного тока постоянные магниты установлены на роторе, а электромагниты на статоре.

Для чего используются электродвигатели?

Электродвигатели используются в различных отраслях промышленности по целому ряду причин, в первую очередь из-за их более длительного срока службы по сравнению, скажем, с двигателями, работающими на ископаемом топливе, поскольку они требуют меньше обслуживания и предлагают более экологичную альтернативу.