От чего зависят обороты электродвигателя

все о электродвигателях

Любой электродвигатель обладает следующими основными характеристиками:
— Потребляемая мощность
— Максимальный КПД
— Номинальная частота вращения вала
— Номинальный момент.

Потребляемая мощность электродвигателя определяется как произведение напряжения питания, которое подведено к щеткам (речь идет исключительно о коллекторных асинхронных двигателях постоянного тока — к которым относятся все без исключения двигатели, применяемые в приводах) на ток, протекающий через двигатель: P(Вт)=U(В)*I(А).
Максимальный КПД двигателя показывает, какая часть от подведенной энергии при номинальной нагрузке и номинальных оборотах преобразуется в механическую. КПД используемых в ЭПО коллекторных моторов составляет примерно 65..70%.
Механическая мощность двигателя есть произведение оборотов на момент: Pмех(Вт)=N(Рад/с)*M(Н*м), либо произведение электрической мощности на КПД: Pмех=P*КПД.
Стоит также сказать, что любой двигатель характеризуется зависимостью момента от оборотов — это называется механической характеристикой двигателя. У электродвигателей механическая характеристика : двигатель развивает примерно одинаковый по величине момент практически при любых оборотах вала, не превышающих максимальное значение. В зависимости от соотношения момента и оборотов, правда, значительно меняется КПД двигателя и потребляемый им ток. Так, например, при уменьшении оборотов двигателя потребляемый ток возрастает, а КПД падает (это очевидно из того, что произведение U*I (потребляемая мощность) возросло, а произведение N*M (механическая мощность) уменьшилось).
Габаритные размеры электродвигателя определяются в первую очередь количеством тепла, которое необходимо рассеивать в единицу времени. Предположив, что тип и КПД мотора фиксированы, масса двигателя линейно-пропорциональна его мощности. Отсюда следует первый важный вывод: максимальная достижимая мощность электродвигателей одного форм-фактора, КПД и массы идентична.
Соотношение числа полюсов ротора и статора определяет соотношение оборотов и момента на валу двигателя. Чем больше полюсов имеет ротор (соответственно увеличивается и число ламелей коллектора), тем выше будет номинальный момент двигателя и ниже номинальные обороты (при которых двигатель обладает наивысшим КПД).
Мощность постоянных магнитов статора определяет максимальный КПД двигателя, влияет на соотношение оборотов и момента на валу и на максимальную мощность. Двигатель со слабыми магнитами при прочих равных условиях будет вращаться с более высокими оборотами, но со значительно меньшим моментом. При попытке мотор механической нагрузкой будет наблюдаться значительное снижение оборотов и значительное увеличение потребляемого тока с одновременным понижением КПД. Двигатель с мощными магнитами будет менее оборотистым и с более высоким моментом на валу. Мощные магниты являются одним из ключевых условий для возможности работы мотора на максимальной мощности.
Обмотки ротора характеризуются следующими основными параметрами: числом витков на зуб и активным сопротивлением. Между собой обмотки могут быть соединены двумя способами: звездой — у каждой обмотки один конец к отдельной ламели коллектора, а другой — в общий с другими обмотками узел, либо треугольником: к каждой ламели присоединен конец предыдущей обмотки и начало следующей. При числе полюсов более 3х конец и начало одной обмотки могут быть подсоединены не к двум последовательным ламелям, а через одну или несколько. В случае идентичного числа витков и толщины провода, соединение треугольником дает меньшее суммарное сопротивление, больший ток и бОльшую мощность при фиксированном напряжении питания. В заводских моторах обмотки всегда соединены треугольником.
Толщина провода и число витков связаны между собой, поскольку геометрическое пространство для обмотки фиксировано. Сечение провода всегда стараются максимизировать, чтобы максимально использовать доступное пространство: это снижает активное сопротивление обмоток и позволяет получить максимально высокий КПД, что в свою очередь позволяет снимать с мотора бОльшую мощность.
Провод обмоток может быть одножильным или многожильным. Многожильный провод проще мотать в домашних условиях (проще заполнить доступное для обмотки пр-во) и он дает чуть более высокий КПД за счет минимизации скин-эффекта, если использована, к примеру, высокочастотная широтно-импульсная модуляция питающего напряжения для плавного управления мощностью. Для коллекторных моторов обычно не актуально и поэтому обмотка выполнена в одну жилу.
Так как обмотки двигателя всегда занимают доступное пространство максимально плотно, максимальная мощность мотора не зависит от числа витков обмоток. Число витков определяет соотношение напряжения и тока при который двигатель развивает максимальную мощность. Двигатель с меньшим числом витков при неизменном напряжении питания будет потреблять бОльший ток и развивать более высокие обороты и момент. Двигатель с большим числом витков будет менее моментным и оборотистым при том же напряжении. Для работы с идентичной мощностью для маловиткового мотора требуется меньшее напряжение питания и больший ток, для многовиткового мотора — наоборот. При этом максимальная допустимая мощность обоих моторов будет одинакова и ограниченна условиями отвода тепла. Отсюда следует второй важный вывод: мощность мотора не зависит от типа намотки, тип намотки определяет лишь напряжение и ток, при которых двигатель разовьет свою максимальную мощность.
Дополнительным источником потерь и тепловыделения является щеточно-коллекторный узел. Контакт между щетками и вращающейся поверхностью коллектора обладает значительным активным сопротивлением, приводящим к нагреву. Кроме того, коллекторный узел создает дополнительное механическое сопротивление вращению вала, что также съедает часть мощности, преобразуя ее в тепло.
Что происходит с двигателем при перегреве?
В случае перегрева постоянных магнитов статора выше определенной температуры, называемой точкой Кури, те резко теряют свои магнитные свойства (на то время, пока температура превышает точку Кури). Лишившись на внешнее магнитное поле, в обмотках ротора резко уменьшается генераторное ЭДС, противостоящее ЭДС источника питания — что эквивалентно уменьшению реактивного сопротивления обмоток. Ток через обмотки резко возрастает и тепловыделение значительно увеличивается, при этом двигатель не начинает производить больше механической работы: его момент и обороты остаются неизменными или даже понижаются. Точка Кури для обычных ферритовых магнитов наступает примерно при 80 градусах, для неодимовых может превышать 120 градусов Цельсия. Таким образом, перегрев мотора выше определенной температуры крайне опасен еще более резким нагревом и последующим выходом из строя.
По внешним признакам определить перегрев мотора очень сложно: частота вращения на слух не меняется и двигатель продолжает работать, а резкое увеличение тока и усиление нагрева невооруженным глазом не видно — до тех пор, пока из мотора не повалит дым.
При нагреве обмоток ротора выше 130-150 градусов начинается разрушение лакового изоляционного покрытия поводов, возможны межвитковые замыкания, увеличивающие ток и интенсивность нагрева еще сильнее. И хотя медь проводов обычно не плавиться (гораздо раньше сгорают щетки коллекторного узла или предохранитель — если есть), обмотки даже визуально становятся более темными или черными, для восстановления работоспособности мотора требуется перемотка.
В случае перегрева коллекторного узла поверхность ламелей начинает покрываться продуктами сгорания щеток, что значительно повышает сопротивление контакта щетки-коллектор и приводит к еще большему увеличению скорости нагрева. Увеличение тока через обмотки также приводит к увеличению тока через коллектор. Прежде, чем начнут плавиться и гореть открытым пламенем ламели и щетки, зачастую начинает плавиться и гореть изоляционная основа под ламелями коллектора.
Подводя итог, следует важный вывод: перегрев электродвигателя приводит к еще более быстрому усугублению ситуации и мотор выходит из строя очень быстро, скорость процесса ограничивается лишь теплоемкостью элементов двигателя и потребляемой мощностью. В случае начала перегрева до опасной температуры мотор нагревается за время от 5 до 30 секунд. Однако мотор не начнет перегреваться без определенных к этому предпосылок.
Ситуации, приводящие к перегреву мотора
Электродвигатель может перегреться в случае нарушения условий его работы, приводящих к внутреннему тепловыделению сверх допустимого уровня. Увеличение температуры внутри двигателя растет в трех случаях:
— При нарушении условий внешнего охлаждения (внешнего отвода тепла);
— При превышении допустимого тока;
— При превышении допустимого момента на валу.
Предположив, что условия воздушного охлаждения мотора неизменны, тогда имеем два способа перегреть мотор: повысив напряжение питания (при этом возрастает и ток) и/или увеличив механическую нагрузку на валу. Конкретизируя ситуацию до случая с электроприводным автоматом, увеличение момента на валу достигается установкой более жесткой боевой пружины, а увеличение напряжения — установкой аккумулятора с бОльшим числом элементов или меньшим внутренним сопротивлением. В большинстве случаев подобный прием не приводит к каким либо ощутимым последствиям потому, что мотор в приводе с запасом и изначально не работает на полную мощность в целях продления срока службы, а стрельба ведется относительно короткими очередями и мотор не успевает нагреться до опасной температуры.
Чтобы сохранить условия работы мотора неизменными, необходимо обеспечивать неизменные значения нагрузки на валу и напряжения питания. При установке более мощной пружины для сохранения момента на валу двигателя следует установить шестерни с бОльшим передаточным отношением ( ). При удачном подборе момент и обороты двигателя останутся неизменными (либо, по крайне мере, мало отличающимися от номинальных), однако будет наблюдаться некоторое снижение скорострельности, так как один цикл сжатия пружины будет происходить за большее число оборотов двигателя.
Чтобы легально повышать напряжение и момент без риска спалить движок, можно воспользоваться улучшением условий охлаждения двигателя: насверлить дополнительных отверстий в корпусе мотора и пространства вокруг него, установить на вал мотора небольшую крыльчатку для принудительной циркуляции воздуха, привинтить мотор к мощным металлическим элементам или радиаторам и т.д.
Подводя итог, можно сделать вывод относительно оправданности покупки моторов и их х-ках. Первое и самое главное: так как габариты мотора неизменны, максимальная мощность, которую можно снять с такого мотора, мало отличается от максимальной мощности штатного мотора. Положительные отличия могут заключатся в наличии в фирменном моторе более мощных редкоземельных магнитов и меньшем числе витков — такой двигатель будет обладать более высоким КПД, а максимальную мощность развивать при меньшем питающем напряжении. Однако, маловитковый мотор можно легко спалить, подав (к примеру) те же 14 вольт, которыми приходилось питать старый мотор для работы в паре со 140-ой (150-ой, 160-ой. ) пружиной, так как двигатель с малым числом витков разовьет значительно бОльшую мощность. Таким же образом можно повредить саму механику внутри компрессора.

Вопрос — ответ|Двигатели

Какой принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?
Преобразователь частоты создает вращающееся магнитное поле в статоре, а оно создает электрическое поле в короткозамкнутом роторе (принцип магнитной индукции). Происходит взаимодействие между полями ротора и статора. Поле ротора стремится вращаться также как поле статора, тем самым ротор приходит во вращение.

От чего зависит номинальная скорость вращения ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?
Она зависит от частоты питающего напряжения и количества пар полюсов и скольжения. Преобразователь частоты позволяет регулировать частоту питающего напряжения и тем самым скорость вращения вала электродвигателя (ЭД).

Какое значение имеет скорость вращения вала электродвигателя при его работе от сети?
Скорость равна номинальной частоте двигателя.

Какова скорость вращения вала электродвигателя при его работе от преобразователя частоты?
Скорость регулируется от преобразователя частоты.

Как связан момент с током электродвигателя?
Для двигателя с постоянными магнитами момент пропорционален току статора. Для асинхронных двигателей зависимость между током и моментом нелинейная, но в рабочей зоне рост тока приводит к росту момента.

Какие существуют способы подключения обмоток двигателя?
Треугольник, Звезда (изменяется номинальное напряжение и ток двигателя). см. раздел Ввод в эксплуатацию и монтаж

При подключении в звезду или треугольник будет больше номинальное линейное напряжение двигателя?
Линейное напряжение будет больше для звезды (соответственно ток наоборот меньше).

Что такое скольжение?
Скольжение – это разница между скоростью поля статора и частотой вращения ротора в процентах.

Чипгуру

От чего зависит скорость вращения электродвигателя

Всё об электрических исполнительных механизмах и системах управления ими.
Сообщений: 5 • Страница 1 из 1
Автор темы

От чего зависит скорость вращения электродвигателя

Сообщение #1 terypor » 20 апр 2020, 15:08

Добрый день! Сразу скажу, я далеко не технарь, собственно поэтому и решил обратиться с этим вопросом на этот форум. Также скажу сразу, что поиск в гугле/яндексе дал мало информации.
Вопрос собственно вот в чём.
Есть электродвигатель, переменного тока, а конкретно из блендера.
Скорость его вращения может очень сильно варьироваться — от 25 тысяч до 40 тысяч об/мин, при подключении в разные сети. 25 тысяч показывал в обычной нашей сети ~220V, 50Hz. 40 тысяч — на тестовом стенде в Китае, параметры сети неизвестны.
Я так понимаю, что параметеры электросети, которые могут влиять на скорость вращения — напряжение и частота?
Если так, то какая примерно зависимость скорости вращения от напряжения/частоты? Может ли увеличение напряжения на 20% (скажем, с 200 до 240 В) дать увеличение скорости вращения на 60% (с 25 до 40 тысяч)?

От чего зависит скорость вращения электродвигателя

Сообщение #2 VVKV » 20 апр 2020, 16:08

terypor писал(а): Источник цитаты из блендера.

В подобного рода бытовых приборах используются универсальные электродвигатели: коллекторные с последовательным возбуждением и с шихтованным статором. Скорость вращения очень сильно зависит от нагрузки и от напряжения питающей сети.

terypor писал(а): Источник цитаты поиск в гугле/яндексе дал мало информации

ПолнО информации:
https://www.google.ru/search?newwindow= . ent=psy-ab

От чего зависит скорость вращения электродвигателя

Сообщение #3 T-Duke » 20 апр 2020, 16:17

VVKV писал(а): Источник цитаты Скорость вращения очень сильно зависит от нагрузки и от напряжения питающей сети.

Все верно. Уточнение. С ростом напряжения питания максимальная скорость вращения на холостых линейно возрастает. Однако разница 25тыс и 40 тыс слишком велика, чтобы объяснить это разницей в напряжении питания. Тогда вместо штатных 220В пришлось бы подавать 352В переменки. Ну типа китайцы через ЛАТР питали.

Однако с учетом того что двигатель сериесный, от нагрузки зависимость нелинейная. И чем меньше сопротивление вращению ротора, тем выше обороты на ХХ. Если бы не было сопротивления трения в щетках коллектора, то двигатель без нагрузки мог бы куда сильнее разгоняться. То есть при питании от одной и той же сети, максимальные обороты определяются сопротивлением вращению ротора. Возможно у китайцев на стенде двигатель свободный был, а при испытании у нас, на роторе была нагрузка какая-то. Или же для стенда китайцы выбрали самый хороший двигатель у которого минимальные потери на трение. Вот он и смог раскочегариться до 40тыс.

Technology is insignificant comparing to the power of the Force.
Автор темы

От чего зависит скорость вращения электродвигателя

Сообщение #4 terypor » 20 апр 2020, 17:36

T-Duke писал(а): Источник цитаты Ну типа китайцы через ЛАТР питали

Точно! Загуглил, что такое ЛАТР, и узнал его внешне — именно через него они и запитывали блендер, когда показывали на нём 40 тысяч (есть у меня видеозапись их теста). Но на видеозаписи, из-за ракурса съёмки, не было видно, какое там стояло напряжение. Значит, всё-таки оно там было поднято, как вы говорите до ~350 V. Вот кажется и ответ на мой вопрос. Спасибо Вам!

От чего зависит скорость вращения электродвигателя

Сообщение #5 T-Duke » 21 апр 2020, 11:57

terypor писал(а): Источник цитаты именно через него они и запитывали блендер, когда показывали на нём 40 тысяч (есть у меня видеозапись их теста). Но на видеозаписи, из-за ракурса съёмки, не было видно, какое там стояло напряжение. Значит, всё-таки оно там было поднято, как вы говорите до ~350 V.

Наверно китайцы делали овервольтаж, чтобы показать, что их продукт имеет запас прочности, как электрической, так и механической, так как может работать в условиях, которых в обычной сети не бывает.

Принцип работы электродвигателя

Unfortunately, you are using an outdated browser. Please update your browser to improve performance, quality of the displayed material, and improve security.

Электрический двигатель (коротко – электродвигатель) преобразует энергию тока в механическое движение. Принцип работы устройства основан на магнетизме, что определяет присутствие в конструкции магнитов (постоянных, электромагнитов, материалов с магнитными свойствами).

Виды электродвигателей

• Синхронные электродвигатели сложнее в плане конструкции. У них есть обмотка ротора, а питание подается через щеточный механизм. Свое название получили благодаря синхронности вращения с магнитным полем, которое его запускает.
• Асинхронные просты в сборке, а потому пользуются самой большой популярностью (нет обмотки, щеток и т. д.). Их роторы двигаются медленнее магнитного поля, что определяет асинхронность вращения электродвигателя и его название.

В быту и промышленности встречаются электрические двигатели различных видов, типов, классов, мощностей. Самыми востребованными остаются простые в конструкции устройства, которые решают задачу преобразования электроэнергии в механическое вращение вала. Но даже в этой группе есть масса нюансов, которые нужно знать, чтобы правильно эксплуатировать оборудование. Начинается такая практика (грамотного использования электродвигателей для любых целей) с понимания того, как оно функционирует (принципов работы).

Принцип работы синхронного электродвигателя на видео

Принцип работы асинхронного электродвигателя на видео

Конструкция электродвигателя

Центральный процесс функционирования электрического двигателя постоянного тока (коротко ДПТ) – нагнетание крутящего момента за счет напряжения, подаваемого на роторные катушки. Процесс становится возможным благодаря 4 конструктивным элементам:

• коллектору;
• щеточному механизму (2 щетки + 2 пластины/ламели);
• ротору электрического двигателя (якорь, в синхронном двигателе имеет 1 обмотку);
• статору, на котором устанавливаются магниты (в электродвигателях постоянного тока – постоянные).

Ротор

Ротор – подвижный элемент электрического двигателя, запускаемый магнитным полем, совершает вращательные движения вместе с валом. Имеет минимум 3 зуба, один из которых стабильно попадает в область подключения.

Коллектор электродвигателя

Ротор переключается автоматически. За эту функцию отвечает коллектор – конструкция из двух ламелей, закрепленных на роторном валу и двух щеток, выполняющих функцию токосъемных контактов (обеспечивают подачу постоянного тока на ламели). Принцип работы такой:

• ротор вращается, меняя направление тока;
• когда якорь совершает поворот на 180 градусов, ламели меняются местами;
• при смене позиций пластин меняется и направление тока, и (соответственно) полюсы магнита;
• одноименные полюсы, подчиняясь законам физики, взаимно отталкиваются – катушка вращается, ее полюсы притягиваются к противоположным полюсам на другой стороне магнита.

Статор электрического двигателя

Статор – стационарный или неподвижный блок электродвигателя. Другое название – индуктор. Он включает несколько обмоток со сменяемой полярностью (при прохождении переменного тока), что и обеспечивает образование магнитного поля. В большинстве случаев статор имеет 2 пары основных полюсов, но может включать и вспомогательные для лучшего переключения ротора на коллекторе.

Принцип работы электрического двигателя

Принцип работы электродвигателя построен на процессах взаимного притяжения и отталкивания одно- и разноименных полюсов магнитов на роторе (находится в движении) и статоре (его магнит неподвижен). В самой простой сборке электродвигателя постоянного тока в роли ротора выступает катушечный узел, а индуктором – сам магнит.

Магнитное поле обеспечивает высокую эффективность работы с одним уточнением, которое формирует сложности устройства механизма. Для обеспечения постоянного движения якоря нужно добиться автоматической смены его полюсов (чтобы притянувшись к противоположному полюсу неподвижного магнита, он сразу менял собственный полюс). Это единственный способ исключить «замирание» якоря и обеспечить его безостановочное движение под действием магнитного поля и инерции.

Магнитное поле электродвигателя

Принцип работы статорного электродвигателя (также называется индукционным) тоже основан на формировании магнитного поля статора. Оно образуется во время прохождения токов через его обмотки. Это поле (вращающееся магнитное) формирует магнитное поле ротора через индукцию токов в обмотках его проводников.

Оно же (статорное поле) создает собственный магнитный поток, при этом наблюдается пропорциональная связь:

• магнитное поле статора пропорционально электронапряжению в сети;
• магнитный поток, создаваемый вращающимся полем, пропорционален току.

Характеристики поля статора зависят от токов, проходящих через обмотки, и числа обмоток фаз. Магнитное поле ротора, в свою очередь, тоже формирует поток, движущийся медленнее потока статора. Оба потока (статора и якоря) взаимно притягиваются, принуждая ротор совершать вращательные движения.

Так возникает крутящий момент – тот самый ключевой процесс, ради которого собирается вся конструкция электродвигателя. Учитывая роль статора и ротора в работе электродвигателя переменного тока, несложно заключить, что именно эти 2 элемента имеют самое большое значение в его сборке.

Электрический двигатель постоянного тока (принцип работы синхронного электродвигателя)

Под синхронными электрическими двигателями понимают устройства постоянного тока. Принцип работы такого устройства можно кратко описать 4 пунктами:

• к обмотке статора (ее еще называют индукторной или обмоткой возбуждения) подается постоянный ток;
• проходя через обмотку, ток образует постоянное магнитное поле возбуждения (используется постоянный магнит);
• к роторной обмотке тоже подается постоянный ток, на который воздействует поле статора, обеспечивая возникновение крутящего момента;
• под действием вращательной силы, ротор поворачивается на 90 градусов.

Это один цикл. После поворота обмотка якоря снова подпадает под влияние статорного магнитного поля, и ротор снова совершает поворот.

Для непрерывной работы электродвигателя полюса постоянного роторного магнита должны сменять друг друга без остановки. Смена происходит, когда полюс пересекает «нейтраль» (ее еще называют магнитной нейтралью). Чтобы ее (смену полюсов) обеспечить, кольцо коллектора разделяют на сектора диэлектрическими ламелями, к которым поочередено присоединяются края роторных обмоток.

Токосъемные щетки, которые представляют собой графитовые стержни с высокой проводимостью и низким коэффициентом трения при скольжении, необходимы для присоединения коллектора к сети. В качестве магнитов могут применяться физически существующие материалы с высокими магнитными свойствами. Но часто из-за их массы в электродвигателях постоянного тока увеличенной мощности магниты заменяют несколькими металлическими штифтами/стержнями. При этом:

• у каждого стержня формируется собственная обмотка из проводника, который подключается к шине питания («+» и «-»);
• включение одноименных полюсов осуществляется последовательно;
• количество пар полюсов – 1 или 4;
• число щеток коллектора должно соответствовать этому количеству пар.

У синхронных электрических двигателей высокой мощности, обслуживаемых постоянным током, есть ряд конструктивных нюансов, ряд из которых проявляется в динамике (во время функционирования устройства). Среди них – смещение щеток роторного коллектора по отношению к валу на определенный угол против его вращения при изменении нагрузки на двигатель. Это необходимо, чтобы компенсировать эффект, называемый реакцией ротора/якоря и предупреждению торможения вала электродвигателя, которое снижает эффективность работы подключенного к нему оборудования.

Способы подключения синхронного электродвигателя

Преимущество синхронных электродвигателей, обеспечиваемое принципом их работы, – поступательное (плавное) регулирование скорости вращения, это обеспечило их высокую эффективность при работе с тягой – на грузоподъемниках и электромашинах. В современной практике применяют 3 схемы подключения электрических двигателей постоянного тока: с параллельным, последовательным и комбинированным возбуждением.

В первом случае вместе (параллельно) с обмоткой ротора запускается дополнительная регулируемая (обычно) обмотка-реостат. Такой вариант эффективен, когда для нормальной работы машины требуется плавная регулировка скоростей вращательного движения и максимальной стабильности количества оборотов в минуту. Примеры – электродвигатели кранов, промышленных станков и линий.

При последовательном подключении вспомогательная роторная обмотка в цепь процессов возбуждения ротора включается последовательно. Это обеспечивает возможность резкого увеличения усилия электрического двигателя в определенные моменты (на старте движения состава, например).

Устройство синхронного электродвигателя на видео

Принцип работы УКД (коллекторных электродвигателей универсального применения)

УКД (двигатели универсального использования) применяются в маломощных устройствах и электроинструментах (бытовых, профессиональных) – везде, где требуется высокий момент вращения на хорошей скорости, плавная регулировка числа оборотов и небольшие пусковые токи. По конструкции УКД повторяют синхронные с последовательнойсхемой электродвигателя.

Принцип работы УКД:

• при подаче напряжения на статоре возникает магнитное поле;
• исполнение магнитного провода в УКД несколько отличается – здесь они сделаны не цельнолитыми, а сборными во избежание перемагничивания и нагрева токами Фуко;
• вспомогательная обмотка ротора (индуктивность) подключается к питанию последовательно, что позволяет настраивать одинаковую направленность магнитных полей статора и ротора в одной фазе;
• магнитные поля индуктора и якоря практически полностью синхронны – электродвигатель набирает скорость вращения при высоких нагрузках, что важно для работы многих инструментов (перфораторов, шуруповертов, пылесосов, точильных аппаратов и т. д.).

При включении в цепь электродвигателя регулируемого трансформатора добавляется еще и возможность плавной регулировки его скорости вращения. А вот изменять вектор магнитного поля, если это коллекторный двигатель переменного тока, невозможно ни при каких обстоятельствах.

Коллекторный электродвигатель общего назначение имеет много плюсов. Он выдает высокий крутящий/вращающий момент, способен развивать высокую вращательную скорость, при этом весит и места занимает немного. Есть и минусы: графитовые щетки имеют низкую износостойкость (быстро стираются на больших скоростях вращения), снижая ресурс всей сборки.

Асинхронные электрические двигатели

Электродвигатель переменного тока (он же асинхронный) тоже использует магнитное поле для создания крутящего момента. Его изобретатель – российский физик-электротехник, Михаил Осипович Доливо-Добровольский. Первый образец асинхронного электрического двигателя появился в 1890-м (с него начались теория и практика применения 3-фазного переменного тока).

Конструкция и устройство электродвигателей переменного тока:

• на каждый статор наматывается 3 обмотки;
• к каждой обмотке подключается 1 из 3 фаз;
• для охлаждения обмоток, которые сильно нагреваются, пропуская через себя переменные токи, на торцовый вал электрического двигателя устанавливается кулер (вентилятор).

Течение токов и напряжения по 3-фазной сети имеет графический вид синусоиды (плавное изменение параметров работы). Мощность в обмотке плавно увеличивается по мере перехода от конца синусоиды к ее пику и снова снижается, «спускаясь» из вершины к другому концу, достигая на обоих концах своего минимума, а на вершине – максимума.

• напряжение, подаваемое с 3 фаз на обмотки статора, образует магнитное поле (частота его вращения равна частоте вращения в сети – 50 Гц);
• ротор располагается внутри индуктора, и в нем тоже возникает свое поле;
• поле ротора отталкивается от поля статора, образуя вращательный момент.

За счет того, что в электрических двигателях переменного тока используется короткозамкнутая система, при взаимодействии магнитного поля статора и обмотки ротора, в последнем образуется очень большой ток. Он и формирует собственное поле якоря. Контактируя по законам взаимного притяжения/отталкивания полюсов с магнитным потоком индуктора, поле ротора приводит в движение вал электродвигателя в направлении, аналогичном направлению этого поля.

Устройство электродвигателя переменного тока на видео

Почему асинхронный?

Скорость магнитных полей ротора и статора аналогична, но первый на 8–100 отстает от второго по фазе, что и обеспечивает асинхронную работу основных элементов (отсюда и название). Особенность таких электрических двигателей – создание очень больших пусковых токов. Это характерно для классических короткозамкнутых устройств (тех самых, при запуске которых мигает свет). Для снижения риска перегрузок при их эксплуатации применяется ряд мер:

• в машинах с высокими показателями мощности используют фазный якорь с тремя соединенными «звездой» обмотками;
• подключение роторных обмоток осуществляется не напрямую к электросети, а через коллектор (щетки, пластины), соединенный с пусковым реостатом.

В результате при старте работы такого электродвигателя происходит соединение с питанием и поступательное снижение активного сопротивления в цепи ротора до нуля. Нет миганий, перегрузок электросети – двигатель переменного тока запускается плавно.

Преимущества электродвигателей переменного тока

Электродвигатели асинхронного типа сделали возможной эксплуатацию 3-фазной сети, которая, по сути, сформирована тремя отдельными цепями с синусоидальными движущими силами (ЭДС) в каждой из них. ЭДС в фазах имеют одинаковую частоту, создаются одним источником (обычно это 3-фазный генератор), но сдвинуты по отношению друг к другу на 120 градусов.

3-фазная сеть – это уравновешенная система с константной мгновенной суммарной мощностью, а электродвигатель переменного тока, который от нее питается, имеет неоспоримые преимущества. Среди них:

• простая эксплуатация;
• низкая цена;
• надежность;
• эффективность в части контроля момента вращения и ее скоростью. Она обеспечивается за счет управляемости электрического двигателя (его динамикой) с помощью сигнала (цифрового или аналогового). Плюс, 3-фазный электродвигатель можно «заставить» вращаться в любом направлении, если изменить направление переменного тока на роторной обмотке.

Однофазные электродвигатели

Наряду с 3-фазным, в практике широко применяются и 1-фазные асинхронные электродвигатели. Они представляют собой электрооборудование, питаемое от бытовой сети с напряжением 220 В (частота – 50 Гц). Как и 3-фазный аналог, он работает на преобразование получаемой электроэнергии в механическое действие – вращение.

Устройство и принцип работы 1-фазного двигателя проще:

• на статоре формируются минимум 2 обмотки – пусковая и рабочая;
• оси обмоток должны быть сдвинуты по отношению друг к другу на 90%;
• в конструкции добавляется еще один элемент – фазосдвигающий (это может быть катушка, конденсатор или резистор);
• питание осуществляется через подачу переменного тока на обмотку.

1-фазные электродвигатели переменного тока устанавливаются на приборах бытового применения (от центрифуг стиральных машин до холодильников) и маломощных станках для обрабатывающих предприятий.

Сравнение одно- и трехфазных электрических двигателей

По сравнению с 3-фазными 1-фазные асинхронные двигатели несколько проигрывают по ряду характеристик:

• мощность первых как минимум на 30% ниже при аналогичных размерах;
• однофазные устройства не способны работать на холостом ходу дольше 5–10 минут;
• перегрузочная способность у трехфазных значительно выше.

УКД

Главный плюс коллекторного электродвигателя общего назначения (который может питаться от постоянного тока и переменного) – экономичность. Максимальный крутящий момент и потребление тока такими устройствами ограничены благодаря индуктивному сопротивлению на малых оборотах.

Двигатели с увеличенным скольжением

В отдельную группу электродвигателей стоит выделить трехфазные устройства с повышенным сопротивлением роторной обмотки, которая обеспечивает критическое скольжение. Оно составляет в механизмах с увеличенным скольжением 40%. Сами они применяются в машинах с высокой инерционностью, работающих в режиме частых кратковременных запусков.

Каталог электродвигателей по цене производителя

В каталоге ООО ПТЦ «Привод» широко представлены электродвигатели для работы в одно- и трехфазной сети. Каждая модель устройства имеет подробное описание (технические характеристики, расшифровка наименования, габариты, данные о производителе и т. д.). В нашем ассортименте легко выбрать и можно выгодно купить электрические двигатели для решения самого широкого спектра задач.