Электродвигатели, устанавливаемые в оборудование, особенно производственное, важно грамотно подбирать по ряду критериев. Одним из основных технических параметров, которые важно учитывать при подборе, является мощность двигателя..
Грамотный подбор позволит значительно продлить срок эксплуатации электроприбора, что в случае с использованием дорогостоящего оборудования будет означать еще и существенную экономию..
Электродвигатели
Задача электродвигателя заключается в том, чтобы преобразовывать энергию поступающего электрического тока в механическую энергию. В основе данного процесса лежит известный принцип электромагнитной индукции. Двигатель может работать от переменного или постоянного тока, поступающего от инвертора, аккумулятора или сети..
Стоит также отметить, что на электростанциях двигатели совершают обратный процесс – преобразуют механическую энергию (например, энергию падающей воды) в электрическую.
Можно выделить две большие группы электромоторов: работающие на переменном токе и на постоянном. Вторые, в свою очередь, подразделяются на бесколлекторные и коллекторные, первые – на асинхронные и синхронные.
Моторы переменного тока также делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные. В отдельную категорию выделяются двигатели с жидкостным (вода) и воздушным типами охлаждения.
Как рассчитать мощность двигателя, который работает на переменном токе? Для расчета используется следующая формула:
Конструкция электродвигателя
Основные элементы конструкции следующие::
- Ротор.
- Статор.
- Подшипники.
- Воздушный зазор.
- Обмотку.
- Коммутатор.
Рассмотрим их подробнее..
Ротор представляет собой единственный подвижный элемент двигателя. При работе мотора ротор вращается вокруг оси. При этом ток, проходящий через проводники, создает в обмотках двигателя индукционные возмущения. Таким образом создается магнитное поле. Взаимодействуя со статором, в котором имеются магниты, это поле заставляет вращаться вал. .
Подшипники – деталь, устанавливаемая на вал. Именно на них вал вращается.
Статор – неподвижный элемент конструкции двигателя. Статор, в свою очередь, может включать в себя разные составляющие, в зависимости от типа мотора. Это может быть обмотка или постоянный магнит. Ключевая деталь статора – это набор тонких пластинок металла, которые образуют так называемый пакет якоря. Он используется для снижения энергетических потерь.
Обмотка, по сути, представляет собой катушку с медной проволокой, расположенную вокруг сердечника. Сердечник выполняется из металла и является намагниченным. Задача катушки заключается в том, чтобы преобразовывать одно значение напряжения в другое. Электрический ток, проходя через обмотку, создает индукционные возмущения. Вследствие этого мотор переходит в режим полюсности, имеющий явные и неявные полюса
Можно выделить несколько разных видов обмотки. Наиболее популярная из них – так называемая винтовая. Кроме того, различают слоевую обмотку, чередующуюся, дисковую катушечную.
Воздушный зазор – это расстояние между статором и ротором. Чем зазор больше, тем ток намагничивания выше. Вследствие этого оптимальным для хорошей работы мотора является небольшой зазор, поскольку он напрямую влияет на КПД двигателя – на потери, на вращающий момент. Чересчур малый зазор, однако, приводит к появлению трения и к ослаблению фиксаторов
Различные виды двигателей имеют разные зазоры. Конкретная величина зазора определяется рядом факторов, таких как габариты мотора, рабочая температура, нагрузки и т.д.
Коммутатор представляет собой набор изолированных колец, которые располагаются на валу двигателя. Основная задача коммутатора заключается в том, чтобы переключать напряжение на входе. Можно выделить два класса коммутаторов: транзисторные и тиристорные..
Принцип действия
Согласно закону Архимеда, ток в проводниках создается магнитным полем, в котором действует сила. В том случае, если взять такой проводник и сделать из него рамку, а затем расположить ее в магнитном поле под прямым углом, то края этой рамки будут испытывать на себе силы, векторы которых будут расположены по отношению друг к другу в противоположных направлениях. Эти силы и формируют крутящий момент, а он, в свою очередь, вращает ось..
Магнитное поле формируется магнитами – постоянными или электрическими. Наличие витков на якоре гарантирует постоянное вращение. В итоге ток создает индукционное поле, которое и формирует электродвижущую силу.
Индукционный (асинхронный) двигатель требует постоянного источника переменного тока. Ток в таком моторе, осуществляя взаимодействие с магнитным полем, вращает ротор. Если на катушке мотора нет напряжения, то двигатель неподвижен. Но стоит появиться току – тут же формируется магнитное поле, которое можно описать такой формулой:
Магнитное поле формирует пульсацию, которая заставляет ротор вращаться вокруг оси. В катушке устройства создается ток, его частота зависит от вращения ротора. Как только ток вступает во взаимодействие с магнитным полем, вал мотора начинает вращаться
Есть три основные формулы расчета мощности асинхронных двигателей. Для расчета по сдвигу фаз применяют следующую:
Типы электродвигателей
Все двигатели можно разбить на два больших класса: работающие на переменном токе и на постоянном. По параметру "принцип работы" классификация следующая
- Коллекторные.
- Вентильные.
- Асинхронные.
- Синхронные.
Следует уточнить, что вентильные двигатели – не самостоятельный класс, а вариация коллекторного типа мотора. В конструкцию такого двигателя включен датчик положения ротора и электронный преобразователь. Как правило, эти элементы монтируют на плате управления. Благодаря им становится возможной согласованная коммутация якоря.
Моторы синхронного и асинхронного типов работают только на переменном токе. Наличие сложной электроники позволяет управлять оборотами такого двигателя.
Асинхронные моторы, в свою очередь, подразделяются на одно–, двух– и трехфазные. Расчет мощности трехфазного мотора (в случае соединения по типу звезды или в треугольник): :
Если значения тока и напряжения линейны, то формула изменяется:
Синхронные двигатели можно разделить на несколько больших категорий
- Шаговые.
- Гибридные.
- Индукторные.
- Гистерезисные.
- Реактивные.
Шаговый мотор имеет в конструкции постоянный магнит. Эти двигатели не принято выносить в самостоятельный отдельный подкласс. Управление ими ведется при помощи специальных частотных преобразователей.
Также можно выделить универсальные моторы, которые могут работать и на переменном токе, и на постоянном.
