ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Электрические машины (электродвигатели), преобразовывающие электроэнергию в механическую имеют широкую сферу применения и повсеместно используются в быту и на производстве.

Несмотря на типовое конструктивное исполнение (наличие неподвижного статора или индуктора и вращающегося ротора или якоря) и принцип действия эти устройства разделяются на виды имеющими свои особенности:

• тип и значение напряжения питания;
• характер синхронизации рабочего поля с частотой вращения ротора.

С преимуществами и недостатками каждого вида стоит ознакомиться заранее.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ВИДЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Одним из основных параметров классификации является тип напряжения питания:

• постоянное;
• переменное.

Двигатели постоянного тока, подключаются к аккумуляторам, солнечным батареям или блокам питания. Данная группа представлена двигателями с возможностью самосинхронизации, повышенной перегрузочной способностью и равномерностью вращения.

Двигатели переменного тока являются более универсальными и имеют широкую сферу применения. Этот тип электродвигателей имеет простую конструкцию со статором из ферромагнитных пластин и устанавливается практически везде – от бытовых приборов до приводов тяжелого оборудования.

Похожее исполнение и принцип действия с электродвигателями постоянного тока имеют двигатели пульсирующего тока и универсальные устройства, работающие на обоих видах питания.

Первые устанавливаются на электровозах и подключаются через соответствующие выпрямители. Вторые применяются при необходимости получения частоты вращения свыше стандартных 3000 об/мин и чаще всего устанавливаются в бытовой технике, работающей и от аккумуляторов, и от обычной сети.

В зависимости от конструкции электродвигатели постоянного тока разделяются на коллекторные, оснащенные щеточно-коллекторным узлом, и бесколлекторные (они же – вентильные). Первые в свою очередь разделяются на виды с самовозбуждением (параллельным, последовательным или смешанным) или с независимым возбуждением обмотки.

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В зависимости от принципа действия и характера взаимодействия с электромагнитным полем полем двигатели переменного тока разделяются на:

• синхронные;
• асинхронные.

У первых угловая скорость магнитного поля статора всегда совпадает или движется дискретно частоте вращения ротора.

Устройство таких двигателей таких типов бывает разным: мощные виды синхронных двигателей практически всегда имеют на якоре обмотку возбуждения, устройства с малой и средней мощностью оснащаются постоянным магнитами.

Также в группу синхронных входят модели с питанием обмотки от полупроводниковых элементов (вентильные реактивные электродвигатели) и устройства с шаговым угловым перемещением ротора.

Асинхронные электрические машины имеют самую широкую сферу применения и наиболее распространены в быту и производстве.

Данная группа представлена электродвигателями с разным числом фаз на обмотке (одно-, двух-, трех- и многофазные) и исполнением ротора (фазным и короткозамкнутым). Конструкция статора при этом практически едина, разница проявляется только в вариантах исполнения обмотки.

Помимо основных параметров (типа напряжения питания, синхронизации э/м поля с частотой вращения и исполнением статора и ротора) все электродвигатели условно разделяются на:

1. Модели с разной категорией и климатическим исполнением. Основным ориентиром при выборе конкретного типа служит советский, но все еще действующий ГОСТ 15150-69.

2. Виды с разной степенью пыле- и влагозащиты корпуса – от IP21 до IP68.

3. Двигатели для повторно-кратковременного запуска или продолжительного применения в рабочем режиме. Примером первых служат системы электропривода кранов, лебедок или шиберов, вторых – э/д насосов, вентиляторов или другого непрерывно работающего оборудования.

4. Устройства с малой, средней и большой мощностью.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Постоянного тока.

Рабочие характеристики электродвигателей этого вида во многом зависят от типа подключения обмотки возбуждения.

При последовательном возбуждении достигается максимально высокий момент на валу, но увеличиваются риски ухода системы "в разнос", при параллельном – при меньшем моменте более стабильны обороты, при смешанном – возникает возможность регулировки обеих параметров.

Свою роль играет и конструктивное исполнение. Виды с коллекторно-щеточным узлом имеют доступную стоимость и простую регулировку, но склонны к относительно быстрому износу и перегреву. Вентильные бесконтактные электродвигатели характеризуются повышенным КПД и долгим сроком службы, но стоят дороже.

К общим преимуществам постоянников относят:

• возможность и несложную реализацию регулировки частоты вращения;
• сравнительную простоту исполнения;
• отличные пусковые свойства;
• возможность эксплуатации в режиме электродвигателя и генератора;
• компактные габариты.

Минусы проявляются в ограничении применения по типу питания, высокой себестоимости, сложности в эксплуатации и повышенном износе у коллекторных разновидностей. Щетки в узле при необходимости меняются, но это требует дополнительных средств и времени.

Несмотря на недостатки, применение этого типа электродвигателей признано оптимальным при оснащении подъемного, бурового и ряда производственного оборудования. Именно ими оснащают привода эскалаторов, электротранспорта, типографских станков и работающего от батарей ручного электро инструмента.

Синхронные электродвигатели переменного тока.

Преимущества этого вида проявляются в стабильности частоты в пределах заданной нагрузки, сопротивляемости перегрузкам, эргономичности и минимальной чувствительности к перепадам напряжения. При необходимости они могут использоваться в качестве генераторов.

Минусы определяются усложненной конструкцией двигателя, более трудным пуском и проблемами при регулировке скорости. Последний параметр остается стабильным и меняется лишь при изменении частоты тока питания. Применение этих видов считается оправданным при мощности потребления свыше 100 Вт, в остальных случаях они замещаются асинхронными видами.

Асинхронные двигатели.

Показатели машин этого типа напрямую зависят от числа фаз обмотки и ее исполнения. Наиболее востребованный вид – трехфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором используется практически везде, от бытовой техники до промышленных станков и машин. Тот же тип со встроенной многофазной обмоткой признан самым совершенным и надежным.

Востребованность асинхронных электродвигателей объясняется простотой производства (и как следствие – более низкой себестоимостью), надежностью и низкими расходами при применении.

Назвать их идеальными нельзя, этот тип имеет небольшой пусковой момент, ограниченный коэффициент мощности, зависимость от перепадов напряжения и слабую регулировки скорости.

Последние два недостатки устраняется вводом в схемы частотного преобразователя, в целом плюсы асинхронных устройств преобладают над минусами.