Электрический двигатель.

Виды и принцип работы

Опубликовано Апрель 18, 2014 в разделе Электроника | Комментарии

Электродвигатель на craft-tech.ru

Если между полюсами постоянного магнита поместить свободно подвешенную проволочную петлю и пропустить через нее электрический ток, то петля тотчас же отклонится в сторону, стремясь выйти из магнитного поля. На этом явлении и основано действие всех электрических двигателей.

Электродвигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор – это неподвижная, обычно внешняя часть электродвигателя. Функции статора зависят от типа электродвигателя: он способен как генерировать неподвижное магнитное поле и состоять из постоянных магнитов и/или электромагнитов, так и создавать вращающееся магнитное поле и состоять из обмоток, питаемых переменным током. Ротор — подвижная (вращающаяся) часть, несет на себе витки провода, по которому протекает электрический ток.

Благодаря взаимодействию магнитных полей статора и ротора в электродвигателе возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор двигателя. Так происходит преобразование электрической энергии, подаваемой на обмотки двигателя, в механическую энергию вращения. Данная энергия используется с целью привода механизмов в движение.

Электродвигатель на craft-tech.ru

Двигатель, работающий от сети переменного тока, называется двигателем переменного тока. Двигатели, которые работают от источника постоянного тока (батареи и аккумуляторы), называются двигателями постоянного тока.

Электродвигатели постоянного тока

Электрический двигатель постоянного тока работает следующим образом. Если к обмотке электромагнита подвести электрический ток, то между его полюсами возникает магнитное поле. При этом виток провода, размещенный на роторе, к которому ток подводится через коллектор с помощью угольных пластин (называемых щетками), начинает вращаться, увлекая за собой ротор.

Электродвигатели постоянного тока выпускаются мощностью от долей ватта (Вт) до сотен киловатт (кВт), напряжением от единиц вольт (В) до сотен вольт. Важнейшая особенность электродвигателей постоянного тока — возможность легко регулировать в широких пределах частоту вращения ротора, изменяя силу тока в его обмотках.

Электродвигатели переменного тока

Так же как и двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока состоят из двух основных частей: статора и ротора. У обычного электродвигателя переменного тока статор представляет собой стальное кольцо с обмоткой. Отличительная особенность — отсутствие коллектора, ток в обмотки ротора подается через контактные кольца. В некоторых двигателях переменного тока обмотки ротора вообще не имеют выводов для подключения к источнику тока, а замыкаются между собой. Такие обмотки внешне напоминают колесо, устанавливаемое в беличьих клетках. Потому и ротор такого типа получил название беличьего колеса.

Двигатели переменного тока бывают синхронные и асинхронные. Синхронные двигатели называются так потому, что частота вращения ротора жестко связана с частотой тока в питающей сети, или, иными словами, частота вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора, строго согласована (синхронна) с частотой вращения ротора. В асинхронных электродвигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора, т. е. ротор вращается асинхронно по отношению к магнитному полю статора. Из-за сложности конструкции и недостатков эксплуатационных характеристик синхронные электродвигатели применяются редко. Наибольшее распространение получили асинхронные двигатели; они просты в производстве и надежны в эксплуатации.

Электрические двигатели коллекторного вида

В коллекторном электрическом двигателе постоянного тока имеется два элемента: статор, который является неподвижной деталью, а также якорь - вращающийся элемент. Эти две детали разделяет зазор из воздуха. На статоре имеется постоянный магнит, на роторе электрический магнит с точно определёнными полюсами. Узел щеточно-коллекторного узла снабжен двумя пластинами (ламели) и двумя щётками. На статоре находятся различные детали, что зависит от общей конструктивной особенности: электромагниты с катушками, которые создают магнитный поток возбуждения, магниты постоянного типа.

электромотор коллекторный

Щёточно-коллекторный узел служит в качестве датчика углового положения ротора и как переключатель тока с наличием скользящих контактов. Также щеточный узел применяют для того чтобы подвести электричество к катушкам на крутящемся роторе и для переключения тока в роторе. Щётка является графитовым и медно-графитовым неподвижным контактом. Щётки используют, чтобы пластины, служащие контактами коллектора ротора, могли размыкаться и замыкаться. В обмотках ротора при этом, в процессе функционирования мотора, проходят переходные процессы. Из-за этих процессов коллектор искрит, из-за чего электрический двигатель со временем выходит из строя. Если правильно подобрать расположение щёток касательно статора, то искрение можно снизить. Кроме того, можно подключать конденсаторы внешнего вида. Если в роторе появляются повышенные токи, то происходят переходные процессы высокой мощности, из-за чего искрение проявляется на всех пластинах коллектора, при любом расположении щёток. Из-за того, что имеющиеся пластины в коллекторе выгорают в один и тот же момент, то срок его службы резко сокращается.

Электрические двигатели можно классифицировать по числу витков проволоки, которую наматывают внутри. Считают классификацию от 10 витков и выше. Может быть 11 витков, 16, 24. Двигатель считается более быстрым, если витков меньше. От вида постоянных магнитов, которые применяют в двигателях, зависят их мощность и крутящий момент. Кроме того, важно количество витков проволоки у ротора. От количества магнитных плюсов статора и ротора мотора зависят обороты и момент двигателя. Существуют различные классы электрических двигателей, которые различаются размерами (длина корпуса в миллиметрах /10). Существуют классы: 130, 280, 300, 370, 540. У электрических моторов бывают раскрытые и запертые щёточные узлы. Если подобный узел закрыт, то мотор нельзя разбирать, а значит и обслуживать. Если узел открыт, то у мотора можно убрать заднюю крышку, снять щётки и достать ротор.

Самый обычный двигатель коллекторного типа генерирует постоянный ток. Так как коллекторные электрические двигатели относятся к обратимому электрическому оборудованию, то они могут функционировать в качестве генераторов.

Для любого электромотора очень опасен перегрев. Часто это происходит при ограниченном доступе воздуха и плохой вентиляции. Электрический двигатель можно охлаждать при помощи специального радиатора из металла, который тесно прилегает к корпусу, а в некоторых случаях применять вентилятор небольшого размера.

Бесколлекторные электродвигатели

Бесколлекторные (brushless) электродвигатели имеют постоянные магниты в роторе, а обмотки закреплены неподвижным способом на статоре (неподвижный элемент мотора). Для осуществления функции коммутации обмоток вместо механического коллектора используется электронный регулятор. Благодаря использованию подобной конструкции, КПД двигателя увеличивается, так что двигатель при небольших размерах и массе (если сравнивать с коллекторным двигателем) получает более высокую мощность. В бесколлекторном моторе имеются два элемента, которые должны находиться в обязательном порядке - специальный регулятор оборотов, с помощью которого появляется трёхфазный сигнал, необходимый для обмоток, а также электрический двигатель с тремя фазами.

электромотор бесколлекторный

Такие моторы и регуляторы хода, предназначенные для них, можно распределить по двум категориям: с наличием датчиков положения ротора, и без подобных датчиков. Моторы без датчиков гораздо легче изготовить. По этой причине, многие современные контроллеры и моторы сделаны по такому принципу. Существует также два основных типа бесколлекторных моторов; с наличием внутреннего ротора (где внутри обмоток крутится постоянный магнит), а также с наличием внешнего ротора (outrunner). Двигатели с внешним ротором обладают большим количеством магнитных полюсов, а крутящий момент у них выше, если сравнить их с моторами, где ротор находится внутри. Благодаря этому такие моторы могут применятся без редуктора.

У бесколлекторного электрического мотора основным достоинствам является отсутствие переключающихся контактов механического типа и вращающихся контактов. Эти элементы в электрических двигателях на постоянных магнитах служат основным источником потерь энергии. Вместо вращающихся контактов переключение производят полупроводниковые МОП транзисторы. Именно поэтому бесколлекторные моторы отличаются повышенным КПД - 80-95%.

Бесколлекторные двигатели обладают многими плюсами в сравнении с коллекторными. Если выбрать одинаковое питание и время функционирования электрического двигателя, то у бесколлекторного мотора выходная мощность и тяга больше где-то в два раза. Также можно увеличить время постоянной работы от одного комплекта аккумуляторов в два раза. Механический элемент бесколлекторных моторов отличается высоким ресурсом. В таких двигателях ось крепится на шарикоподшипники, а частей, которые могли бы истираться со временем, здесь нет. По этой причине конструкция бесколлекторного двигателя крайне надежна, но электронные детали требуют бережного обращения.

Электромоторы весьма надежны и долговечны. Магниты размагничиваются медленно - за пару лет лишь несколько процентов. Если же мотор будет разбит механически - то он придет в негодность. Это единственная возможность сломать любой двигатель.


Оставить комментарий: