Электрический двигатель

Электрический двигатель — это электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.

Принцип действия

В основу работы любой электрической машины положен  принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части - статора (для  асинхронных и синхронных машин  переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и  подвижной части - ротора (для асинхронных  и синхронных машин переменного  тока) или якоря (для машин постоянного  тока). В роли индуктора, на маломощных двигателях постоянного тока, очень  часто используются постоянные магниты.

Ротор может  быть:

- короткозамкнутым

- фазным (с обмоткой). Двигатели с фазным ротором используются там, где необходимо уменьшить пусковой ток и регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. Сейчас эти двигатели редкость, т.к. на рынке появились преобразователи частоты. Ранее же они очень часто использовались в крановых установках.

Якорь - это подвижная  часть машин постоянного тока (двигателя или генератора), или  же работающего по этому же принципу, так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель, это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно). Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая болгарка, если выкинуть электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.

принцип действия 3х фазного асинхронного электродвигателя. - При включении в сеть в статоре возникает круговое, вращающееся, магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора, и наводит в ней ток индукции, отсюда, следуя закону ампера (На проводник с током помещенный в магнитное поле действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением .Двигатель называется асинхронным, т.к. частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом. либо имеет в себе часть бельичей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с к.з обмоткой.

  Классификация электродвигателей

По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающей момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.

Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые  по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).

Двигатели постоянного тока

Двигатель постоянного  тока в разрезе. Справа расположен коллектор  с щётками

Двигатель постоянного  тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:

1. коллекторные двигатели;
2. бесколлекторные двигатели.

Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной  части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.

По типу возбуждения  коллекторные двигатели можно разделить  на:

1. двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных магнитов;
2. двигатели с самовозбуждением.

Двигатели с  самовозбуждением делятся на:

1. Двигатели с параллельным возбуждением; (обмотка якоря включается параллельно обмотке возбуждения)
2. Двигатели последовательного возбуждения; (обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения)
3. Двигатели смешанного возбуждения. (Обмотка возбуждения включается частично последовательно частично параллельно обмотке якоря)

Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей.

Двигатели переменного тока

Трехфазные асинхронные  двигатели

Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора, а у асинхронных — всегда должна быть разница скоростей.

Синхронный  электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше)^[1]:28.

Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым  перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.

Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.

По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:

• однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь;
• двухфазные — в том числе конденсаторные;
• трёхфазные;
• многофазные;

Универсальный коллекторный электродвигатель

Коллекторный  электродвигатель

Универсальный коллекторный электродвигатель — коллекторный электродвигатель, который может  работать и на постоянном токе и  на переменном токе. Изготавливается  только с последовательной обмоткой возбуждения на мощности до 200 Вт. Статор выполняется шихтованным из специальной  электротехнической стали. Обмотка  возбуждения включается частично при  переменном токе и полностью при  постоянном. Для переменного тока номинальные напряжения 127,220., для  постоянного 110.220. Применяется в  бытовых аппаратах, электроинструментах. Двигатели переменного тока с  питанием от промышленной сети 50 гц не позволяют получить частоту вращения выше 3000 об/мин. Поэтому для получения  высоких частот применяют коллекторный электродвигатель, который к тому же получается легче и меньше двигателя  переменного тока той же мощности или применяют специальные передаточные механизмы, изменяющие кинематические параметры механизма до необходимых  нам (мультипликаторы). При применении преобразователей частоты или наличии  сети повышенной частоты (100, 200, 400 Гц) двигатели  переменного тока оказываются легче  и меньше коллекторных двигателей (коллекторный узел иногда занимает половину пространства). Ресурс асинхронных двигателей переменного  тока гораздо выше, чем у коллекторных, и определяется состоянием подшипников  и изоляции обмоток.

Синхронный двигатель  с датчиком положения ротора и  инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного  тока.