Особенности электродвигателя

Электрический двигатель – сложная система, компоненты которой способны перерабатывать электрическую энергию, преобразовывая ее в механическую. Она требуется для активации всевозможных механизмов. Электрический двигатель – ведущий компонент электропривода. В зависимости от режима функционирования электродвигатель может выполнять преобразование энергии в обратном направлении, то есть преобразовывать механическую энергию в электрическую – в этом случае он работает как электрогенератор.

Устройства отличаются по разным параметрами, включая тип механического движения, которое формируют. По этим характеристикам они могут быть вращающимися, линейными и другими. Под понятием электрического двигателя зачастую подразумевается вращающаяся система, которая пользуется сегодня повышенным спросом.

Как работает электродвигатель

В принцип функционирования заложена электромагнитная индукция. Это механизм образования электрополя или тока, что происходит ввиду воздействия колеблющегося магнитного поля. Любое электрическое поле, склонно к изменениям, формирует магнитное – взаимодействие этих двух факторов способствует отталкиванию или притягиванию компонентов статора и ротора.

Из чего состоит агрегат

Электродвигатель вращающегося типа состоит из двух основных частей:

статора и ротора. Первый относится к статичным компонентам, второй – к вращающимся. Также в конструкции предусмотрен якорь. Это обмотка, которая является проводником тока при функционировании мотора. Якорь бывает статичным или активным. Зачастую таким наименованием характеризуются подвижный элемент в различных приборах, вырабатывающих электромагнитное поле.

Какие электродвигатели сегодня наиболее актуальны

Существуют разные вариации электрических двигателей, но наиболее востребованными считаются асинхронные и модели постоянного тока

Асинхронные

Отличаются относительно низкой ценой по сравнению с конкурентами. Обладают простой конструкцией. И эти два фактора делают изделие широко востребованным в разных сферах. Особенность конструкций заключается в таком параметре, как скольжение. Он предполагает разницу между частотой вращения магнитного поля статичного элемента и скорости движения ротора. Напряжение на динамичном компоненте машины индуцируется благодаря переменному магнитному полю обмоток статора. Вращение продуцирует взаимодействие электромагнитов неподвижного элемента и магнитного поля ротора, которое образуется ввиду сформированных в нем вихревых токов. По типам обмоток статора бывают двигатели:

• Однофазные – агрегаты могут работать только при наличии внешнего фазосдвигающего компонента, например, конденсатора или индуктивного прибора. Эти двигатели отличаются незначительной мощностью.
• С двумя фазами – машины, которые оснащаются двумя обмотками со смещенными по отношению друг к другу фазами. Модели часто встречаются в бытовой технике, а также в оборудовании, которое не требует мощного электродвигателя.
• С тремя и более фазами – многофазные электрические машины, оснащенные тремя+ обмотками статора, смещенными на определенный угол.

Обмотка ротора электродвигателей первого вида – это стержни, которые лишены изоляции, и изготовлены из сочетания меди и алюминия. Они замкнуты с двух сторон кольцами. Такие электродвигатели обладают внушительным набором сильных сторон:

• Упрощенная система пуска. Также оборудование допускает подключение к электросети посредством устройств коммутации.
• Допустимы короткие нагрузки среднего уровня.
• Могут входить в конструкцию оборудования, эксплуатация которого требует высокой мощности. Моторы этого вида не включают в состав скользящих контактов, которые могут минимизировать мощность.
• Несложное техническое обслуживание и ремонтные работы. Это обусловлено тем, что специалисту не потребуется много времени на разборку простой конструкции.
• Невысокая стоимость – модели стоят значительно дешевле синхронных аналогов.

Среди недостатков асинхронных машин можно отметить:

• Невысокая предельная мощность.
• Сложно реализовать возможность корректировки количества вращений за определённую единицу времени.
• Требует высоких стартовых токов при прямом запуске.

Электродвигатели постоянного тока

Еще один вариант часто используемых электрических машин, которые активно применяются в электрическом транспорте, промышленных аппаратах, в исполнительных механизмах.

Моторы постоянного тока имеют много преимуществ:

• Доступна корректировка частоты вращения посредством изменения уровня напряжения в обмотке. Крутящий момент двигателя постоянного тока остается на едином уровне.
• Большой коэффициент полезного действия – этот параметр в ДПТ несколько выше, чем у самых продвинутых асинхронных моделей. При средней нагрузке на валу коэффициент полезного действия возрастает примерно на десять или пятнадцать процентов.
• Относительно компактные размеры, что позволяет использовать ДПТ в качестве микроприводов для различных механизмов.
• Простое управление. Для старта, реверса, корректировки скорости нет необходимости в покупке сложного и дорогостоящего оборудования, в наличии множества устройств коммутации.
• Способен преобразовывать механическую энергию в электрическую – работать в качестве генератора. Двигатели такого плана подходят в качестве стабильных источников постоянного электричества.
• Пусковой момент, позволяющий использовать машину в сочетании с кранами, тяговыми механизмами, конструкциями, предназначенными для подъема грузов.

Двигатели постоянного тока оборудуются:

• Постоянными магнитами – модели одеты в компактные корпуса, и зачастую применяются как микроприводы;
• Электромагнитным возбуждением – наиболее популярное решение, которое используется в бытовой технике, всевозможном оборудовании.

Электрические моторы с электромагнитным возбуждением различаются по типу обмотки статора:

• С параллельным возбуждением – якорь и статор в этом случае подключены параллельно по отношению друг к другу. Такие модели не нуждаются в дополнительном источнике питания, а скорость, с которой вращается ротор, не диктуется оказываемой нагрузкой. Подобный вариант уместен для применения в сочетании с оборудованием, которое решает задачи резки металла и в других целях.
• С последовательно подключаемой обмоткой статора. Двигатели этой разновидности обладают высоким пусковым моментом. Они актуальны для транспорта, двигающегося от электричества, в промышленных машинах, где есть нужда в пуске под значительной нагрузкой.
• Смешанное возбуждение. Элемент возбуждения в таких машинах состоит из двух частей. Первая подключена параллельно, вторая – последовательно якорю. Двигатели этой разновидности нужны для функционирования оборудования, требующего высокого пускового момента.

Методы управления электрическими двигателями на практике

Управление электрическими машинами предполагает возможность коррекции таких характеристик, как скорость и мощность. К примеру, если на асинхронную машину подать напряжение определенного параметра, она будет продуцировать вращения с номинальной мощность – выйти за эти пределы оборудование не способно. При необходимости снизить или увеличить скорость вращения применяются преобразователи частот. Они призваны сформировать требуемый ритм разгона и остановки, что позволяет быстро и беспроблемно корректировать частоту функционирования агрегата.

Чтобы создать нужный разгон и торможение без вмешательства в частоту к работе привлекают устройства плавного пуска. При необходимости в управлении исключительно сценарием старта агрегата внедряют систему «звезда-треугольник». Для активации мотора без устройства плавного пуска актуальны специальные контакторы – с их помощью пуском, тормозом и другими параметры управляют на расстоянии, то есть дистанционно.

Прозвон и сопротивление

Асинхронное оборудование зачастую оснащено 3 обмотками. Каждая из них имеет 2 вывода – их помечают в клеммной коробке. Если выводы доступны, их можно прозвонить с целью получения параметра сопротивления и его сравнения с величинами, снятыми с остальных обмоток. Если величины сопротивления отличаются на один процент и менее, то с высокой вероятностью проблем в работе не имеется.

Для вычисления сопротивления обмоток применяется такой прибор, как омметр. Также следует знать, чем выше мощность агрегата, тем меньше показатель сопротивления обмоток.

Вычисление мощности электрического двигателя

Самый простой метод, который может помочь в определении номинальной мощности двигателя – шильдик. На детали прописана механическая мощность – ее значение зачастую ниже той, которая потребляется, что обусловлено потерями на нагреве и трении. Но если шильдик на системе отсутствует, можно использовать визуальный инструмент – оценка по размерам оборудования. Если мотор оснащен валом большого диаметра, его мощность будет достаточно высокой и наоборот.

Также параметр мощности вычисляется по нагрузке и настройкам, выставленным на защитных приборах, которые подают питание на агрегат. Еще один вариант – старт двигателя на номинальной мощности, что даст валу нагрузку. После этого следует измерить ток специальными клещами. Показатель должен быть идентичен по всем обмоткам. Для определения примерной мощности асинхронной машины, которая подключена по алгоритму «звезда», номинальный ток делят на двое.

Увеличение и уменьшение оборотов

Такая функция, как корректировка скорости вращения требуется в следующих режимах функционирования:

• старт;
• остановка;
• работа.

Для этого лучше всего прибегнуть к специальному прибору – частотному преобразователю. Корректировка настроек позволяет достичь различной частоты вращения – она зависит от технических параметров электродвигателя. При этом доступно управление другими настройками оборудования, анализ его состояния во время активности. Можно изменять показатель частоты в плавном и ступенчатом режиме.

Управление оборотами на старте и при установке выполняется посредством устройства плавного пуска. Этот прибор уменьшает пусковой ток благодаря медленному разгону и постепенному повышению оборотов.

Особенности вычисления тока и мощности прибора

Если ток асинхронного устройства известен (узнать можно по шильдику или с помощью изменений в номинальном режиме), но при этом мощность остается неизвестной. В этом случае следует прибегнуть к формуле: Р = I (1,73·U·cosφ·η):

• P – полезная мощность в номинальном состоянии в Ваттах (этот параметр производители зачастую указывают на шильдике).
• I – показатель тока агрегата.
• U – напряжение питания обмоток.
• Cosφ – коэффициент мощности.
• η – КПД.

Если мощность известна, и требуется узнать ток, используют формулу: I = P/(1,73·U·cosφ·η).

Для оборудования с мощность более 1.5 кВт, с подключением типа «звезда» используют правило – для примерного расчёта показателя тока его мощность умножают на два.

Настройка мощности: увеличение

Мощность, которую производитель дублирует на шильдике мотора, зачастую ограничена допустимым током, то есть – нагревом корпуса. При повышении показателя требуется предпринять ряд действий, которые направлены на нормализацию температуры корпуса привода двигателя. Например, выполнив установку самостоятельного вентилятора.

При применении преобразователя частоты для увеличения мощности частоту можно изменить посредством ШИМ, но при этом не стоит допускать чрезмерного нагревания преобразователя частоты. Параметр также можно изменить с помощью редуктора или ременной передачи, однако число оборотов при этом уменьшится.

Если вышеперечисленные рекомендации не позволяют справиться с поставленной задачей, остается единственный выход из ситуации – заменить маломощный движок на более производительный.

Потеря мощности при подключении 3-фазного двигателя к 1-фазной сети

Такой формат подключения предполагает использование пускового и рабочего конденсатора для сдвига фазы. Номинальная мощность на валу в этом случает останется неизвестной, а потеря составит около тридцати процентов от номинала. Это обусловлено отсутствием возможности сформировывать перекос по фазам при колебании нагрузок.

Исполнения двигателей

Электрические двигатели отличаются методом установки, степенью защиты, по климатическому предназначению. Асинхронные модели устанавливаются одним из двух методов:

• на лапах;
• посредством фланца.

Двигатели, отличающиеся по климатическому исполнению, применяются в разных условиях. Это может быть умеренный климат, преимущественно низкая температура или средняя, жаркое время года. Также двигатели предназначаются для размещения в разных условиях, например, в стенах помещения, на свежем воздухе, под определенной защитой, например, под навесом, который будет защищать оборудование от осадков.

Производители присваивают продукции определенный класс защиты, который чаще всего характеризует степень защищенности от пыли, воды. Зачастую в продаже представлены приводы с сертификацией IP 55.

Для чего двигателю нужен тормоз

В некоторых видах оборудования, например, в лифтах, грузоподъемных устройствах, при торможении мотора нужна фиксация вала в статичном положении. Для этого используется электромагнитный тормоз, включённый в состав агрегата – он прикреплен к тыльной части. Управление этим компонентом выполняется посредством частотного преобразователях или микросхемы.

Как двигатель обозначается на электрических схемах

Электрический двигатель отображается на схемах посредством буквы «M», которая очерчена кругом. Также схемы могут включать порядковый номер продукта, число фаз, разновидность тока, метод подключения обмоток, показатель мощности.

Причины перегрева двигателя

Двигатель – активное оборудование, которое может перегреваться, а причинами этому являются:

• естественный износ подшипников, что создает более активное трение между деталями и провоцирует перегрев;
• высокая нагрузка в области вала;
• некорректное напряжение;
• пропадание фазы;
• короткое замыкание, произошедшее в обмотке;
• отсутствие нормального охлаждения.
•  

Нагрев электродвигателя в негативном ключе отражается на его долговечности и коэффициенте полезного действия. Также высокая температура может со временем спровоцировать износ привода. В этом случае может потребоваться сложный и дорогостоящий ремонт или полная замена агрегата.

Частые неисправности электродвигателей

Отмечают два типа поломок, к которым склонны большинство моделей электрических двигателей. Они могут носить механический и электрический характер.

Электрические неисправности

Предполагают проблемы в обмотке:

• замыкание между витками;
• замыкание обмотки на корпус;
• механическое повреждение обмотки.

Механические неисправности

Предполагают:

• естественный износ в подшипниках, повешенное трение;
• прокручивание ротора на валу;
• износ корпуса мотора;
• поломка, связанная с повреждением крыльчатки обдува

Чтобы не допускать проблемных ситуаций, пользователю следует позаботиться о своевременной замене подшипников. Важно учитывать их износ, срок эксплуатации мотора. Это же относится к другим деталям. Электрические неисправности требуют только профессионального ремонта, ведь неаккуратное действие со стороны пользователя может потребовать замены всего агрегата.

Как применяются электрические двигатели

На сегодня электродвигатели – основные потребители энергии. Около 50% этого ресурса приходится на различные варианты оборудования. Двигатели широко востребованы во многих сферах промышленности и жизни в целом. Они применяются для работы бытовой техники, производственного оборудования, для транспорта, спецтехники.

Основные направления, в которых используется это оборудование:

• металлообрабатывающие и шлифовальные предприятия;
• деревообрабатывающие заводы, конвейерное производство;
• для изготовления компрессионного, климатического оборудования;
• в строительной сфере – моторы включены в конструкции спецтехники и оборудования для подъёма, опускания строительного оборудования;
• в системах лифтов, в отопительном оборудовании, в системах вентиляции;
• в бытовых устройствах, начиная холодильником, заканчивая уборочной техникой;
• для персональных компьютеров, ноутбуков.

Преимущества электрических двигателей

Это оборудование имеет множество сильных сторон, которые обеспечивают его востребованность:

• относительно простые конструкции;
• простая установка и эксплуатация;
• пригодность к ремонту – благодаря высококачественным компонентам, которые используют производители, современные двигатели способны стабильно работать годами;
• в продаже доступен солидный выбор устройств, отличающихся мощностью и другими техническими характеристиками. Благодаря этому найти вариант под определенное оборудование не составит труда;
• доступность опции регулировки скорости вращения вала мотора;
• высокая скорость функционирования, готовность к запуску и остановке;
• автоматическое управление оборудованием, доступное в большинстве случаев;
• функция реверса;
• для установки и технического обслуживания со стороны пользователя не потребуется крупных финансовых вложений;
• длительный эксплуатационный период;
• высокий коэффициент полезного действия;
• оборудование изготавливается из экологически безопасных материалов и компонентов. Работа двигателя не предполагает негативное влияние на здоровье пользователей и состояние природы.

Но к главному достоинству электрического привода можно отнести возможность его контроля и регулировки, при этом местоположение оборудования не имеет принципиального значения – можно включать и отключать устройство на расстоянии. Эклектический мотор не продуцирует неприятного шума, не способен нанести вреда здоровью человека в отличие от механических аналогов.