Ποιοι είναι οι τύποι των ηλεκτρικών κινητήρων και πώς διαφέρουν

Πώς λειτουργούν οι κινητήρες

Η αρχή λειτουργίας όλων των τύπων ηλεκτρικών κινητήρων συνίσταται στην αλληλεπίδραση των μαγνητικών πεδίων του ρότορα και του στάτη. Σε αυτήν την περίπτωση, το μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί με ένα σταθερό μαγνητικό ή περιέλιξη (πηνίο-ηλεκτρομαγνήτης).

Ανάλογα με την ισχύ και τον τύπο του κινητήρα, οι περιελίξεις μπορούν να τοποθετηθούν μόνο στο στάτορα ή στο στάτο και στο ρότορα. Ας προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τη συσκευή και την αρχή λειτουργίας των ανδρεικέλων στα ηλεκτρικά.

Κατ 'αρχάς, εξετάζουμε το σχεδιασμό των κινητήρων συλλεκτών. Για παράδειγμα, σε μικρούς κινητήρες συλλέκτη DC, όπως για ραδιο μοντέλα, μόνιμοι μαγνήτες βρίσκονται στο στάτορα, και πηνία από χάλκινο σύρμα τυλίγονται στον ρότορα. Το ρεύμα στα πηνία ρότορα ενός τέτοιου ηλεκτρικού κινητήρα τροφοδοτείται μέσω ενός συγκροτήματος βουρτσών που αποτελείται από βούρτσες και έναν συλλέκτη. Στον συλλέκτη υπάρχουν ελάσματα, στα οποία είναι προσαρτημένα τα καλώδια των περιελίξεων.

Αφού ενεργοποιήσετε την τροφοδοσία, ο ρότορας (άγκυρα) αρχίζει να περιστρέφεται, ένας συλλέκτης στερεώνεται πάνω του και οι σταθερές βούρτσες αγγίζουν εναλλακτικά διαφορετικά ζεύγη ελασμάτων συλλεκτών. Μέσω πινέλων και ελασμάτων, το ρεύμα τροφοδοτείται στις περιελίξεις του ρότορα είτε σε ένα τύλιγμα είτε σε άλλο, δημιουργώντας έτσι ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο που αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα, οι πόλοι των περιστρεφόμενων και σταθερών ηλεκτρομαγνητών προσελκύονται, γι 'αυτό συμβαίνει η περιστροφή.

Εάν παραλείψουμε κάποιες αποχρώσεις, τότε όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα του ρότορα, τόσο μεγαλύτερο είναι αυτό το πεδίο και τόσο πιο γρήγορα περιστρέφεται ο ρότορας. Ωστόσο, αυτό ισχύει κυρίως για μηχανές συλλογής DC και AC (είναι καθολικές).

Αν μιλάμε για ασύγχρονο κινητήρα (HELL) με ρότορα κλωβού σκιούρου - πρόκειται για ηλεκτρικό κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς πινέλα. Σε αυτό, οι περιελίξεις βρίσκονται στον στάτορα (α) και ο ρότορας είναι μια ράβδος (β), σύντομα κλεισμένη από δακτυλίους - το λεγόμενο κλουβί σκίουρου.

Σε αυτήν την περίπτωση, το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη παράγει ρεύμα στις ράβδους του ρότορα, λόγω του οποίου εμφανίζεται επίσης ένα άλλο μαγνητικό πεδίο. Και τι συμβαίνει όταν βρίσκονται δύο μαγνήτες κοντά;

Απωθούνται ή έλκονται μεταξύ τους. Δεδομένου ότι ο ρότορας είναι στερεωμένος στα άκρα των εδράνων, ο ρότορας αρχίζει να περιστρέφεται.Το AM προορίζεται μόνο για εναλλασσόμενο ρεύμα και η ταχύτητα περιστροφής του άξονα εξαρτάται από τη συχνότητα του ρεύματος και τον αριθμό των πόλων στις περιελίξεις του στάτη, θα συζητήσουμε αυτό το ζήτημα με περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο σχετικά με ασύγχρονους κινητήρες.

Αλλά για να ξεκινήσετε την περιστροφή του άξονα ενός τέτοιου κινητήρα, είναι σημαντικό είτε να τον ωθήσετε (να δώσετε την αρχική ταχύτητα) είτε να δημιουργήσετε ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Δημιουργείται χρησιμοποιώντας περιελίξεις διατεταγμένες με έναν συγκεκριμένο τρόπο, συνδεδεμένη σε ένα τριφασικό δίκτυο τροφοδοσίας (για παράδειγμα, 380V) ή χρησιμοποιώντας πυκνωτές εκκίνησης και λειτουργίας (στους λεγόμενους κινητήρες επαγωγής πυκνωτών).

Εκτός από την αλληλεπίδραση των μαγνητικών πεδίων στην περιστροφή του άξονα του κινητήρα εμπλέκεται και Αμπέρ δύναμη.

Επομένως, πρέπει να καταλάβετε ότι η στιγμή στον άξονα του αφηρημένου κινητήρα και ο αριθμός περιστροφών εξαρτώνται από το σχεδιασμό και τον τύπο της ηλεκτρικής μηχανής, καθώς και από την ισχύ του ρεύματος και τη συχνότητά του. Επαναλαμβάνω ότι σε αυτό το άρθρο δεν θα αναφερθούμε σε λεπτομέρειες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των συσκευών καθενός από τους τύπους και τους τύπους ηλεκτρικών κινητήρων, αλλά θα κάνουμε ξεχωριστά άρθρα για αυτό.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι ασύγχρονοι και καθολικοί κινητήρες συλλεκτών είναι πιο συνηθισμένοι στην καθημερινή ζωή και στην παραγωγή, στις κινήσεις των κατασκευαστικών οχημάτων. Χρησιμοποιούνται παντού, τόσο για την κίνηση βιομηχανικών μηχανισμών, όσο και για αυτοκίνητα, ηλεκτρικά οχήματα και χρησιμοποιούνται σε οικιακές συσκευές, μέχρι ηλεκτρική οδοντόβουρτσα.

Κύρια ταξινόμηση

Έτσι, οι ηλεκτρικοί κινητήρες χωρίζονται κυρίως σε μηχανήματα που λειτουργούν σε συνεχές ρεύμα, καθώς και σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ εναλλασσόμενου ρεύματος και συνεχούς ρεύματος, είπαμε στο άρθρο: https://elm.electricianexp.com/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html. Θα εξετάσουμε τους τύπους ηλεκτρικών κινητήρων από μηχανήματα που λειτουργούν από ένα διάλειμμα.

Κινητήρες AC

Τα περισσότερα από τα ηλεκτρικά μηχανήματα που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή και στην καθημερινή ζωή, για την οδήγηση ανελκυστήρων, σε άλλους τύπους ηλεκτρικών κινητήρων λειτουργούν από AC.

Οι κινητήρες AC μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής:

• ασύγχρονη;
• σύγχρονη.

Σε αυτήν την περίπτωση, οι επαγωγικοί κινητήρες διακρίνονται είτε από τη σχεδίαση του ρότορα:

• ρότορα κλουβιού σκίουρου (πιο συνηθισμένο με οποιονδήποτε αριθμό φάσεων).
• με ρότορα φάσης (μόνο τριφασικό).

Και από τον αριθμό των φάσεων:

• μονοφασική (με πυκνωτή εκκίνησης) χρησιμοποιούνται σε οικιακούς ηλεκτρικούς ανεμιστήρες και άλλες συσκευές χαμηλής ισχύος.
• συμπυκνωτής ή δύο φάσεων (είναι μονοφασικός με πυκνωτή που δεν απενεργοποιείται κατά τη λειτουργία, λόγω του οποίου δημιουργείται μια "δεύτερη" φάση) χρησιμοποιούνται σε μικρές αντλίες, εξαερισμό, σε πλυντήρια τύπου "μωρού" και παλιά μοντέλα κατασκευασμένα στην ΕΣΣΔ.
• τα τριφασικά είναι πιο συνηθισμένα και χρησιμοποιούνται παντού στην παραγωγή.

Υπάρχουν διαφορετικά σχέδια μονοφασικής αρτηριακής πίεσης, η λίστα δείχνει δύο κύριες επιλογές!

Ένα χαρακτηριστικό όλων των ασύγχρονων ηλεκτρικών κινητήρων είναι ότι η ταχύτητα του ρότορα είναι ελαφρώς μικρότερη από την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου στάτορα και είναι ίση με:

όπου n είναι ο αριθμός περιστροφών ανά λεπτό, f είναι η συχνότητα του δικτύου τροφοδοσίας, p είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων, το s γλιστρά και το "60" είναι δευτερόλεπτα ανά λεπτό.

Έτσι, η ταχύτητα του ρότορα καθορίζεται από τη συχνότητα του δικτύου τροφοδοσίας, τον σχεδιασμό των περιελίξεων ή μάλλον τον αριθμό των ζευγών πόλων (πηνία) σε αυτό και το μέγεθος της ολίσθησης.

Η ολίσθηση είναι μια τιμή που χαρακτηρίζει πόσο μικρότερη είναι η ταχύτητα του ρότορα σε σχέση με τη συχνότητα ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας βρίσκεται στο εύρος 0,01-0,06. Με απλά λόγια, το πεδίο στο στάτορα με ένα ζευγάρι πόλων περιστρέφεται με ταχύτητα:

60 * 50/1 = 3000 σ.α.λ.

Με δύο ζεύγη - 1500 σ.α.λ. και με τρία ζεύγη - 1000 σ.α.λ.

Κατά την ολίσθηση, για παράδειγμα, στο 0,05, η ταχύτητα του ρότορα θα είναι ίση με:

3000 * (1-0.05) = 2850 σ.α.λ.

Για να ρυθμίσετε την ταχύτητα τέτοιων κινητήρων χρησιμοποιήστε μετατροπείς συχνότητας, αφού δεν μπορούμε να επηρεάσουμε τις άλλες μεταβλητές του παραπάνω τύπου.

Οι πιο συνηθισμένοι είναι ασύγχρονοι κινητήρες με τάση τροφοδοσίας 220V για τη σύνδεση των περιελίξεων σύμφωνα με το κύκλωμα τριγώνου και 380V σύμφωνα με το κύκλωμα αστεριών.

Εάν σε μια τριφασική ηλεκτρική μηχανή το περιστρεφόμενο πεδίο στάτορα δημιουργείται από τη θέση των περιελίξεων και τη μετατόπιση φάσης στο δίκτυο κατά 120 network, τότε αυτό το φαινόμενο δεν παρατηρείται σε μονοφασικά. Ο άξονας θα περιστραφεί εάν τον ρυθμίσετε στην αρχική περιστροφή περιστρέφοντας τον άξονα με το χέρι ή εγκαθιστώντας έναν πυκνωτή αλλαγής φάσης, ο οποίος θα δημιουργήσει μια μετατόπιση φάσης στην αρχική περιέλιξη.

Οι διφασικοί κινητήρες πυκνωτών είναι διατεταγμένοι με παρόμοιο τρόπο, αλλά η δεύτερη περιέλιξη δεν σβήνει μετά την εκκίνηση, αλλά συνεχίζει να λειτουργεί πυκνωτής. Επομένως, το όνομα "διφασικό" αναφέρεται μάλλον στο διάγραμμα σχεδίασης και καλωδίωσης, παρά στα κυκλώματα τροφοδοσίας. Και οι δύο φάσεις και οι μονοφασικές έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε δίκτυο 220V.

Οι σύγχρονοι ηλεκτρικοί κινητήρες (LED) σχεδόν πάντοτε εκτελούνται με ένα τύλιγμα διέγερσης στο οπλισμό, και το ρεύμα διέγερσης μεταδίδεται σε αυτό είτε μέσω του συγκροτήματος βούρτσας είτε προκαλείται από ένα ηλεκτρομαγνητικό σύστημα.

Αυτό είναι απαραίτητο ώστε ο άξονας του να περιστρέφεται με συχνότητα που συμπίπτει με τη συχνότητα περιστροφής του πεδίου στάτορα. Δηλαδή, δεν υπάρχει παράμετρος όπως ολίσθηση σε αυτήν την περίπτωση.

Το ρεύμα διέγερσης παρέχεται από ειδικά συστήματα διέγερσης, όπως "γεννήτρια κινητήρα" ή ηλεκτρονικούς μετατροπείς σε θυρίστορ ή τρανζίστορ. Οι πιο συνηθισμένες στις εγχώριες επιχειρήσεις είναι συσκευές όπως VTE, TVU κ.λπ.

Δεν υπάρχει πάντοτε τύλιγμα πεδίου και βούρτσες, για παράδειγμα, σε φούρνο μικροκυμάτων, χρησιμοποιείται ένας σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη στη μονάδα περιστροφής της πλάκας.

Τα σύγχρονα μηχανήματα είναι ρητά και έμμεσα. Οι οπτικές διαφορές είναι στη σχεδίαση του ρότορα, στην πράξη υπάρχει μια διαφορά στα χαρακτηριστικά, τις μεθόδους παραγωγής και το σχεδιασμό τους. Στην πράξη, ένας απλός ηλεκτρολόγος σπιτιού είναι απίθανο να τους συναντήσει.

Απομένει να πούμε το κύριο πράγμα για τους κινητήρες AC - είναι δύσκολο να ρυθμίσουν την ταχύτητα περιστροφής λόγω του γεγονότος ότι η ταχύτητά τους συνδέεται με την ταχύτητα. Μείωση της τάσης (ρεύμα) στον στάτορα ή διέγερση (για σύγχρονο και ασύγχρονο με έναν ρότορα φάσης) οδηγεί σε πτώση της ροπής και αύξηση της τιμής ολίσθησης (για HELL), ενώ ο άξονας μπορεί να περιστραφεί πιο αργά. Για να ρυθμίσετε την ταχύτητα τέτοιων κινητήρων, χρειάζεστε έναν μετατροπέα συχνότητας. Σχετικά με το πώς να επιλέξετε ένα chastotnik, είπαμε στο άρθρο: https://elm.electricianexp.com/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html.

DC Motors

Διατίθενται οι ακόλουθοι τύποι και τύποι κινητήρων DC:

1. DC Brush Motors Αποτελούνται από μαγνήτες ή πηνίο διέγερσης και οπλισμό · το ρεύμα προς το τύλιγμα του οπλισμού μεταδίδεται χρησιμοποιώντας ένα συγκρότημα πινέλου, το μειονέκτημα του οποίου είναι βαθμιαία φθορά.
2. Καθολικοί κινητήρες συλλεκτών. Είναι παρόμοια με τα προηγούμενα, αλλά μπορούν να λειτουργήσουν τόσο από συνεχές όσο και από εναλλασσόμενο ρεύμα.
3. Χωρίς ψήκτρες ή χωρίς ψήκτρες. Αποτελείται από περιελίξεις στάτορα, μόνιμοι μαγνήτες εγκαθίστανται στον ρότορα. Συνδέεται στο κύκλωμα DC μέσω ενός ειδικού ελεγκτή που αλλάζει τις περιελίξεις του στάτη.

Οι κινητήρες συλλεκτών μπορούν να χωριστούν σε ομάδες ανάλογα με τον τύπο διέγερσης:

• με αυτο-διέγερση.
• με ανεξάρτητη διέγερση.

Ανάλογα με τον τύπο σύνδεσης των περιελίξεων πεδίου, διακρίνονται ως εξής:

1. Η διαδοχική διέγερση σάς επιτρέπει να έχετε μια υψηλή στιγμή στον άξονα, αλλά η ταχύτητα ρελαντί είναι επίσης πολύ υψηλή και μπορεί να προκαλέσει ζημιά στον κινητήρα (θα περάσει στο διάστημα).
2. Παράλληλη διέγερση - σε αυτήν την περίπτωση, οι περιστροφές είναι πιο σταθερές και δεν αλλάζουν υπό φορτίο, αλλά η ροπή στον άξονα είναι μικρότερη.
3. Ο μικτός ενθουσιασμός συνδυάζει τα πλεονεκτήματα και των δύο τύπων.

Σε συλλέκτες DCT χαμηλής ισχύος, η διέγερση οργανώνεται συχνότερα χρησιμοποιώντας μόνιμους μαγνήτες.

Με ανεξάρτητη διέγερση του ηλεκτρικού κινητήρα συλλέκτη, οι περιελίξεις στάτορα και ρότορα δεν συνδέονται μεταξύ τους, αλλά στην ουσία τροφοδοτούνται από διαφορετικές πηγές.Έτσι, είναι δυνατόν να οργανωθεί η ρύθμιση της στιγμής ή της ταχύτητας, καθώς και να επιτευχθεί μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση.

Ανάλογα με τη σχεδίαση, ένας τέτοιος ηλεκτρικός κινητήρας μπορεί να λειτουργεί είτε μόνο από συνεχές ρεύμα είτε από εναλλασσόμενο και σταθερό. Στη δεύτερη περίπτωση, καλούνται «κινητήρας γενικής χρήσης». Είναι ευρέως διαδεδομένα στην καθημερινή ζωή, χρησιμοποιούνται σε συσκευές κουζίνας και ηλεκτρικά εργαλεία (μύλοι, τρυπάνια κ.λπ.).

Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες δεν έχουν τα εγγενή μειονεκτήματα ενός μεταγωγέα λόγω της έλλειψης συγκροτήματος βουρτσών. Το ρεύμα παρέχεται στις τρεις περιελίξεις στάτορα και οι περιελίξεις αλλάζουν χρησιμοποιώντας τον ελεγκτή. Στην πραγματικότητα, DCT χωρίς ψήκτρες τροφοδοτούνται από μετασχηματισμένο εναλλασσόμενο ρεύμα. Μπορείτε να μάθετε πώς λειτουργούν αυτές οι μηχανές παρακολουθώντας το ακόλουθο βίντεο:

Είναι παρόμοια στο σχεδιασμό με τους σύγχρονους κινητήρες, εκτός από το ότι χρησιμοποιούνται μόνιμοι μαγνήτες και όχι ηλεκτρομαγνήτες. Για περιστροφή ενός τέτοιου κινητήρα και αύξηση της απόδοσής του, οι αισθητήρες Hall χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της θέσης του άξονα και τη σωστή εναλλαγή των περιελίξεων.

Συχνά καλούνται κινητήρες βαλβίδων, και σε αγγλικές πηγές, οι κινητήρες αυτοί, ανάλογα με το σχεδιασμό, ονομάζονται PWSM ή BLDC.

Χρησιμοποιούνται σε ψυγεία ηλεκτρονικών υπολογιστών, ως μονάδα δίσκου για ραδιο-ελεγχόμενα μοντέλα όπως τετραπλό, καθώς και σε τροχό κινητήρα για ποδήλατο.

Πρόσθετη ταξινόμηση

Εκτός από τους κινητήρες που συζητήθηκαν παραπάνω, θα πρέπει να ειπωθούν για άλλους τύπους, όπως:

• σκαλοπάτι
• σερβο
• γραμμική
• κινητήρες ρεύματος κυματισμού (παρόμοιος με έναν κινητήρα DC, η διαφορά είναι ότι η ισχύς παρέχεται από ένα διορθωμένο ρεύμα κυματισμού).

Οι κινητήρες Stepper και οι σερβοί χρησιμοποιούνται όπου πρέπει να τοποθετήσετε τον κόμβο κάποιου μηχανισμού. Το απλούστερο παράδειγμα είναι ένα CNC, ένας εκτυπωτής 3D και πολλά άλλα. Επίσης, με τη βοήθεια του "shagovikov" μερικές φορές ελέγχετε τη θέση του γκαζιού του αυτοκινήτου - και αυτό είναι μόνο ένα μικρό μέρος της εφαρμογής τους.

Μια περιγραφή των λειτουργιών και των χαρακτηριστικών αυτών των τύπων ηλεκτρικών δίσκων είναι ένα θέμα για ένα ξεχωριστό άρθρο. Αν σας ενδιαφέρει, γράψτε σχόλια και θα τα δημοσιεύσουμε!

Ένας γραμμικός κινητήρας, σε αντίθεση με όλα τα παραπάνω, η κίνηση του άξονα του δεν είναι περιστροφική, αλλά μεταγραφική. Δηλαδή, δεν περιστρέφεται, αλλά κινείται «εμπρός και πίσω». Είναι διαφορετικά:

• AC βασισμένο στην αρχή της λειτουργίας παρόμοια με σύγχρονα και ασύγχρονα κινητήρες?
• συνεχές ρεύμα
• πιεζοηλεκτρικό;
• μαγνητικό περιοριστικό.

Στην πράξη, είναι σπάνιες, χρησιμοποιούνται ως κινητήρια δύναμη για σιδηροδρομικό μονοτρόχιων σιδηροδρόμων, για τροφοδοσία του σώματος εργασίας σε διάφορα μηχανήματα.

Ωστόσο, η ταξινόμηση που δίνεται στο άρθρο επιλέχθηκε από την άποψη της πρακτικότητας, ενώ στη βιβλιογραφία προτείνεται να διαιρεθεί ο ηλεκτρικός κινητήρας σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια.

Σύμφωνα με τις ιδιαιτερότητες της δημιουργούμενης ροπής:

• υστερικός;
• μαγνητοηλεκτρικό.

Η επόμενη επιλογή ταξινόμησης βασίζεται σε διαφορές στο σχεδιασμό και τα χαρακτηριστικά του σχεδιασμού τους.

Κατά τύπο και θέση του άξονα:

• με οριζόντια διάταξη άξονα.
• με κάθετη τοποθέτηση άξονα.

Προστατέψτε από περιβαλλοντικές δράσεις:

• προστατεύεται από υψηλή υγρασία και σκόνη.
• για λειτουργία σε εκρηκτικά δωμάτια.

Κατά τη διάρκεια του τρόπου λειτουργίας:

• διαλείπουσα (βαρούλκα, γερανοί, κινητήρες βαλβίδων πύλης)
• για συνεχή λειτουργία (αντλίες, αερισμός κ.λπ.).

Με δύναμη, μπορείτε επίσης να διακρίνετε αυτοκίνητα μικρής, μεσαίας, υψηλής ισχύος. Ωστόσο, δεν έχει νόημα να φέρουμε τα όρια αυτών των δυνατοτήτων, καθώς κάπου περίπου 6 MW είναι η μέση ισχύς και κάπου περίπου 1 kW είναι ένας κολοσσιαίος αριθμός.

Είναι αδύνατο να εξεταστούν λεπτομερώς όλοι οι τύποι σε ένα άρθρο, επομένως θα εξετάσουμε κάθε έκδοση ξεχωριστά.Ελπίζουμε ότι η ταξινόμηση που παρέχεται σύντομα σας βοήθησε να κατανοήσετε ποιοι τύποι κινητήρων DC και AC είναι, καθώς και ποιες είναι οι διαφορές και τα χαρακτηριστικά εφαρμογής τους!

Σχετικά υλικά:

• Πώς να πάρετε εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα
• Τύποι σταθεροποιητών τάσης
• Πώς να φτιάξετε έναν απλό ηλεκτρικό κινητήρα με τα χέρια σας