В этой короткой статье мы поговорим о электродвигателях и о их классификации, какие они, вообще, бывают и что нам с ними делать.
Для чего вообще написана эта статья? А дело в том, что в дальнейшем, в моих следующих статьях мы будем подключать различные типы двигателей в качестве исполнительных устройств к драйверам и контроллерам. "Мозгом" всего этого, конечно будет ESP8266. И для этого мы должны знать, а на что они, эти двигатели вообще способны и как ими управлять. Какой двигатель нам нужен в данном конкретном случае. Сразу скажу, наша классификация будет отличатся от классической (незначительно), так как нас интересует практика, а не теория. Ну а начнем как всегда с определения.
Определение
Электродвигатель - устройство с помощью которой электрическая энергия преобразуется в механическую, чаще всего во вращательное движение, но бывают и другие двигатели. И все же в 90% случаев имеются в виду вращающиеся двигатели.
Принцип действия
Лежит принцип электромагнитной индукции это, напомню, возникновение электрического поля (тока) под действием изменяющегося магнитного. Или другими словами изменяющиеся, магнитное поле порождает электрическое и наоборот. Поэтому любое изменяющиеся электрическое поле (а там где ток там и поле) породит магнитное, а оно при взаимодействие с "другим" магнитным полем вызовет отталкивание или притягивания элементов ротора и статора, а вот количество реализаций всего этого может быть огромное количество о чем и будет рассказано ниже.
Конструкция электродвигателя
Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются две части статор и ротор.
- статор - неподвижная часть,
- ротор - вращающаяся часть.
Статор отдельно
Да и насчет якоря, с ним путаница. Якорем называется обмотка по которой протекает ток при работе (для работы) двигателя, он может быть и подвижным и не подвижным, а значит как статором так и ротором. Часто якорем называют подвижную часть во многих электромагнитных приборах. Но вот в синхронной машине, что назвать якорем я честно не знаю.
Классификация
Классификация большая, путанная и многообразная, но она нас будет интересовать с практической точки зрения.
По типу питающего тока двигатели делятся на:
- переменного тока;
- постоянного тока;
- универсальные двигатели
Ну это самое простое, скажите Вы, нет не совсем все так просто.
Двигатель переменного тока.
Подключаются и работают от переменного тока (AC). Разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Но сразу же возникает путаница, а вот двигатель компьютерного вентилятора к каким относится? Мы об этом поговорим ниже.
Двигатель постоянного тока
Вы скажите да тут все просто, подключаем двигатель к постоянному току (DC) и значит он постоянного тока, так то так, но не совсем и даже не из за примера выше с вентилятором компьютера. Какой двигатель применяется в известных нам сетевых дрелях, болгарках, перфораторах, шлиф машинах и так далее, в тех инструментах которые мы включаем в бытовую сеть "220 вольт"? Да там применяется двигатель постоянного тока! Как так, скажите Вы? Мы же втыкаем его в сеть переменного тока "220 вольт"? Все очень просто соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и на роторе и на статоре. Все представлено на схеме ниже.
Универсальные двигатели
Как видно из примера выше некоторые коллекторные двигатели переменного тока можно подключить и к постоянному току, но с более низким напряжением.
Классификация двигателей постоянного тока
В свою очередь двигатели постоянного тока так же разделяются по способу формирования магнитного поля на роторе:
- коллекторные двигатели;
- бесколлекторные (вентильные двигатели)
Но(! опять путаница) щёточно - коллекторный узел может применятся не только в двигателях постоянного тока, а как мы увидим ниже и в двигателях переменного тока.
Коллекторные двигатели
Применяется специальный щеточный коммутатор - коллектор.
Коллекторный узел от двигателя полотера.
На фото ниже видны щетка и коллектор двигателя шуруповёрта
Про этот шуруповёрт статья на канале: "Шуруповерт из магазина "Светофор" за 1000 рублей - обзор, разборка."
Именно с помощью коллекторного узла формируется сначала ток на обмотках ротора, а затем и переменное магнитное поле которое взаимодействует с постоянным магнитным полем статора полученным с помощью постоянных или переменных магнитов. Так чаще всего, но может быть все наоборот, ротор будет постоянным магнитом, а на обмотках статора будет формироваться переменное магнитное поле. Именно такие двигатели используют в болгарках, дрелях и большинстве шуруповёртах (не всех). Такие же двигатели только постоянного тока используются в агрегатах машин, например стеклоподъёмники и дворники. По вариантам подключение обмоток они так же разделяются, но дальше мы уже не будем рассматривать и залезать в дебри.
Бесколлекторные (вентильные двигатели)
Все то же самое, что выше, но щёточно-коллекторного узла нет, он заменён электроникой, Отсюда и слово вентильный - управляемый силовыми ключами (вентилями). Так как отказались от коллектора то ротор конструктивно сделали без обмоточным, вместо этого используют постоянные магниты что конечно увеличивает цену. Кроме того для коммутации нужно знать положении ротора (хотя не всегда), для этого применяют разные датчики (их много разных) поэтому большинство двигателей применяется в электронной промышленности, а бесколлекторные двигатели иногда называют шаговыми хотя это не одно и то же. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя бесколлекторный двигатель который способен поворачиваться на определённый угол и работать с определённой скоростью это достигается тем что конструктивно в бесколлекторных двигателях уже есть вся электроника как силовая так и контролирующая для поворота вала на определенный угол.
Классификация двигателей переменного тока
Двигатели переменного тока по принципу работы делятся:
- синхронные двигатели - ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре.
- асинхронные двигатели - магнитное поле вращается быстрее ротора. Частота вращения ротора отстает от частоты статора на величину скольжения, которая составляет 0,012-0,06 (при стандартом частоте в 50 Гц)
Чаще, особенно в быту встречаются асинхронные двигатели, но в последнее время все больше и больше развития получают синхронные двигатели в связи с развитием микропроцессорной техники и электромобилей.
Конструкция
Мы разберем конструктивные различия классических представителей этих двух классов, но тут могут быть нюансы (я же говорил, что классификация путанная) и о них ниже.
Конструкция и сравнение синхронных и асинхронных двигателей.
Статоры идентичны конструктивно и функционально (несут одну функцию — создание магнитного поля)
Роторы различны
- Синхронный мотор - обмотка на роторе, которое создает магнитное поле. Для подачи тока на обмотку нужен щеточно - коллекторный узел
- Асинхронный мотор - обмотки на роторе нет (иногда это не так, см. ниже), магнитное поле формируется за счет магнитного поля статора (статорное магнитное поле).
Асинхронные двигатели
Асинхронные двигатели конструктивно проще (см. выше), требуют минимального обслуживания. Кстати еще одно отличие, в асинхронных двигателях не будет круглых цифр оборотов в минуту, а будут цифры типа такого 2730 или 1325, или 860 . Ну так как вал он же ротор будет отставать от магнитного поля частотой 50Гц) Они не могут быть выше 3000 оборотов, опять же все из за частоты, и питаются они от переменного напряжения.
Одно из главных отрицательных свойств асинхронных двигателей повышенный пусковой ток. В момент пуска токовая нагрузка может превышать номинальную в шесть-восемь раз и длиться до 5-10 секунд. По этой причине асинхронные моторы имеют свойство перегреваться, особенно при большой нагрузке. Именно по этой причине корпус изделия делают ребристым для увеличения площади охлаждения и дополнительно может устанавливаться вентилятор для обдува поверхности. Пусковой ток и перегрев ограничивают количество пусков за короткий интервал времени, вот почему в насосной станции нужно правильно настраивать реле давления.
Асинхронные электродвигатели по строению ротора в свою очередь бывают двух типов:
- короткозамкнутые
- фазным ротором
С короткозамкнутым ротором.
Тут ротор замкнут по типу "беличье колесо" или "беличья клетка".
Или вот так что ближе к реальности
Но на самом деле замыкающие проводники идут под углом, но это детали вот так ротор выглядит в реальности.
Некоторые бытовые приборы, такие как вентилятор, обычно снабжены двигателями с короткозамкнутым ротором, который представляет собой «беличье колесо». Все стержни замыкаются приваренными с обеих сторон дисками. Взаимодействие магнитного поля статора с наведёнными токами в роторе образовывает электромагнитную силу, которая действует на ротор в направлении вращения поля статора. Крутящий момент на валу электродвигателя создаётся всеми электромагнитными силами от каждого проводника.
С фазным ротором
В ротор добавляются обмотки трёх фаз, соединённые в «звезду».
Плохой снимок из интернетов, но что было, у меня нет фазного асинхронного двигателя.
И вот оно отличие от классики о которой мы говорили выше. Появляются обмотки на роторе как в синхронном двигателе. К этим обмоткам можно подключить реостат и регулировать пусковые токи, можно регулировать и частоту вращения двигателя. Но конструктивно такой двигатель сложнее так как для питание обмотки нужно добавить щёточно - коллекторный узел.
По количеству питающих фаз:
- однофазные - вентиляторы вытяжек и ванных комнат (отличаются низким КПД и малым, а иногда его вообще нет пусковым моментом, зато дешевы)
- двухфазные как не странно сюда относится вентилятор охлаждение компьютера с помощью управляющей микросхемы питание 12 вольт становится двухфазным.
- двухфазный конденсаторные - с помощью конденсатора происходит сдвиг фазы именно так происходит и в двигателях насосной станции Поэтому при поломке конденсатора она становится однофазной и не может начать вращения сама, так как нулевой пусковой момент, и для этого ее нужно раскручивать пальцем (видео на моем канале: "Неисправность конденсатора насосной станции"), но может быть подключена и трехфазной сети конечно уже без конденсатора.
Старый двигатель, видимо, от стиральной машины с конденсаторами.
- трёхфазные (подключаются к трехфазной сети переменного тока, широко используются на производстве)
- многофазные (все что больше трех, в быту не встречаются, а на производстве много чего бывает);
Итак, чаще всего в быту мы встречаемся с асинхронными однофазными и двухфазными конденсаторными двигателями.
Синхронные двигатели
Ротор крутится синхронно с магнитным полем. Так как ротор синхронного двигателя вращается синхронно с магнитным полем статора. То если его воткнуть в сеть переменного тока все будет плохо, он не закрутится так как частота в сети 50Гц. И сразу разогнаться вот на такой частоте он не сможет и будет просто дёргаться. И окажется, что «синхронный двигатель не вошел в синхронизм» Для старта нужно либо его раскрутить (что делается по разному) или изменить, понизить частоту,
"Раскручивать" двигатель можно вручную или с помощью другого двигателя или с помощью дополнительной обмотки, но теперь, с развитием электронике, чаще применяется "частотный" метод. Одно из главных свойств синхронного двигателя - он обладает свойством полной обратимости. Потому что синхронный электродвигатель это тот же самый генератор электрического тока, но работающий «в обратную сторону»
Положительные моменты
- стабильная скорость вращения вне зависимости от нагрузки на вал;
- при уменьшении механической нагрузки способен по инерции работать как генератор, не забирая энергию, а отдавая ее в сеть;
- отсюда, способен компенсировать реактивную мощность сети
- высокий КПД;
Отрицательные
- Трудность запуска что усложняет конструкцию
Представители.
Классифицироваться двигатели могут сразу по нескольким пунктам. Далее мы рассмотрим "бытовых" представителей, т. е. те двигатели которые мы видим каждый день.
Асинхронный, однофазный
- Комнатный трехскоростной вентилятор
- Магнитофоны, проигрыватели.
- Электромясорубки
- Соковыжималки
Асинхронный, двухфазный
- Вентилятор охлаждение компьютера после преобразования постоянного напряжения.
Асинхронный, двухфазный конденсаторные
(очень распространены)
- Точильный станок
- Сверлильный станок
Асинхронный, многофазный
- Некоторые пылесосы.
Синхронный
- Генератор автомашины
- Вентиляторы
- Стиральная машина с прямым приводом (или там асинхронный???)
- Поворотный столик микроволновки
- Некоторые шаговые двигатели (являются бесколлекторными)
Коллекторный двигатель постоянного тока
- Шуруповерт, болгарка, дрель, перфоратор.
Или шлифовальная машина: "VIDEO Ленточная шлифовальная машина Stanley SB90 обзор дилетанта (на Яндекс.Дзен, на Youtube)"
Разобранный аккумуляторный шуруповерт который есть в статье на канале: "Шуруповерт из магазина "Светофор" за 1000 рублей - обзор, разборка."
- Стиральная машина
- Полотер
Бесколлекторный двигатель
- "Продвинутый" строительный инструмент, шуруповерты
- Все шаговые двигатели
- Двигатели шпинделя жесткого диска или CD\DVD
Машины
- Tesla - асинхронный двигатель (ротор с водяным охлаждением)
- Тойота Приус - синхронный
- Renault Zoe - синхронный
Уважаемые читатели присылаете ваши примеры типов двигателей, с удовольствием добавлю их в статью.
На сегодня все, но дальше мы обязательно продолжим эту тему, а куда нам теперь деваться без электродвигателей? Мы рассмотрим двигатели вентиляторов охлаждения, двигатели шуруповёртов и двигатели некоторого сетевого оборудования. Поэтому, как всегда...
Продолжение следует...
Подписывайтесь на мой канал TehnoZet-2, там много интересного! Мы только развиваемся! Понравилась статья, хотите продолжения - ставьте лайк, жмите палец вверх.
Пользуйтесь рубрикатором - путеводителем по каналу, там все по разделам: "Страничка путеводитель по каналу TehnoZet-2" и разделом канала Tehnozet-2 на даче/деревне (Страница рубрикатор по теме Tehnozet-2 на даче/деревне).
Статьи и видео по теме
- VIDEO Шуруповерт из магазина "Светофор" за 1000 рублей - обзор, разборка (на Яндекс.Дзен, на Youtube)
Тэги
#чтотамвнутри
#впоискахнеонки
#Почитаем
#Чтиво
#Этоинтересно