Мир в 21 веке невозможно представить без электродвигателей. Они заставляют работать бесчисленные устройства, которые нас окружают – от лифта в доме до вентилятора в ноутбуке. Сегодня поговорим о том, какие бывают электродвигатели, для чего служат их разные виды и как их применяют на практике, чтобы получить эффективное и надежное оборудование.
Устройство электродвигателя
Начнем с того, что вообще такое электродвигатель. Говоря упрощенно, это преобразователь электрической энергии в механическое движение. Он состоит из двух основных частей: статора и ротора.
· Статор: внешняя часть электродвигателя, которая обычно закреплена на месте. Внутри статора находятся катушки проводов, через которые проходит электрический ток. Подача тока в эти катушки создает магнитное поле.
· Ротор: вращающаяся часть электродвигателя. Ротор помещен внутрь статора и находится внутри магнитного поля, созданного статором. Когда электрический ток протекает через статор, он создает магнитное поле, которое взаимодействует с ротором, заставляя его вращаться.
Таким образом, когда электродвигатель подключен к источнику электроэнергии, статор создает магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться. Это вращение ротора и используют для приведения в движение различных механизмов.
Классификация электродвигателей
Электродвигатели можно классифицировать по разным критериям, но в первую очередь по типу питающего тока. Разберем поочередно каждый из них.
1. Двигатели постоянного тока.
Работают от источника постоянного тока (например, батарей). Имеют простую структуру и обычно используются в там, где требуется высокий момент на низких скоростях. Такие двигатели делятся на два основных типа: коллекторные (щеточные) и бесколлекторные (бесщеточные). Эти два типа отличаются своей конструкцией и способом управления.
· Коллекторные (щеточные) двигатели. На их роторе есть коммутатор (коллектор) и щетки. Коммутатор переключает направление тока в обмотках ротора, обеспечивая вращение. Щетки передают ток на коммутатор. Коллекторные двигатели просты в конструкции и дешевы в производстве, обладают высоким крутящим моментом на низких оборотах. Примеры в быту: шуруповерт, болгарка, перфоратор.
· Бесколлекторные (вентильные) двигатели. Вместо коммутатора и щеток используют электронику (датчики и контроллеры) для управления током в обмотках ротора. Эти двигатели более эффективны, надежны и имеют долгий срок службы по сравнению с коллекторными. Они также обладают более высокой точностью и контролем скорости вращения. Бесколлекторные двигатели используются в широком спектре устройств, включая беспилотные летательные аппараты (дроны), компьютерные вентиляторы, электромобили.
2. Двигатели переменного тока.
Работают от источника переменного тока (например, обычной сети 220В).Это самый распространенный тип двигателей, используемых в разных бытовых и промышленных устройствах: вентиляторы, насосы, конвейеры и т.д.
Внутри категории двигателей переменного тока существуют два основных подтипа: синхронные и асинхронные.
· Синхронные двигатели, ротор СД вращается со скоростью, которая соответствует скорости вращения магнитного поля в статоре. Они часто используются там, где важна большая мощность, высокий КПД, устойчивость к перепадам напряжения питающей сети, стабильная частота вращения вала вне зависимости от величины нагрузки на него.
· Асинхронные двигатели, также известные как индукционные двигатели. Ротор АД вращается со скоростью, которая немного отличается от скорости вращения магнитного поля в статоре. Они наиболее распространены и универсальны. Например, такие двигатели используют в кухонных бытовых приборах – мясорубках, соковыжималках.
Асинхронные двигатели в свою очередь делятся на две категории по строению ротора: короткозамкнутые и роторы с фазным разделением. Эти два типа различаются по тому, как проводники в роторе организованы и взаимодействуют с магнитным полем статора.
- Короткозамкнутые роторы (или роторы с обмоткой). В этих роторах проводники обмотки ротора представляют собой закольцованный или спиральный проводник, который находится внутри сердцевины ротора. Короткозамкнутые роторы выполнены в виде «беличьей клетки». Они обеспечивают высокий крутящий момент и могут использоваться в различных промышленных приложениях, таких как электрические машины и моторы.
- Роторы с фазным разделением (или разделенные роторы). В этих роторах проводники разделены на отдельные фазы, обычно две или более. Каждая фаза имеет свои обмотки, которые находятся в отдельных слотах ротора. Роторы с фазным разделением обеспечивают лучшую эффективность и контроль скорости вращения. Они часто используются в бесколлекторных двигателях и других устройствах, где необходим более точный контроль двигателя.
Классификация по количеству питающих фаз
Количество фаз определяет, каким образом двигатель будет подключен к источнику питания и как будет управляться.
По количеству питающих фаз электродвигатели делятся на следующие категории:
1. Однофазные: наиболее распространены в бытовых устройствах: вентиляторы, вытяжки. Отличаются дешевизной и низким КПД.
2. Двухфазные: требуют две фазы переменного тока для работы. Также есть двухфазные конденсаторные двигатели: с помощью конденсатора происходит сдвиг фазы.
3. Трехфазные: в основном используются в промышленных системахиз-за своей надежности и высокой мощности.
Есть и другие специализированные типы электродвигателей, которые имеют свои уникальные характеристики – например, пьезоэлектрические или двигатели на жидком металле, но они имеют очень узкие сферы применения, такие как космические аппараты или лабораторное оборудование. Но в быту мы чаще всего встречаемся с асинхронными однофазными и двухфазными конденсаторными двигателями. Благодаря их характеристикам их проще всего использовать для устройств, которыми мы все пользуемся каждый день.
