Электрический двигатель на сегодня, пожалуй, самый распространенный вид привода, который можно встретить и в корпусе радиоуправляемой игрушки (даже зубной щетки) и внутри железнодорожного локомотива. Применение электрического привода можно встретить повсеместно: в быту, на производстве, транспорте. Без электрического двигателя не обходится ни одна отрасль экономики, ни одна сфера жизни современного человека.
По сути, электродвигатель представляет собой машину, преобразующую электрическую энергию в механическую. Как правило, это вращательное движение вала, приводящее в движение подвижные части механизмов, хотя линейный электродвигатель обеспечивает возвратно-поступательное движение, но применение последнего носит достаточно редкий характер.
Основу любого электродвигателя составляют две важные компоненты:
- неподвижная часть статор, прочно закрепляемая на основании,
- подвижная – ротор, приводящая в движение исполнительные механизмы.
Причиной вращения роторов является взаимодействие магнитных полей, формируемых с помощью обмоток статора или ротора. На сегодняшний день существуют разные типы электродвигателей, применение которых обусловлено предъявленными требованиями, попробуем вкратце разобраться с каждым из них.
Основные разновидности
По типу рабочего напряжения все электродвигатели принято делить на три типа:
- двигатели постоянного тока,
- двигатели переменного тока,
- универсальные электродвигатели.
К первым можно отнести коллекторные двигатели, «увидевшие свет» еще в конце XIX века, но и сегодня не теряющие своей актуальности и более современные вентильные (бесколлекторные) электродвигатели. Сегодня на коллекторных электродвигателях постоянного тока «ходят» и детские игрушки (имеющие механическую характеристику в десятки милливатт) и локомотивы поездов с тяговыми двигателями мощностью до 1000 кВт.
На двигателях переменного тока работает практически все производственное оборудование, большая часть бытовой электротехники. По принципу действия они делятся на:
- синхронные, скорость вращения вала которых совпадает со скоростью вращения магнитного поля,
- асинхронные, у них скорость вращения вала несколько отстает от магнитного потока.
В синхронных двигателях роторы собраны на постоянных магнитах, это и обуславливает совпадение скоростей вращения ротора и магнитного поля.
По типу электросети двигатели, питаемые переменным током делятся на однофазные и трехфазные. Трехфазный переменный ток находит широкое применение в производственной сфере, что объясняет высокую потребность в трехфазных асинхронных двигателях, используемых в различном технологическом оборудовании. Секретом столь высокой популярности приводов на асинхронных электродвигателях переменного тока считается простота, надежность и долговечность последних.
Частота вращения роторов асинхронных трехфазных электродвигателей зависит от частоты вращения магнитного поля или фактически от частоты питающей сети:
n = 60f/p*(1-S),
где f – частота напряжения питания, p – количество пар полюсов, S – скольжение, параметр определяющий отставание вращения, обычно он лежит в пределах 0.01 – 0.06. Учитывая, что для определенного двигателя все параметры постоянны, то на скорость вращения может влиять только частота питающей сети.
Длительное время зависимость скорости вращения от частоты сети считалась недостатком синхронных и асинхронных электродвигателей, сегодня с появлением частотных преобразователей, выдающих напряжение в диапазоне частот 1 – 500 Гц эта проблема полностью решена.
Асинхронный привод может работать и на однофазных электродвигателях, имеющих в дополнение к рабочей стартовую (пусковую) обмотку, сдвиг фаз для запуска в этом случае обеспечивается специальным пусковым конденсатором.
Особенности соединения обмоток статора и ротора в универсальных коллекторных двигателях позволяют им работать и при постоянном и при переменном токе. Такие двигатели установлены в большинстве бытовой техники.
Помимо упомянутых выше перечень существующих ныне электродвигателей можно продолжить на примере:
- шаговых двигателей,
- сервоприводов,
- двигателей пульсирующего тока.
Нашего внимания коснулись лишь наиболее востребованные разновидности.