Порівняння двс та електричного двигуна. Що таке електродвигун - розбираємось разом Виявлення та усунення несправностей у роботі електродвигуна
Електрифікація, що почалася в XX столітті, призвела до появи величезної кількості корисних винаходів. Одним із них став електродвигун.
Мотор втратив механічно труться і блискучих вузлів, перевершивши багато популярних на той час різновиду приводів. На сьогоднішній день існують різні типи електродвигунів, що дозволяє впровадити оптимальний варіант у ту чи іншу машину. Які саме агрегати вважаються затребуваними, у чому полягають їхні ключові особливості?
Відразу варто зауважити, що двигуни грубо поділяють на два типи: постійного та змінного струму. Тому ми розглядатимемо характерні особливості кожного з них.
Пристрої постійного струму
Такі агрегати дозволяють створювати регульовані електроприводи із відмінними експлуатаційними властивостями. Існує дві категорії двигунів, що живляться постійним струмом: колекторні та вентильні.
Перші характеризуються присутністю щітково-колекторного вузла, що сприяє електроз'єднанню нерухомої та обертової частини агрегату. Безколекторні (вентильні) – це електродвигуни із замкнутою системою. Вони працюють так, як і синхронні. Такі агрегати можуть мати будь-які габарити. Найменшими оснащують ПК, іграшки та інші прилади.
Електродвигуни постійного струму застосовуються в різних сферах через величезну кількість позитивних сторін:
- простота управління та регулювання частоти обертання;
- відмінні пускові характеристики;
- компактність;
- можливість використання у різних режимах.
Однак колекторні прилади потребують трудомісткого профілактичного сервісу. Та й вартість виробництва агрегатів досить висока, що відбивається на ціні.
Пристрої змінного струму
Ці агрегати ділять на синхронні та асинхронні. Ключова відмінність у тому, що в перших електродвигунах 1 гармоніка магніторушійної сили стартера переміщується аналогічно швидкості ротора. У асинхронних поле обертається швидше. І оскільки двигуни змінного струму задіяні особливо часто, їх варто розглянути детальніше.
Синхронні моделі
Багато видів комп'ютерного обладнання оснащуються саме цими двигунами. Переваги їх використання очевидні:
- сталість частоти обертання;
- невисока чутливість до перепадів напруги;
- можливість застосування як генератора потужності.
Зрозуміло, є й деякі мінуси у вигляді труднощів із запуском, складності конструкції та регулювання частоти обертання.
Асинхронні агрегати
Тут частота обертання ротора відрізняється від показників поля, що крутить. За конструктивними особливостями розрізняють пристрої з фазним та короткозамкненим ротором. Більше відмінностей у конструкції практично немає. Вони торкаються хіба що кількість обмоток, згідно з яким пристрої поділяють на одно-, дво- та трифазні.
Сьогодні асинхронні агрегати входять до комплектації величезної кількості електричних машин. Завдяки різноманітності фізичних та технічних характеристик пристрою можна вибрати оптимальне (залежно від умов експлуатації).
Наприклад, трифазний електродвигун 1,1 кВт 3 000 об/хв підійде для оснащення бетономішалок, компресорів, насосів і т. д. Однофазний агрегат застосовується в малопотужних пристроях, серед яких невеликі кімнатні вентилятори.
Серед переваг асинхронних електродвигунів варто виділити:
- простоту виготовлення;
- підвищену надійність;
- малі експлуатаційні витрати.
Однак подібні прилади залежать від напруги мережі, мають невеликий пусковий момент і викликають складності точного регулювання швидкості. Це важливо враховувати при покупці.
Незамінний винахід
Електричні двигуни застосовуються буквально скрізь. Без них неможливо уявити роботу більшості машин. Їх використання допомагає знизити трудовитрати людини та зробити повсякденне життя максимально комфортним.
У статті розглядаються різні типи електродвигунів, їх переваги та недоліки, перспективи розвитку.
Типи електродвигунів
Електродвигуни, нині, це неодмінна складова будь-якого виробництва. У комунальному господарстві та у побуті вони теж застосовуються дуже часто. Наприклад, вентилятори, кондиціонери, насоси для опалення і т.д. Тому, сучасному електрику необхідно добре розумітися на типах і пристрої цих агрегатів.
Отже, перерахуємо типи електродвигунів, що найбільш часто зустрічаються:
1. Електродвигуни постійного струму з якорем на постійних магнітах;
2. Електродвигуни постійного струму з якорем, що має обмотку збудження;
3. Синхронні двигуни змінного струму;
4. Асинхронні двигуни змінного струму;
5. Серводвигуни;
6. Лінійні асинхронні двигуни;
7. Мотор-ролики, тобто. ролики, усередині яких розташовані електродвигуни з редукторами;
8. Вентильні електродвигуни.
Електродвигуни постійного струму
Цей тип двигунів раніше застосовувався дуже широко, але нині майже повністю витіснений асинхронними електродвигунами, внаслідок порівняльної дешевизни застосування останніх. Новим напрямком у розвитку двигунів постійного струму є вентильні двигуни постійного струму з якорем на постійних магнітах.
Синхронні двигуни
Синхронні електродвигуни часто застосовуються різних видів приводу, працюючого з постійно швидкістю, тобто. для вентиляторів, компресорів, насосів, генераторів постійного струму та ін. Це двигуни потужністю 20 – 10000 кВт, для швидкостей обертання 125 – 1000 об/хв.
Двигуни відрізняються від генераторів конструктивно наявністю на роторі, необхідної для асинхронного пуску, додаткової короткозамкнутої обмотки, а також відносно меншим зазором між статором і ротором.
У синхронних двигунів к.п.д. вище, а маса на одиницю потужності менша, ніж у асинхронних на ту ж швидкість обертання. Цінною особливістю синхронного двигуна проти асинхронним є можливість регулювання його , тобто. cosφ за рахунок зміни струму збудження обмотки якоря. Таким чином, можна зробити cosφ близьким до одиниці у всіх діапазонах роботи і тим самим підняти ккд і знизити втрати в електромережі.
Асинхронні двигуни
В даний час це найбільш часто використовуваний тип двигунів. Асинхронний двигун - це двигун змінного струму, частота обертання ротора якого нижче за частоту обертання магнітного поля, створюваного статором.
Змінюючи частоту і шпаруватість напруги, що підводиться до статора, можна змінювати швидкість обертання і момент на валу двигуна. Найчастіше використовуються асинхронні двигуни із короткозамкненим ротором. Ротор виконується з алюмінію, що знижує його вагу та вартість.
Основні переваги таких двигунів – це низька ціна та мала вага. Ремонт електродвигунів такого типу відносно простий і дешевий.
Основні недоліки - це малий пусковий момент на валу і великий пусковий струм, що в 3-5 разів перевищує робочий. Ще один великий недолік асинхронного двигуна – це низький ккд у режимі часткових навантажень. Наприклад, при навантаженні 30% від номінальної, ккд може падати з 90% до 40-60%!
Основний спосіб боротьби з вадами асинхронного двигуна - це застосування частотного приводу. перетворює напругу мережі 220/380В імпульсну напругу змінної частоти і шпаруватості. Тим самим вдається в широких межах змінювати частоту оборотів і момент на валу двигуна і позбавитися практично всіх його вроджених недоліків. Єдина "ложка дьогтю" у цій "бочці меду", це висока ціна частотного приводу, але на практиці всі витрати окупаються протягом року!
Серводвигуни
Ці двигуни займають особливу нішу, вони застосовуються там, де потрібні прецизійні зміни положення та швидкості руху. Це космічна техніка, роботобудування, верстати з ЧПУ тощо.
Такі двигуни відрізняються застосуванням якір малого діаметра, т.к. Мінімальний діаметр це мала вага. За рахунок малої ваги вдається досягти максимального прискорення, тобто. швидких переміщень. Ці двигуни зазвичай мають систему датчиків зворотного зв'язку, що дозволяє збільшити точність руху та реалізувати складні алгоритми переміщень та взаємодії різних систем.
Лінійні асинхронні двигуни
Лінійний асинхронний двигун створює магнітне поле, яке переміщає пластину двигуна. Точність переміщення може становити 0.03 мм на один метр переміщення, що втричі менше за товщину людського волосся! Зазвичай пластина (повзун) прикріплюється до механізму, що має пересуватися.
Такі двигуни мають дуже велику швидкість переміщення (до 5 м/с), отже високу продуктивність. Швидкість переміщення та крок можна змінювати. Так як у двигуні мінімум частин, що рухаються, він має високу надійність.
Мотор-ролики
Конструкція таких роликів досить проста: усередині провідного ролика знаходиться мініатюрний електродвигун постійного струму та редуктор. Мотор ролики застосовуються на різних конвеєрах та сортувальних лініях.
Переваги мотор-роликів - це низький рівень шуму, більш високий ккд у порівнянні із зовнішнім приводом, мотор-ролик практично не потребує техобслуговування, оскільки він працює тільки коли потрібно перемістити конвеєр, його ресурс дуже великий. Коли такий ролик вийде з ладу, його можна замінити іншим мінімальним часом.
Вентильні електродвигуни
Вентильним називають будь-який двигун, у якому регулювання режимів роботи здійснюється за допомогою напівпровідникових (вентильних) перетворювачів. Як правило, це синхронний двигун із збудженням від постійних магнітів. Статор двигуна управляється з допомогою інвертора з мікропроцесорним управлінням. Двигун оснащений системою датчиків, для здійснення зворотного зв'язку за положенням, швидкістю та прискоренням.
Основні переваги вентильних електродвигунів:
1. Безконтактність та відсутність вузлів, що вимагають обслуговування,
2. Високий ресурс;
3. Великий пусковий момент і велика перевантажувальна здатність по моменту (5 і більше разів);
4. Висока швидкодія з перехідних процесів;
5. Величезний діапазон регулювань частотою обертання 1:10000 і більше, що мінімум на два порядки вище, ніж у асинхронних двигунів;
6. Найкращі показники за ККД та cosφ, їх ККД на всіх навантаженнях перевищує 90%. У той час як у асинхронних двигунів ККД на половинних навантаженнях може падати до 40-60%!
7. Мінімальні струми холостого струму та пускові струми;
8. Мінімальні масогабаритні показники;
9. Мінімальні терміни окупності.
За конструктивними особливостями такі двигуни поділяються на два основні типи: безконтактні двигуни постійного та змінного струмів.
Головним напрямом вдосконалення вентильних електродвигунів зараз є розробка адаптивних алгоритмів бездатчикового управління. Це дозволить знизити собівартість та підвищити надійність таких приводів.
У такій маленькій статті, звичайно, неможливо відобразити всі аспекти систем електроприводу, т.к. це дуже цікавий напрямок, що швидко розвивається в техніці. Щорічні електротехнічні виставки наочно демонструють постійне зростання кількості фірм, які прагнуть освоїти цей напрямок. Лідери цього ринку, як завжди, Siemens AG, General Electric, Bosch Rexroth AG, Ansaldo, Fanuc та ін.
Економічність та надійність обладнання безпосередньо залежать від електродвигуна, тому його вибір потребує серйозного підходу.
За допомогою електродвигуна електрична енергія перетворюється на механічну. Потужність, кількість обертів за хвилину, напруга та тип живлення є основними показниками електродвигунів. Також, велике значення мають масогабаритні та енергетичні показники.
Електродвигуни мають великі переваги. Так, у порівнянні з тепловими двигунами порівнянної потужності, за розміром електричні двигуни набагато компактніші. Вони чудово підходять для установки на невеликих майданчиках, наприклад, у обладнанні трамваїв, електровозів і на верстатах різного призначення.
При їх використанні не виділяється пара та продукти розпаду, що забезпечує екологічну чистоту. Електродвигуни діляться на двигуни постійного та змінного струму, крокові електродвигуни, серводвигуни та лінійні.
Електродвигуни змінного струму, у свою чергу, поділяються на синхронні та асинхронні.
Електродвигуни постійного струму
Використовуються для створення регульованих електроприводів із високими динамічними та експлуатаційними показниками. До таких показників відносяться висока рівномірність обертання та перезавантажувальна здатність. Їх використовують для комплектації папероробних, фарбувально-оздоблювальних та підйомно-транспортних машин, для полімерного обладнання, бурових верстатів та допоміжних агрегатів екскаваторів. Часто вони використовуються для оснащення всіх видів електротранспорту.
Електродвигуни змінного струму
Користуються вищим попитом, ніж двигуни постійного струму. Їх часто використовують у побуті та в промисловості. Їх виробництво набагато дешевше, конструкція простіше та надійніше, а експлуатація досить проста. Практично вся побутова побутова техніка обладнана електродвигунами змінного струму. Їх використовують у пральних машинах, кухонних витяжних пристроях тощо. У великій промисловості з їх допомогою наводиться рух станкове обладнання, лебідки для переміщення важкого вантажу, компресори, гідравлічні та пневматичні насоси та промислові вентилятори.
Крокові електродвигуни
Діють за принципом перетворення електричних імпульсів на механічне переміщення дискретного характеру. Більшість офісної та комп'ютерної техніки обладнано ними. Такі двигуни дуже малі, але високопродуктивні. Іноді й потрібні в окремих галузях промисловості.
Серводвигуни
Належать до двигунів постійного струму. Вони є високотехнологічними. Їхня робота здійснюється за допомогою використання негативного зворотного зв'язку. Такий двигун відрізняється особливою потужністю та здатний розвивати високу швидкість обертання валу, регулювання якого здійснюється за допомогою комп'ютерного забезпечення. Така функція робить його затребуваним при обладнанні потокових ліній та у сучасних промислових верстатах.
Лінійні електродвигуни
Мають унікальну здатність прямолінійного переміщення ротора і статора відносно один одного. Такі двигуни незамінні для роботи механізмів, дія яких заснована на поступальному та зворотно-поступальному русі робочих органів. Використання лінійного електродвигуна здатне підвищити надійність та економічність механізму завдяки тому, що значно спрощує його діяльність та майже повністю виключає механічну передачу.
Синхронні двигуни
Є різновидом електродвигунів змінного струму. Частота обертання їх ротора дорівнює частоті обертання магнітного поля повітряному зазорі. Їх використовують для компресорів, великих вентиляторів, насосів та генераторів постійного струму, оскільки вони працюють із постійною швидкістю.
Асинхронні двигуни
Також відносяться до категорії електродвигунів змінного струму. Частота обертання їх ротора відрізняється від частоти обертання магнітного поля, що створюється струмом статора обмотки. Асинхронні двигуни поділяються на два типи, залежно від конструкції ротора: із короткозамкненим ротором та фазним ротором. Конструкція статора обох видах однакова, відмінність лише у обмотці.
Електродвигуни незамінні у світі. Завдяки їм значно полегшується робота людей. Їх використання допомагає знизити витрати людських сил і зробити повсякденне життя набагато комфортнішим.
Будь-яке промислове виробництво передбачає використання великої кількості техніки, яка має дуже важку структуру та виробництво. Є матеріали, які вважаються незамінними для будь-якого виду промисловості. Так, велике значення цьому етапі має використання електродвигунів постійного струму. Давайте розберемося, що це за обладнання і принцип його роботи.
Отже, електродвигун постійного струму – це обладнання, яке виготовляє з електричної енергії механічну. Це дуже складна конструкція, яка має дуже тяжкий механізм. Електродвигун може використовуватись у різних сферах будівництва та промисловості.
Яке застосування даного продукту? Застосування дуже широке, але варто відзначити найголовніші позиції:
- Різноманітні види кранів
- Тяговий електропривод для тепловозів та теплоходів
- Використання у повсякденних речах (невеликі двигуни): іграшки, оргтехніки
- Використовується для стартерів автомобіля.
Як бачимо, електродвигун постійного струму використовують у всіх сферах життя. Це зумовлено тим, що даний продукт має велику кількість переваг, з якими поки що дуже важко зрівнятися іншим подібним конструкціям.
Переваги:
- Легке керування апаратом
- Легкість у регулюванні частоти обертання
- Великий момент запуску
- Невеликі габарити пристрою
Недоліки:
- ціна на електродвигуни
- Обов'язкове використання випрямного пристрою
- Необхідність у спеціальній профілактиці
- Невисокий рівень експлуатації продукту, у зв'язку із зносостійкістю колектора
Так, можна відзначити, що ці властивості є дуже важливими у використанні різних видів промисловості.Найчастіше вони використовуються у металургійній промисловості, паперовій. Це зумовлено тим, що ці галузі повинні мати конструкцію, яка допомагає з точністю регулювати швидкість виробництва. Від цього чинника залежить якість продукту та практичні властивості. Потужність електродвигуна постійного струму може бути різною залежно від продукції, що випускається. Саме від потужності залежить вартість обладнання.
Отже, як бачимо, велике значення будь-якого виробництва має апарат, який дозволяє регулювати подачу електрики на виробництвах. Саме тому майже на кожному заводі є обов'язковим елементом.
