Jakie są rodzaje silników elektrycznych i czym się różnią

Jak działają silniki

Zasada działania wszystkich typów silników elektrycznych polega na oddziaływaniu pól magnetycznych wirnika i stojana. W takim przypadku pole magnetyczne może być wytwarzane przez stały magnes lub uzwojenie (elektromagnes cewki).

W zależności od mocy i typu silnika uzwojenia mogą znajdować się tylko na stojanie lub na stojanie i wirniku. Spróbujmy wyjaśnić urządzenie i zasadę działania manekinów w elektrykach.

Na początek rozważamy zaprojektowanie silników kolektorów. Na przykład w małych silnikach kolektora prądu stałego, tak jak w modelach radiowych, magnesy stałe znajdują się na stojanie, a cewki drutu miedzianego są uzwojone w wirniku. Prąd do cewek wirnika takiego silnika elektrycznego jest dostarczany przez zespół szczotek składający się ze szczotek i kolektora. Na kolektorze znajdują się lamele, do których przymocowane są wyprowadzenia uzwojeń.

Po włączeniu zasilania wirnik (kotwica) zaczyna się obracać, kolektor jest na nim zamocowany, a nieruchome szczotki dotykają na przemian różnych par lameli kolektora. Za pomocą szczotek i lameli prąd jest doprowadzany do uzwojenia wirnika albo do jednego uzwojenia, albo do drugiego, tworząc w ten sposób zmienne pole magnetyczne, które oddziałuje z polem magnetycznym. W wyniku tego przyciągane są bieguny wirujących i stacjonarnych elektromagnesów, dlatego następuje obrót.

Jeśli pominiesz niektóre niuanse, to im większy prąd wirnika, tym większe to pole i tym szybciej rotor się obraca. Dotyczy to jednak głównie kolektorów prądu stałego i przemiennego (są uniwersalne).

Jeśli mówimy o silniku asynchronicznym (HELL) z wirnikiem klatkowym - jest to silnik elektryczny prądu przemiennego bez szczotek. W nim uzwojenia znajdują się na stojanie (a), a wirnik jest prętem (b), na krótko zamkniętym pierścieniami - tak zwaną klatką wiewiórkową.

W tym przypadku wirujące pole magnetyczne stojana wytwarza prąd w prętach wirnika, dzięki czemu pojawia się również inne pole magnetyczne. A co się stanie, gdy w pobliżu znajdą się dwa magnesy?

Są odpychani lub przyciągani do siebie. Ponieważ wirnik jest zamocowany na końcach w łożyskach, wirnik zaczyna się obracać.AM jest przeznaczony tylko do prądu przemiennego, a prędkość obrotowa wału zależy od częstotliwości prądu i liczby biegunów w uzwojeniach stojana, omówimy to zagadnienie bardziej szczegółowo w artykule na temat silników asynchronicznych.

Ale aby rozpocząć obrót wału takiego silnika, ważne jest albo pchnięcie go (aby podać prędkość początkową), albo wytworzenie wirującego pola magnetycznego. Tworzy się go za pomocą specjalnie rozmieszczonych uzwojeń, podłączonych do trójfazowej sieci zasilającej (na przykład 380 V) lub przy użyciu kondensatorów rozruchowych i roboczych (w tzw. Silnikach indukcyjnych kondensatorowych).

Oprócz oddziaływania pól magnetycznych na obrót wału silnika bierze udział i Siła amperowa.

Dlatego musisz zrozumieć, że moment na wale silnika abstrakcyjnego i liczba obrotów zależą od konstrukcji i rodzaju maszyny elektrycznej, a także od siły prądu i jego częstotliwości. Powtarzam, że w tym artykule nie zajmiemy się szczegółami dotyczącymi cech urządzeń każdego z typów i typów silników elektrycznych, ale stworzymy dla tego osobne artykuły.

Należy zauważyć, że asynchroniczne i uniwersalne silniki kolektorów są najbardziej powszechne w życiu codziennym i produkcji, w napędach pojazdów budowlanych. Są one stosowane wszędzie, zarówno w ruchu mechanizmów przemysłowych, jak i w samochodach, pojazdach elektrycznych oraz w sprzęcie gospodarstwa domowego, aż po szczoteczkę elektryczną.

Główna klasyfikacja

Tak więc silniki elektryczne dzielą się głównie na maszyny działające na prąd stały, a także na prąd przemienny. Jaka jest różnica między prądem przemiennym a prądem stałym, powiedzieliśmy w artykule: https://plm.electricianexp.com/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html. Rozważymy rodzaje silników elektrycznych z maszyn pracujących od przerwy.

Silniki prądu przemiennego

Większość maszyn elektrycznych używanych w produkcji i życiu codziennym, do napędzania wind, w innych rodzajach napędów elektrycznych, działa na prąd przemienny.

Silniki prądu przemiennego można sklasyfikować następująco:

• asynchroniczny;
• synchroniczny.

W tym przypadku silniki indukcyjne wyróżniają się konstrukcją wirnika:

• wirnik klatkowy (najczęściej z dowolną liczbą faz);
• z wirnikiem fazowym (tylko trójfazowym).

A według liczby faz:

• jednofazowe (z kondensatorem rozruchowym) są stosowane w domowych wentylatorach elektrycznych i innych urządzeniach małej mocy;
• skraplacz lub dwufazowy (jest to jednofazowy z kondensatorem, który nie wyłącza się podczas pracy, dzięki czemu powstaje „druga” faza) stosuje się w małych pompach, wentylacji, w pralkach typu „baby” i starych modelach wyprodukowanych w ZSRR;
• trójfazowe są najbardziej popularne i są stosowane wszędzie w produkcji.

Istnieją różne konstrukcje jednofazowego ciśnienia krwi, lista pokazuje dwie główne opcje!

Cechą wszystkich asynchronicznych silników elektrycznych jest to, że prędkość wirnika jest nieco mniejsza niż prędkość obrotowa pola magnetycznego stojana i jest równa:

gdzie n to liczba obrotów na minutę, f to częstotliwość sieci zasilającej, p to liczba par biegunów, s szybuje, a „60” to sekundy na minutę.

Tak więc prędkość wirnika zależy od częstotliwości sieci zasilającej, konstrukcji uzwojeń, a raczej liczby par biegunów (cewek) w niej i wielkości poślizgu.

Przesuw jest wartością, która charakteryzuje o ile mniej prędkość wirnika w stosunku do częstotliwości wirującego pola magnetycznego. W normalnych warunkach pracy mieści się w zakresie 0,01-0,06. Mówiąc prosto, pole stojana z jedną parą biegunów obraca się z prędkością:

60 * 50/1 = 3000 rpm

Z dwiema parami - 1500 obr./min i z trzema parami - 1000 obr./min.

Podczas przesuwania, na przykład przy 0,05, prędkość wirnika będzie równa:

3000 * (1-0,05) = 2850 rpm

Aby wyregulować prędkość takich silników, użyj przetworniki częstotliwości, ponieważ nie możemy wpływać na inne zmienne powyższego wzoru.

Najczęstsze są silniki asynchroniczne o napięciu zasilania 220 V do łączenia uzwojeń zgodnie z obwodem trójkąta i 380 V zgodnie z obwodem gwiazdy.

Jeśli w trójfazowej maszynie elektrycznej wirujące pole stojana powstaje na podstawie położenia uzwojeń i przesunięcia fazowego w sieci o 120˚, to efektu tego nie obserwuje się w przypadku jednofazowych. Wał będzie się obracał, jeśli ustawi się go na początkowy obrót, obracając wał ręcznie lub instalując kondensator z przesunięciem fazowym, który spowoduje przesunięcie fazowe na uzwojeniu początkowym.

Dwufazowe silniki kondensatorów są rozmieszczone w podobny sposób, ale drugie uzwojenie nie wyłącza się po uruchomieniu, ale kontynuuje pracę kondensator. Dlatego nazwa „dwufazowy” odnosi się raczej do projektu i schematu elektrycznego, a nie do obwodów zasilania. Zarówno dwufazowy, jak i jednofazowy są przeznaczone do pracy w sieci 220 V.

Synchroniczne silniki elektryczne (diody LED) są prawie zawsze wykonywane z uzwojeniem wzbudzenia w tworniku, a prąd wzbudzenia jest przekazywany do niego albo przez zespół szczotek, albo indukowany przez układ elektromagnetyczny.

Jest to konieczne, aby jego wał obracał się z częstotliwością pokrywającą się z częstotliwością obrotu pola stojana. Oznacza to, że w tym przypadku nie ma takiego parametru jak poślizg.

Prąd wzbudzenia jest dostarczany ze specjalnych układów wzbudzenia, takich jak „generator-silnik” lub przetworniki elektroniczne na tyrystorach lub tranzystorach. Najczęściej w przedsiębiorstwach krajowych są takie urządzenia jak VTE, TVU itp.

Nie zawsze występuje uzwojenie i szczotki polowe, na przykład w kuchence mikrofalowej w napędzie obrotowym płyty stosuje się silnik synchroniczny z magnesem stałym.

Maszyny synchroniczne są jawne i niejawne. Różnice wizualne dotyczą konstrukcji wirnika, w praktyce istnieje różnica w ich charakterystyce, metodach produkcji i konstrukcji. W praktyce zwykły domowy elektryk raczej ich nie spotka.

Najważniejsze jest to, że silniki prądu przemiennego - ciężko jest regulować prędkość obrotową ze względu na fakt, że ich prędkość jest powiązana z prędkością. Spadek napięcia (prądu) na stojanie lub wzbudzeniu (dla synchronicznego i asynchronicznego z wirnikiem fazowym) prowadzi do spadku momentu obrotowego i wzrostu wartości poślizgu (dla PIEKŁA), podczas gdy wał może obracać się wolniej. Aby regulować prędkość takich silników, potrzebujesz przetwornicy częstotliwości. O tym, jak wybrać chastotnik, powiedzieliśmy w artykule: https://plm.electricianexp.com/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html.

Silniki prądu stałego

Dostępne są następujące typy i typy silników prądu stałego:

1. Silniki szczotkowe DC Składają się z magnesów lub cewki wzbudzającej i zwory, a prąd do uzwojenia twornika jest przenoszony za pomocą zespołu szczotek, którego wadą jest stopniowe zużycie.
2. Uniwersalne silniki kolektorów. Są podobne do poprzednich, ale mogą pracować zarówno z prądu stałego, jak i prądu przemiennego.
3. Bezszczotkowy lub bezszczotkowy. Składa się z uzwojenia stojana, magnesy stałe są zainstalowane na wirniku. Jest on podłączony do obwodu prądu stałego za pomocą specjalnego sterownika, który przełącza uzwojenia stojana.

Silniki kolektorów można podzielić na grupy zgodnie z rodzajem wzbudzenia:

• z samowzbudzeniem;
• z niezależnym pobudzeniem.

W zależności od rodzaju połączenia uzwojeń polowych wyróżnia się je w następujący sposób:

1. Wzbudzenie sekwencyjne pozwala uzyskać wysoki moment na wale, ale prędkość obrotowa biegu jałowego jest również bardzo wysoka i może uszkodzić silnik (przełączy się na bieg).
2. Równoległe wzbudzenie - w tym przypadku obroty są bardziej stabilne i nie zmieniają się pod obciążeniem, ale moment obrotowy na wale jest mniejszy.
3. Mieszane emocje łączą zalety obu typów.

W DCT kolektorów małej mocy wzbudzanie jest najczęściej organizowane za pomocą magnesów trwałych.

Dzięki niezależnemu wzbudzeniu w silniku elektrycznym kolektora uzwojenia stojana i wirnika nie są ze sobą połączone, ale w zasadzie są zasilane z różnych źródeł.W ten sposób można zorganizować dostosowanie momentu lub prędkości, a także osiągnąć większą efektywność energetyczną.

W zależności od konstrukcji taki silnik elektryczny może działać albo z prądu stałego, albo z prądu przemiennego i stałego. W drugim przypadku nazywane są „uniwersalnym silnikiem komutatora”. Są szeroko rozpowszechnione w życiu codziennym, stosowane w urządzeniach kuchennych i elektronarzędziach (szlifierki, wiertarki itp.).

Silniki bezszczotkowe nie mają nieodłącznych wad komutatora ze względu na brak zespołu szczotki. Prąd jest dostarczany do trzech uzwojeń stojana, a uzwojenia są przełączane za pomocą sterownika. W rzeczywistości bezszczotkowe DCT są zasilane transformowanym prądem przemiennym. Możesz dowiedzieć się, jak działają te silniki, oglądając następujący film:

Są one podobne w konstrukcji do silników synchronicznych, z tym wyjątkiem, że stosowane są magnesy trwałe, a nie elektromagnesy. Aby obrócić taki silnik i zwiększyć jego wydajność, czujniki Halla służą do określania położenia wału i prawidłowego przełączania uzwojeń.

Często nazywane są silnikami zaworów, a w źródłach angielskich takie silniki, w zależności od projektu, nazywane są PWSM lub BLDC.

Są one stosowane w chłodnicach komputerowych, jako napęd modeli sterowanych radiowo, takich jak quadrocopters, a także w kole silnikowym roweru.

Dodatkowa klasyfikacja

Oprócz omówionych powyżej silników należy powiedzieć o innych typach, takich jak:

• kroczenie;
• serwa
• liniowy
• silniki prądu tętnienia (podobnie jak silnik prądu stałego, różnica polega na tym, że moc jest dostarczana przez wyprostowany prąd tętnienia).

Silniki krokowe i serwa są używane tam, gdzie trzeba ustawić węzeł jakiegoś mechanizmu. Najprostszym przykładem jest CNC, drukarka 3D i wiele innych. Ponadto przy pomocy „shagovikov” czasami kontroluje pozycję przepustnicy samochodu - i to tylko niewielka część ich zastosowania.

Opis funkcji i cech tego rodzaju napędów elektrycznych jest tematem osobnego artykułu. Jeśli jesteś zainteresowany, napisz komentarz, a my go opublikujemy!

Silnik liniowy, w przeciwieństwie do wszystkich powyższych, ruch jego wału nie jest obrotowy, lecz translacyjny. Oznacza to, że nie wiruje, ale porusza się „tam iz powrotem”. Różnią się:

• Prąd przemienny oparty na zasadzie działania podobnej do silników synchronicznych i asynchronicznych;
• prąd stały;
• piezoelektryczny;
• magnetostrykcyjny.

W praktyce są rzadkie, są używane jako napęd kolejki jednoszynowej, do karmienia ciała roboczego różnymi maszynami.

Jednak klasyfikacja podana w artykule została wybrana z punktu widzenia praktyczności, podczas gdy w literaturze proponuje się podział napędu elektrycznego według następujących kryteriów.

Zgodnie ze specyfiką tworzonego momentu obrotowego:

• histeretyczny;
• magnetoelektryczny.

Kolejna opcja klasyfikacji opiera się na różnicach w projekcie i cechach ich konstrukcji.

Według rodzaju i lokalizacji wału:

• z poziomym ustawieniem wału;
• z pionowym umieszczeniem wału.

Chronić przed działaniami środowiskowymi:

• chroniony przed wysoką wilgotnością i kurzem;
• do pracy w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem

Przez czas trwania trybu pracy:

• przerywany (wciągarki, dźwigi, silniki zasuw);
• do ciągłej pracy (pompy, wentylacja itp.).

Pod względem mocy można również wyróżnić samochody o małej, średniej i wysokiej mocy. Jednak nie ma sensu przybliżać granic tych mocy, ponieważ gdzieś około 6 MW to średnia moc, a gdzieś około 1 kW to kolosalna liczba.

Niemożliwe jest szczegółowe zbadanie wszystkich typów w ramach jednego artykułu, dlatego rozważymy każdą wersję osobno.Mamy nadzieję, że podana klasyfikacja pomogła ci zrozumieć, jakie są typy silników prądu stałego i przemiennego, a także jakie są ich różnice i cechy zastosowania!

Powiązane materiały:

• Jak uzyskać przemienny prąd elektryczny
• Rodzaje stabilizatorów napięcia
• Jak zrobić prosty silnik elektryczny własnymi rękami