Электрические двигатели широко используются в промышленном оборудовании, электроинструменте. В отличие от других типов двигательных установок электромоторы не создают токсичных выхлопов. Это делает их универсальными. Допускается их эксплуатация в помещениях и в уличных условиях.
На чем основано действие электродвигателя, какие виды этих агрегатов существуют — в этой статье.
Принцип работы и конструкция электродвигателей
Электродвигатель — это мотор, использующий электричество в качестве движущей силы. Он может подключаться к электросети, источникам питания и аккумуляторам. В последнем случае электромоторы способны работать автономно. Что нашло применение в аккумуляторном инструменте, складских машинах, автотранспорте.
Принципиально выделяют следующие виды электродвигателей:
- Работающие от переменного напряжения. Эти модели подключаются к однофазному или трехфазному электротоку. Их используют в насосах, вентиляторах, производственном оборудовании и бытовой технике.
- Работающие от постоянного тока. Такие модели востребованы в аккумуляторном инструменте, бытовых приборах.
С точки зрения того, какую работу совершает электрический ток в электродвигателе, принципиального различия между этими видами нет. Оба типа используют принцип электромагнитного поля.
Трехфазный двигатель
Из чего состоит электродвигатель, рассмотрим на примере трехфазной модели для переменного тока. Этот вид электромоторов отличается простотой конструкции и надежностью. Основные элементы:
- Статор. В трехфазных моделях он представляет собой три обмотки из медной проволоки, подключенных каждая к своей фазе.
- Ротор. В наиболее простых моделях он выполняется из металлических стержней. Ротор закрепляется в системе подшипников, обеспечивающих его свободное вращение.
Особенность трехфазных моделей — возможность подключения к электросети напрямую. Мощные агрегаты подключаются через электрощит с автоматическими выключателями и другим электрооборудованием.
Устройство и принцип работы электродвигателя также рассмотрим на примере трехфазной модели. Смещение фаз тока составляет 120°. Поэтому при установке обмоток в статоре производители придерживаются того же значения.
При правильном подключении электромагниты будут включать одинаковую полярность последовательно, увлекая за собой ротор со стальными стержнями. С точки зрения физики их работа равносильна вращающемуся магнитному полю.
Однофазный
Принцип действия электродвигателя с однофазным питанием похож, но имеет свои особенности. В нем установлена только одна рабочая обмотка. Поскольку фаза в электросети одна, то она представляет собой электромагнит, постоянно меняющий полюса местами. Если поместить в такое поле металлический ротор, он будет раскачиваться в вертикальной плоскости, создавая низкочастотный гул, но не станет крутиться.
Поэтому в однофазных моделях производители устанавливают пусковую обмотку, расположенную под углом 90° к основной. Включается она только в момент старта. Сила, действующая со смещением от основной обмотки, позволяет стронуть ротор с места. А поддержка вращения выполняется главным электромагнитом.
Постоянного напряжения
Теперь разберемся, как работает электродвигатель постоянного напряжения на примере коллекторной модели. Ротор в ней оснащается токосъемным кольцом. Ток на него подают две щетки, подключенные к плюсу и минусу источника питания соответственно.
Токосъемное кольцо разделено на две одинаковые по размеру контактные пластины. Они подключены к обмотке ротора. Вращением вала достигается постоянная смена полярности подключения. Следовательно, полюса создаваемого ротором магнитного поля также меняются местами.
Статор представляет собой магнит постоянного действия. В некоторых моделях вместо него может устанавливаться обмотка, подключаемая к постоянному напряжению — электромагнит.
Каждые пол оборота полярность поля ротора меняется. Он начинает вращаться в постоянном магнитном поле статора.
Классификация и применение электродвигателей
По соотношению скоростей вращения магнитного поля и ротора электродвигатели, работающие от источника переменного тока, существуют в двух вариантах:
- Синхронные. После выхода в рабочий режим вал движется синхронно с перемещением электромагнитного поля статора. Такие модели способны поддерживать стабильную скорость. Они используются в станках, приборах и агрегатах, где важна стабильность вращения.
- Асинхронные. Частота вращения ротора отличается от скорости перемещения электромагнитного поля. Такие двигатели могут питаться от однофазного и от трехфазного электротока.
По наличию коллектора агрегаты постоянного тока могут быть:
- С коллектором. В таких моделях устанавливается токосъемное кольцо. Ротор оснащен собственной обмоткой.
- Без коллектора. В этих моделях статор не имеет собственной обмотки. Он выполняется из металлических прутьев, собранных в виде «беличьей клетки» или постоянного магнита.
Стоит отметить, что коллекционные модели способны обеспечивать высокую скорость вращения вала. В строительных машинах и инструменте она может достигать 10 000 об/мин. Бесколлекторные способны достигать только 3 000 об/мин. Также коллекторные электромоторы способны развивать мощный крутящий момент.
Бесколлекторные модели считаются более надежными, так как не имеют трущихся частей. Кроме того, их сравнительно легче подключать к электросети с переменным напряжением. Модели до 300-500 Вт могут использовать однофазный, более мощные — трехфазный ток. Бесколлекторным моделям не требуется установка блока питания, преобразующего переменное напряжение в постоянное.
По способу перемещения статора выделяют следующие типы и виды электродвигателей:
- Вращающиеся. Наиболее распространенные модели. Ротор вращается по часовой стрелке или в обратную сторону. В трехфазных электромоторах можно изменить направление, поменяв схему подключения обмоток.
- Линейные. Ротор перемещается вдоль линии. Такие электродвигатели применяются в различном оборудовании, станках.
Электромоторы универсальны по применению в промышленности. Широкое распространение им обеспечило то, что любой выпускник техникума и института знает, как пользоваться электродвигателем, его устройство и принцип работы. Это позволяет выполнять обслуживание силами инженерной службы предприятия.
Автор статьи: Александр Шихов