Elektromotory – typy, zařízení, princip činnosti, parametry, výrobci
Elektrický motor, zkráceně elektromotor, je elektrický stroj, s jehož pomocí se elektrická energie přeměňuje na mechanickou energii k pohonu různých mechanismů. Elektromotor je hlavním prvkem elektrického pohonu.
V některých provozních režimech elektrického pohonu elektromotor provádí zpětnou přeměnu energie, to znamená, že pracuje v elektrický generátor.
Podle typu vytvářeného mechanického pohybu mohou být elektromotory rotační, lineární atd. Elektromotorem se nejčastěji rozumí rotační elektromotor, protože se mu dostalo největšího uplatnění.
Oblast vědy a techniky, která studuje elektrické stroje, je elektromechanika. Všeobecně se má za to, že jeho historie začíná v roce 1821, kdy byl vytvořen první elektromotor M. Faradaye.
Konstrukce elektromotoru
Hlavní součásti rotačního elektromotoru jsou stator a rotor. Stator – stacionární část, rotor – otočná část.
Standardní provedení rotačního motoru
U většiny elektromotorů je rotor umístěn uvnitř statoru. Elektromotory, ve kterých je rotor umístěn mimo stator, se nazývají elektromotory invertního typu.
Princip činnosti elektromotoru
1. Podle Ampérova zákona bude vodič s proudem I v magnetickém poli ovlivněn o vynutit F.
2. Pokud je vodič s proudem I ohnut do rámu a umístěn do magnetického pole, pak na dvě strany rámu, umístěné v pravém úhlu k magnetickému poli, budou působit opačně směřující síly F
3. Síly působící na rám vytvářejí krouticí moment nebo moment síly, který jej otáčí.
4. Vyrobené elektromotory mají vícenásobné otáčky na kotvě pro zajištění většího konstantního točivého momentu.
5. Magnetické pole mohou vytvářet jak magnety, tak elektromagnety. Elektromagnet se obvykle skládá z drátu navinutého kolem jádra. Podle zákona elektromagnetické indukce tedy proud tekoucí do rámů indukuje proud do vinutí elektromagnetu, který zase vytvoří magnetické pole.
- Podrobný popis principu činnosti elektromotorů různých typů:
- Princip činnosti jednofázového asynchronního elektromotoru
- Princip činnosti třífázového asynchronního elektromotoru
- Princip činnosti synchronního elektromotoru
Klasifikace elektromotorů
- Univerzální
- Odpor
- DCDC s budicím vinutím
- Zapínání vinutí
- Nezávislý
- Sekvenční buzení
- Paralelní
- Kombinované
- BDPT
(Brushless motor + EP | + DPR) - WFD
(Proudový motor s rotorem s vyčnívajícími póly a soustředěným statorovým vinutím + ED |+ DPR)
- Třífázový
(vícefázové)- ADKR
- ADFR
- se startovacím vinutím
- se stíněnými sloupy
- s asymetrickým magnetickým jádrem
- SDOV
(se sběracími kroužky a kartáči) —> - SDPM 5 —>
- SDPMW
- SDPMP
- Hybridní
- Tato kategorie nepředstavuje samostatnou třídu elektromotorů, protože zařízení zařazená do uvažované kategorie (BDDC, VRM) jsou kombinací bezkomutátorového motoru, elektrického měniče (invertoru) a v některých případech i snímače polohy rotoru. . U těchto zařízení je elektrický měnič pro svou malou složitost a malé rozměry obvykle integrován do elektromotoru.
- Ventilový motor lze definovat jako elektromotor, který má snímač polohy rotoru, který řídí polovodičový měnič, který provádí koordinovanou komutaci vinutí kotvy [5].
- Stejnosměrný ventilový motor je stejnosměrný elektromotor, jehož spínacím zařízením ventilu je invertor řízený buď polohou rotoru, nebo fází napětí na vinutí kotvy, nebo polohou magnetického pole [1].
- Elektromotory používané v BLDC a VRD jsou střídavé motory a díky přítomnosti elektrického měniče v těchto zařízeních jsou připojeny ke stejnosměrné síti.
- Krokový motor není samostatnou třídou motorů. Konstrukčně se jedná o PMSM, SRD nebo hybridní SRD-PM.
- CMDC – komutátorový stejnosměrný motor
- BLDC – bezkomutátorový DC motor
- EP – elektrický měnič
- DPR – snímač polohy rotoru
- VRD – spínaný reluktanční motor
- ADKR – asynchronní motor s rotorem nakrátko
- ADFR – asynchronní motor s vinutým rotorem
- SDOV – synchronní motor s budícím vinutím
- PMSM – synchronní motor s permanentními magnety
- SPMSM – synchronní motor s povrchovými permanentními magnety
- PMSD – synchronní motor s vestavěnými permanentními magnety
- SRD – synchronní reluktanční motor
- PM – permanentní magnety
- CP – frekvenční měnič
Typy elektromotorů
Komutátorové motory
Komutátorový stroj je točivý elektrický stroj, ve kterém je alespoň jedno z vinutí zapojených do procesu hlavní přeměny energie připojeno ke kolektoru [1]. V komutátorovém motoru slouží sestava kartáč-komutátor jako snímač polohy rotoru a proudový spínač ve vinutí.
Univerzální elektromotor
Může pracovat na střídavý a stejnosměrný proud. Široce se používá v ručním elektrickém nářadí a některých domácích spotřebičích (vysavače, pračky atd.). V USA a Evropě se používal jako trakční elektromotor. Rozšířil se díky svým malým rozměrům, relativně nízké ceně a snadnému ovládání.
Stejnosměrný kartáčovaný motor
Elektrický stroj, který přeměňuje stejnosměrnou elektrickou energii na mechanickou energii. Výhody stejnosměrného elektromotoru jsou: vysoký rozběhový moment, otáčky, možnost plynule řídit rychlost otáčení, jednoduchost konstrukce a ovládání. Nevýhodou motoru je nutnost údržby jednotek komutátor-kartáč a omezená životnost vlivem opotřebení komutátoru.
Bezkomutátorové motory
Bezkomutátorové motory mohou mít sběrací kroužky s kartáči, takže není třeba zaměňovat bezkomutátorové a bezkomutátorové motory.
Bezkomutátorový stroj je točivý elektrický stroj, ve kterém jsou všechna elektrická spojení vinutí zapojených do hlavního procesu přeměny energie prováděna bez posuvných elektrických kontaktů [1].
Asynchronní motor
Nejběžnější elektromotor v průmyslu. Výhody elektromotoru jsou: jednoduchost konstrukce, spolehlivost, nízká cena, dlouhá životnost, vysoký rozběhový moment a přetížitelnost. Nevýhodou asynchronního elektromotoru je obtížná regulace rychlosti otáčení.
Synchronní elektromotor
Synchronní motory se obvykle používají v aplikacích, kde je vyžadováno přesné řízení rychlosti otáčení nebo kde je vyžadována maximální hodnota parametrů, jako je výkon/výtlak, účinnost atd.
- S polním vinutím
- S permanentními magnety
- Reaktivní
- Hystereze
- Reaktivní hystereze
- Stepper
Speciální elektromotory
Servomotor
Servomotory nejsou samostatnou třídou motorů. Jako servomotor lze použít stejnosměrné a střídavé elektromotory se snímačem polohy rotoru. Servomotor se používá jako součást servo mechanismu pro přesné ovládání úhlové polohy, rychlosti a zrychlení pohonu. K provozu vyžaduje servomotor poměrně složitý řídicí systém, který je obvykle navržen přímo pro servopohon.
Základní parametry elektromotoru
- Točivý moment motoru
- Výkon elektromotoru
- Koeficient výkonu
- Jmenovitá rychlost
- Moment setrvačnosti rotoru
- Jmenovité napětí
- Elektrická časová konstanta
- Mechanické vlastnosti
Točivý moment motoru
Točivý moment (synonyma: kroutící moment, kroutící moment, moment síly) je vektorová fyzikální veličina rovna součinu poloměru vektoru taženého od osy otáčení k místu působení síly a vektoru této síly.
- kde M je točivý moment, Nm,
- F – síla, N,
- r – vektor poloměru, m
FAQ: Jmenovitý točivý moment Mnom, Nm, určeno vzorcem
- kde Pnom – jmenovitý výkon motoru, W,
- nnom — jmenovité otáčky, min -1 [4]
Počáteční rozběhový moment je moment elektromotoru při rozběhu.
FAQ: V anglickém systému měr je síla měřena v uncové síle (oz, ozf, unce-force) nebo librové síle (lb, lbf, pound-force)
1 unce = 1/16 lb = 0,2780139 N (N)
1 lb = 4,448222 N (N)točivý moment se měří v uncích na palec (oz∙in) nebo v librách na palec (lb∙in)
1 oz∙in = 0,007062 Nm (Nm)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Nm)Výkon elektromotoru
Výkon motoru je užitečný mechanický výkon na hřídeli motoru.
Mechanická síla
Výkon je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik práce vykoná mechanismus za jednotku času.
- kde P je výkon, W,
- A – práce, J,
- t-čas, s
Práce je skalární fyzikální veličina rovna součinu průmětu síly do směru F a dráhy s, kterou urazí místo působení síly [2].
- kde s – vzdálenost, m
Pro rotační pohyb
- kde je úhel, rad,
- kde je úhlová rychlost, rad/s,
Tímto způsobem můžete vypočítat hodnotu mechanického výkonu na hřídeli rotačního elektromotoru
FAQ: Jmenovitá hodnota je výrobcem stanovená hodnota parametru elektrického výrobku (přístroje), se kterou má pracovat, což je výchozí hodnota pro výpočet odchylek.
Účinnost elektromotoru
Účinnost elektromotoru je charakteristická pro účinnost stroje při přeměně elektrické energie na mechanickou energii.
- kde je účinnost elektromotoru,
- P1 — dodávaný výkon (elektrický), W,
- P2 — užitečný výkon (mechanický), W
- V tomto případě, ztráty v elektromotorech kvůli:
- elektrické ztráty – ve formě tepla v důsledku ohřevu vodičů s proudem;
- magnetické ztráty – ztráty v důsledku převrácení magnetizace jádra: ztráty v důsledku vířivých proudů, hystereze a magnetických následků;
- mechanické ztráty – ztráty třením v ložiskách, ventilaci, kartáčích (pokud existují);
- dodatečné ztráty – ztráty způsobené vyššími harmonickými magnetických polí vznikající v důsledku převodové struktury statoru, rotoru a přítomnosti vyšších harmonických magnetomotorické síly vinutí.
Účinnost elektromotoru se může lišit od 10 do 99 % v závislosti na typu a konstrukci.
Mezinárodní elektrotechnická komise definuje požadavky na účinnost elektromotorů. Podle normy IEC 60034-31:2010 jsou pro synchronní a asynchronní motory definovány čtyři třídy účinnosti: IE1, IE2, IE3 a IE4.
Frekvence otáčení
- kde n je rychlost otáčení elektromotoru, ot./min
Moment setrvačnosti rotoru
Moment setrvačnosti je skalární fyzikální veličina, která je mírou setrvačnosti tělesa v rotačním pohybu kolem osy, která se rovná součtu součinů hmotností hmotných bodů druhých mocnin jejich vzdáleností od osy.
- kde J je moment setrvačnosti, kg∙m 2,
- m – hmotnost, kg
FAQ: V anglickém systému měření se moment setrvačnosti měří v palcích unce-síla (oz∙in∙s 2)
1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (kg∙m 2)
Moment setrvačnosti souvisí s momentem síly následujícím vztahem
- kde je úhlové zrychlení, s -2 [2]
FAQ: Stanovení momentu setrvačnosti rotující části elektromotoru je popsáno v GOST 11828-86
Jmenovité napětí
Jmenovité napětí je napětí, pro které je síť nebo zařízení navrženo a ke kterému se vztahují jejich provozní vlastnosti [3].
Elektrická časová konstanta
Elektrická časová konstanta je čas, počítaný od okamžiku přivedení stejnosměrného napětí na elektromotor, během kterého proud dosáhne úrovně 63,21 % (1-1/e) své konečné hodnoty.
- kde je časová konstanta, s
Mechanické vlastnosti
Mechanická charakteristika motoru je graficky vyjádřená závislost otáček hřídele na elektromagnetickém momentu při konstantním napájecím napětí.
Porovnání charakteristik externě komutovaných elektromotorů
Níže jsou uvedeny srovnávací charakteristiky externě komutovaných elektromotorů z pohledu aplikace jako trakční motory ve vozidlech.
Porovnání mechanických charakteristik elektromotorů různých typů s omezeným statorovým proudem
Závislost výkonu na rychlosti otáčení hřídele pro různé typy motorů s omezeným statorovým proudem
Elektrický motor – elektrický výrobek, jehož hlavní funkcí je přeměna elektrické energie na mechanickou energii. To je hlavní prvek elektrického pohonu. Ke konverzi energie dochází v důsledku interakce magnetického pole rotoru a statoru. Elektromechanické měniče jsou široce používány v zařízeních používaných v domácnostech. Jsou mezi nimi pračky, elektrické holicí strojky, odšťavňovače, vysavače a mnoho dalších. Elektromotory pohánějí k nim připojené mechanismy. V tomto článku se podíváme na konstrukci elektromotoru, jeho hlavní typy, princip činnosti a použití.
Abyste pochopili, jak motor funguje, musíte vědět, z čeho se elektromotor skládá. Michael Faraday je považován za vynálezce elektromotoru. V roce 1821 učinil objev: ukázal, že kontinuální rotace nastává, když magnet interaguje s elektrickým proudem ve vodiči.
Bez ohledu na typ je konstrukce elektromotoru stejná. Uvnitř válcové drážky se nachází rotor (hřídel, rotační část stroje) a stator, který se nazývá stacionární část. To jsou hlavní prvky elektrického stroje. Většina motorů má rotor umístěný uvnitř statoru. Jsou ale i takové, ve kterých se instaluje venku. Říká se jim motory reverzního typu.
Rotor zase obsahuje:
Rotor se nedotýká statoru. Je namontován v ložiskových štítech jednotky.
Stator se skládá z:
Elektromotor může mít další vybavení. Například brzdový motor bude obsahovat elektromagnetickou brzdu umístěnou před ventilátorem.
druhy
Existuje několik typů elektromotorů v závislosti na použitém výkonu, konstrukci a principu činnosti.
Podle typu zdůrazňuje existují:
• stejnosměrný proud (silniční nehoda);
• střídavý proud;
• univerzální.
V závislosti na design :
• s vodorovným hřídelem;
• s vertikálně umístěným.
Na princip fungování přidělit:
Nejjednodušší typ elektromotoru je asynchronní. Nemá stínění ani vinutí rotoru, které se nacházejí u synchronních měničů. Princip činnosti elektromotoru je následující: motor se otáčí současně s magnetickým polem.
Elektromotory jsou klasifikovány podle účelu, výkonu a klimatického provedení.
Klasifikace elektromotorů
Elektromotory jsou rozděleny do 2 velkých skupin:
• постоянного тока, které se zase dělí na bezkartáčové a se kartáči.
• переменного тока, které mohou být univerzální, indukční nebo synchronní.
Elektrické DC-DC měniče s kartáči mají 4 systémy buzení:
1. sekvenční, má-li nehoda významný počáteční okamžik;
2. paralelní: v takovém motoru jsou vinutí statoru a kotvy zapojeny paralelně. Rychlost otáčení pohyblivé části nezávisí na zatížení;
3. od permanentních magnetů: liší se malými rozměry;
4.c smíšené buzení: zde je elektromagnet rozdělen na 2 části. První je připojen paralelně k vinutí kotvy, druhý sériově. Používá se v mechanismech, kde je vyžadován vysoký rozběhový moment.
Princip činnosti asynchronního motoru
U nejjednoduššího typu elektromotoru je magnetické pole vytvářeno vinutími startéru. Konce vinutí jdou do svorkovnice. Stator je chlazen ventilátorem, který je umístěn na konci elektromotoru.
Rotor v asynchronním elektromotoru je zkratován. Skládá se z tyčí, které se do sebe zamykají. Tato konstrukce elektromotoru zajišťuje spolehlivost rotoru a jeho životnost, protože není potřeba neustále měnit proudové kartáče.
Asynchronní motory se porouchají hlavně kvůli opotřebení ložisek. U tohoto typu motoru existuje nesoulad mezi rychlostí otáčení motoru a frekvencí magnetických polí. Napětí je indukováno střídavými magnetickými poli cívky statoru motoru. Aby asynchronní motor fungoval, musí se rotor otáčet pomaleji než magnetická pole stacionární části.
Ve vinutí motoru se magnetické póly neustále točí. Rychlost otáčení pohyblivé části je ovlivněna počtem pólů. Bude to stejné pro pohyblivou část a magnetické pole na dvou pólech. Chcete-li snížit otáčky hřídele na polovinu, musíte zčtyřnásobit počet pólů. Konstrukce a princip činnosti elektromotoru asynchronního typu jsou jednoduché, takže výrobky jsou cenově dostupné. Jejich hlavní nevýhodou je, že rychlost pohybu hřídele je řízena pouze změnou frekvencí elektrického proudu.
<b>Princip činnosti synchronního motoru</b>
Elektrické stroje tohoto typu mají následující výhody:
• méně citlivé na přepětí;
• mít dobrou odolnost proti přetížení;
• udržovat konstantní otáčky rotoru.
Nevýhodou synchronních motorů je však poměrně složitá konstrukce. Při nízkém výkonu (až 100 W) jsou také nerentabilní.
<b>AC motory</b>
Synchronní střídavé motory jsou široce používány v domácích spotřebičích. Zde má rotor konstantní otáčky, které lze nastavit. Synchronní motory napájené střídavým proudem se používají tam, kde rychlost otáčení musí být vyšší než 3 ot./min. Nastavení se provádí změnou přiváděného napětí. Pojďme pochopit, jak funguje střídavý motor.
Rotor se otáčí, když se proud kotvy dostane do kontaktu s magnetickým tokem v budícím vinutí. Magnetický tok se mění, když se mění pohyb střídavého proudu. Dochází tak k jednosměrné rotaci.
Střídavé synchronní motory se používají ve vysavačích, odšťavňovačích, pračkách, různém elektrickém nářadí, čerpadlech a tak dále.
<b>DC motory</b>
Stejnosměrné motory jsou široce používány v průmyslových zařízeních. Od AC měničů se liší vysokou účinností (faktor účinnosti) – o 15 % vyšší. Mají jednoduchý ovládací obvod díky použití mikropohonů. To vše umožňuje vyrábět stejnosměrné elektromotory malých rozměrů.
Stejnosměrné elektrické stroje se vyznačují vysokým počátečním točivým momentem. Používají se v zařízeních, která vyžadují startování při velkém zatížení. Jedná se především o trakční a elektrické zvedací mechanismy. Používají se tam, kde je vyžadován konstantní mechanický točivý moment. Používá se jako motor a generátor.
<b>Univerzální motory</b>
Univerzální motory mohou pracovat ze zdrojů stejnosměrného i střídavého proudu. Používají se v nízkoenergetických zařízeních a malých domácích spotřebičích.
Charakteristickým rysem univerzálních motorů je jejich struktura. Magnetický systém se skládá z sekcí navzájem izolovaných. Vinutí je rozděleno na dvě části. Když je proud dodáván ze zdroje střídavého napětí, teče pouze do jedné poloviny. Popsaný princip činnosti elektromotoru je nezbytný pro snížení rádiového rušení.
Univerzální motory mohou dosahovat rychlosti přes 10 000 ot./min. Rychlost lze regulovat bez potřeby dalších zařízení. Mezi nevýhody tohoto typu elektromotorů patří pouze následující: omezený výkon a nutnost periodické údržby kolektorové jednotky.
<b>Jmenování</b>
Hlavní funkce elektrický motor – přeměna střídavého proudu na stejnosměrný a elektrické energie na mechanickou energii.
Před nákupem elektrického stroje musíte vědět nejen to, jak elektromotor funguje, ale také vzít v úvahu provozní podmínky mechanismu, pro který je určen. Použití motoru s nedostatečným výkonem vede k nesprávné funkci zařízení a použití příliš velkého výkonu vede ke zhoršení ekonomické výkonnosti mechanismu a zvýšení energetických ztrát.
Možnosti výběru
Při výběru elektromotoru je třeba věnovat pozornost následujícím kritériím:
• výkon motoru;
• konstrukce skříně a velikost hřídele;
• klimatické podmínky;
• typ a velikost napětí dodávaného do zařízení;
• provozní režim.
Vždy by měla být rezerva chodu, ale měla by být malá. Jinak účinnost klesá.
V TVK si můžete vybrat elektromotor s potřebnými charakteristikami a parametry „Elektrocentrum» a na stránkách internetového obchodu stv39.ru .
