Все, что вам следует знать об электрических двигателях

Двигатели используются в широком спектре применений, таких как вентиляторы, электроинструменты, бытовая техника, электромобили и гибридные автомобили. Электродвигатель — это устройство, используемое для преобразования электроэнергии в механическую энергию, противоположную электрическому генератору. Существует множество вариантов и опций электродвигателей; например, двигатели постоянного тока – щеточные или бесщеточные, а двигатели переменного тока – асинхронные (или асинхронные) и синхронные. Двигатели могут работать при различных напряжениях в зависимости от области применения и доступных источников питания.

---

Электродвигатель — это устройство, используемое для преобразования электроэнергии в механическую энергию, противоположную электрическому генератору. Они работают, используя принципы электромагнетизма, который показывает, что сила прилагается, когда в магнитном поле присутствует электрический ток. Эта сила создает крутящий момент на проволочной петле, находящейся в магнитном поле, что заставляет двигатель вращаться и выполнять полезную работу. Двигатели используются в широком спектре применений, таких как вентиляторы, электроинструменты, бытовая техника, электромобили и гибридные автомобили.

Существует множество вариантов и опций электродвигателей; например, двигатели постоянного тока – щеточные или бесщеточные, а двигатели переменного тока – асинхронные (или асинхронные) и синхронные. Двигатели могут работать при различных напряжениях в зависимости от области применения и доступных источников питания.

Работа двигателя зависит от двух свойств электрического тока. Первый заключается в том, что электрический ток, протекающий по проводу или катушке, создаст магнитное поле.

Во-вторых, изменение тока в проводнике, например, от источника переменного тока, вызовет напряжение в проводнике (самоиндуктивность) или во вторичном проводнике (взаимная индуктивность). Ток, протекающий в цепи вторичного проводника, также создает магнитное поле, как описано выше.

Для магнита подобные полюса отталкиваются, а непохожие полюса притягиваются. Во всех двигателях конструкция использует это свойство для обеспечения непрерывного вращения ротора.

• Катушка якоря: Она помогает двигателю работать.
• Коммутатор: Это вращающийся интерфейс катушки якоря с неподвижной цепью.
• Сердечник якоря: Удерживает катушку якоря на месте и обеспечивает механическую поддержку.
• Источник питания: Простой двигатель обычно имеет источник питания постоянного тока.  Он подает питание на якорь двигателя или катушки возбуждения.
• Полевой магнит: Магнитное поле помогает создавать крутящий момент на вращающейся катушке якоря в силу правила левой руки Флеминга.
• Щетки: Это устройство, которое проводит ток между неподвижными проводами и движущимися частями, чаще всего вращающимся валом

Узнайте, как работает электродвигатель, основные детали, почему и где они используются, а также примеры работы. Это электрический двигатель. Это одно из самых важных устройств, когда-либо изобретенных. Эти двигатели используются повсюду – от перекачки воды, которую мы пьем, до питания лифтов и кранов, даже охлаждения атомных электростанций. Итак, мы собираемся заглянуть внутрь одного из них и подробно узнать, как именно они работают в этой статье.

Чтобы лучше понять работу электродвигателя, сначала мы рассмотрим, как работает электродвигатель — в теории, затем мы проверим его на практике.

🔸 Как работает электродвигатель — в теории

Предположим, мы согнем наш провод в квадратную U-образную петлю, так что фактически через магнитное поле проходят два параллельных провода. Один из них отводит от нас электрический ток по проводу, а другой возвращает ток обратно. Поскольку ток в проводах течет в противоположных направлениях, правило левой руки Флеминга говорит нам, что два провода будут двигаться в противоположных направлениях. Другими словами, когда мы включаем электричество, один из проводов будет двигаться вверх, а другой – вниз.

Если бы катушка провода могла продолжать двигаться таким образом, она вращалась бы непрерывно — и мы были бы на пути к созданию электродвигателя.

Но этого не может произойти при нашей нынешней настройке: провода быстро запутаются. И не только это, но если бы катушка могла вращаться достаточно далеко, произошло бы что-то еще. Как только катушка достигнет вертикального положения, она перевернется, так что электрический ток будет проходить через нее в противоположную сторону. Теперь силы с каждой стороны катушки поменялись бы местами. Вместо того, чтобы непрерывно вращаться в одном и том же направлении, он будет двигаться назад в том направлении, в котором только что пришел! Представьте себе электрический поезд с таким двигателем: он будет постоянно двигаться вперед и назад на месте, фактически никуда не двигаясь.

🔸 Как работает электродвигатель — на практике

Есть два способа решить эту проблему. Один из них – использовать электрический ток, который периодически меняет направление, известный как переменный ток (AC). В небольших двигателях с батарейным питанием, которые мы используем дома, лучшим решением является добавление компонента, называемого коммутатором, к концам катушки.

В своей простейшей форме коммутатор представляет собой металлическое кольцо, разделенное на две отдельные половины, и его задача – реверсировать электрический ток в катушке каждый раз, когда катушка вращается на пол-оборота. Один конец катушки прикреплен к каждой половине коммутатора. Электрический ток от аккумулятора подключается к электрическим клеммам двигателя.

Они подают электроэнергию в коммутатор через пару незакрепленных соединителей, называемых щетками, сделанных либо из кусочков графита (мягкий углерод, похожий на «грифель» карандаша), либо из тонких кусков упругого металла, который (как следует из названия) «задевает» коммутатор. Когда коммутатор установлен, при прохождении электричества по цепи катушка будет постоянно вращаться в одном и том же направлении.

Такой простой экспериментальный мотор, как этот, не способен вырабатывать большую мощность. Мы можем увеличить вращающую силу (или крутящий момент), которую может создать двигатель, тремя способами: либо у нас может быть более мощный постоянный магнит, либо мы можем увеличить электрический ток, текущий через провод, либо мы можем сделать катушку так, чтобы она много «витков» (петель) очень тонкой проволоки вместо одного «витка» толстой проволоки. На практике в двигателе постоянный магнит также имеет изогнутую круглую форму, поэтому он почти касается катушки с проволокой, которая вращается внутри него. Чем ближе друг к другу магнит и катушка, тем большую силу может создать двигатель.

Хотя мы описали несколько различных деталей, вы можете представить себе двигатель как состоящий всего из двух основных компонентов:

• По краю корпуса двигателя расположен постоянный магнит (или магниты), который остается неподвижным, поэтому он называется статором двигателя.
• Внутри статора находится катушка, установленная на оси, которая вращается с высокой скоростью — и это называется ротором. Ротор также включает в себя коллектор.

Эти два типа двигателей построены по-разному:

Наиболее принципиальным отличием является источник питания: переменный ток (однофазный или трехфазный) и постоянный ток, например, для батарей.

Скорость – еще одно отличие. Скорость двигателя постоянного тока регулируется изменением тока в двигателе, в то время как скорость двигателя переменного тока регулируется изменением частоты, обычно с помощью преобразователя частоты (вы можете читать о двухскоростью двигатели в другой стати) .

🔸 Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока являются наиболее популярными в отрасли, так как они обладают рядом преимуществ:

• Они просты в постройке
• Они более экономичны из-за более низкого пускового потребления
• Они также более прочные и поэтому, как правило, имеют более длительный срок службы
• Они не требуют особого ухода

Из-за того, как они работают, что включает синхронизацию между вращением ротора и частотой тока, скорость двигателей переменного тока остается постоянной. Они особенно подходят для применений, требующих непрерывного движения и небольшого количества переключений передач. Поэтому этот тип двигателя идеально подходит для использования в насосах, конвейерах и вентиляторах.

Их также можно интегрировать в системы, не требующие высокой точности, если они используются с регулируемой скоростью.

С другой стороны, функции управления скоростью делают их более дорогими, чем другие двигатели.

Есть два типа двигателей переменного тока: однофазные и трехфазные.

🔷 Однофазные двигатели характеризуются:

⭕ Эффективность.
⭕ Их можно использовать в бытовой электросети.
⭕ Менее промышленные, поскольку они менее мощные.
⭕ Количество полюсов, которое даст скорость вращения.
⭕ Способ крепления: фланец (B14, B5) или кронштейны (B3).
⭕ Электрическая мощность (в кВт), которая будет определять крутящий момент.

🔷 Трехфазные двигатели характеризуются:

⭕ Их использование в промышленных условиях (около 80 %)
⭕ Их использование для инфраструктуры и оборудования, требующего высокой электрической мощности
⭕ Архитектура, которая позволяет передавать гораздо большую электрическую мощность, чем двигатель с однофазным напряжением

🔸 Двигатели постоянного тока

✔️ Двигатели постоянного тока также очень распространены в промышленных условиях, поскольку они обладают значительными преимуществами в зависимости от формата:

🟢 Они точны и быстры.
🟢 Пусковой момент высок.
🟢 Запуск, остановка, ускорение и разворот выполняются быстро.
🟢 Их скорость можно регулировать, изменяя напряжение питания.
🟢 Они просты в установке, даже в мобильных (работающих на батарейках) системах.

Они очень хорошо подходят для динамических применений, требующих высокой точности, особенно с точки зрения скорости, как в случае лифтов, или с точки зрения положения, как в случае роботов или станков. Они также могут быть полезны для применений, требующих высокой мощности (например, 10 000 кВт).

❌ Однако они имеют определенные недостатки в зависимости от их конструкции по сравнению с двигателями переменного тока:

🔴 Они состоят из множества деталей, которые изнашиваются и требуют дорогостоящей замены.
🔴 Они менее распространены, потому что они менее подходят для применений, требующих высокой мощности.

Существует много типов двигателей постоянного тока, но наиболее распространенными являются щеточные или бесщеточные. Существуют также вибрационные двигатели, шаговые двигатели и серводвигатели. мы должни сказат здест что бесщетоный двигатель лучше у аккумуляторного шуруповерта.

🔸 Щеточные двигатели постоянного тока

Щеточные двигатели براشпостоянного тока являются одними из самых простых и встречаются во многих бытовых приборах, игрушках и автомобилях.
Они используют контактные щетки, которые соединяются с коммутатором для изменения направления тока.
Они недороги в производстве, просты в управлении и обладают отличным крутящим моментом на низких скоростях (измеряется в оборотах в минуту или оборотах в минуту).
Несколько недостатков заключаются в том, что они требуют постоянного технического обслуживания для замены изношенных щеток, имеют ограниченную скорость из-за нагрева щетки и могут генерировать электромагнитный шум от дугового разряда щетки.

Производители все чаще задумываются об энергоэффективности. Более зеленая и экологически чистая экономика – одна из целей Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года, которую взяли на себя многие государства. Но прежде всего в целях ограничения потребления и экономии в последние годы промышленность приобретает более энергоэффективное оборудование.

Согласно исследованию Европейской комиссии, на двигатели приходится 65% промышленного потребления энергии в Европе. Поэтому принятие мер в отношении двигателей является важным шагом на пути к сокращению выбросов CO2. Комиссия даже прогнозирует, что к 2020 году можно повысить энергоэффективность двигателей европейского производства на 20–30%. В результате будет на 63 миллиона тонн меньше CO2 в атмосфере и на 135 миллиардов киловатт-часов.

Если вы также хотите интегрировать энергоэффективные двигатели и получать экономию, внося свой вклад в развитие планеты, вам сначала нужно будет ознакомиться со стандартами энергоэффективности для двигателей в вашей стране или географическом регионе. Но будьте осторожны, эти стандарты применимы не ко всем двигателям, а только к асинхронным электродвигателям переменного тока.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) определила классы энергоэффективности для электродвигателей, представленных на рынке, известные как код IE, которые обобщены в международном стандарте МЭК

МЭК определил четыре уровня энергоэффективности, которые определяют энергетические характеристики двигателя:

• IE1 относится к СТАНДАРТНОЙ-эффективности
• IE2 относится к ВЫСОКОЙ-эффективности
• IE3 означает ПРЕМИУМ-эффективность
• IE4, все еще находящийся в стадии изучения, обещает СУПЕР-ПРЕМИАЛЬНУЮ эффективность

МЭК также внедрила стандарт IEC 60034-2-1: 2014 для испытаний электродвигателей. Многие страны используют национальные стандарты испытаний, а также ссылаются на международный стандарт IEC 60034-2-1.

---

Товары из категорий🛠

---

✔️ В Европе

ЕС уже принял несколько директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей размещать на рынке энергоэффективные двигатели:

Поэтому с 2011 года класс IE2 является обязательным для всех двигателей.

Класс IE3 является обязательным с января 2015 года для двигателей мощностью от 7,5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели имеют преобразователь частоты).

Класс IE3 является обязательным с января 2017 года для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели имеют преобразователь частоты).

✔️ В Соединенных Штатах

В Соединенных Штатах действуют стандарты, определенные Американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электротехники). С 2007 года минимальный требуемый уровень установлен на уровне IE2.

Та же классификация применима к Австралии и Новой Зеландии.

✔️ Азия

В Китае корейские стандарты MEPS (Минимальный стандарт энергоэффективности) применяются к малым и средним трехфазным асинхронным двигателям с 2002 года (GB 18693). В 2012 году стандарты MEPS были согласованы со стандартами IEC, перейдя от IE1 к IE2, а теперь и к IE3.

Япония согласовала свои национальные правила с классами эффективности IEC и включила электродвигатели IE2 и IE3 в свою программу Top Runner в 2014 году. Представленная в 1999 году программа Top Runner заставляет японских производителей постоянно предлагать на рынке новые модели, которые являются более энергоэффективными, чем предыдущие поколения, тем самым стимулируя эмуляцию и инновации в области энергетики.
В Индии с 2009 года действует знак сравнительной эффективности, а с 2012 года – национальный стандарт на уровне IE2.

Во-первых, вы должны выбрать одну из трех основных групп электродвигателей:

💠 Асинхронный двигатель переменного тока (однофазный или трехфазный)
💠 Синхронный двигатель: двигатель постоянного тока (постоянного тока), бесщеточный и др.

Чтобы выбрать между этими группами, необходимо определить тип требуемого приложения, поскольку это повлияет на ваш выбор:

Если вы хотите, чтобы ваш двигатель работал непрерывно и с небольшим количеством переключений передач, вам следует выбрать асинхронный двигатель. Для динамических приложений очень важно иметь синхронный двигатель.Наконец, если вам требуется точное позиционирование, вам следует выбрать шаговый двигатель.

В зависимости от требуемого движения вам также потребуется определить технические характеристики и размер двигателя:

💠 Для определения технических характеристик потребуется определить мощность, крутящий момент и скорость двигателя.
💠 Чтобы определить размер, вы должны знать, сколько места займет двигатель и как он будет установлен (то есть как он будет закреплен в системе).

При выборе размеров и прочности двигателя вы также должны учитывать производственную среду, в которой двигатель будет работать:

Существует формат, адаптированный для любого типа среды (взрывоопасная, влажная, коррозионная, высокая температура и т. Д.). Для суровых условий окружающей среды существуют двигатели с усиленным, водонепроницаемым, ударопрочным или грязеотталкивающим корпусом.

Наконец, в последние годы энергоэффективность стала важным фактором, который необходимо учитывать при выборе двигателя. Электродвигатель, который потребляет меньше энергии, будет иметь низкое энергетическое воздействие, что снизит его стоимость энергии.

Использование электродвигателя

Электродвигатели используются в самых разных областях применения. Некоторые из них перечислены ниже:

💠 Дрели
💠 Жесткие Диски
💠 Водяные Насосы
💠 Стиральные Машины
💠 Промышленное Оборудование

Вы можете ожидать, что эффективность работающего двигателя составит около 70-85%, так как оставшаяся энергия тратится на производство тепла и издаваемые звуки.

Что следует учитывать при покупке двигателя:

При выборе двигателя необходимо обратить внимание на несколько характеристик, но наиболее важными являются напряжение, ток, крутящий момент и скорость (об / мин).

✔️ Ток

это то, что питает двигатель, и слишком большой ток приведет к его повреждению. Для двигателей постоянного тока важны рабочий ток и ток останова. Рабочий ток – это средняя величина тока, которую двигатель может потреблять при типичном крутящем моменте. Ток останова обеспечивает достаточный крутящий момент для двигателя, чтобы работать со скоростью останова, или 0 об / мин. Это максимальный ток, который двигатель может потреблять, а также максимальная мощность, умноженная на номинальное напряжение. Радиаторы важны, если двигатель постоянно работает или работает с напряжением выше номинального, чтобы катушки не плавились.

✔️ Напряжение

Напряжение используется для поддержания тока сети, протекающего в одном направлении, и для преодоления обратного тока. Чем выше напряжение, тем выше крутящий момент. Номинальное напряжение двигателя постоянного тока указывает наиболее эффективное напряжение во время работы. Обязательно подавайте рекомендуемое напряжение. Если вы подадите слишком мало вольт, двигатель не будет работать, в то время как слишком много вольт может привести к короткому замыканию обмоток, что приведет к потере мощности или полному разрушению.

✔️ Значения работы и остановки/ крутящий момент

Значения работы и остановки также необходимо учитывать с учетом крутящего момента. Рабочий крутящий момент – это величина крутящего момента, на которую был рассчитан двигатель, а крутящий момент остановки – это величина крутящего момента, создаваемого при подаче мощности от скорости остановки. Вы всегда должны обращать внимание на необходимый рабочий крутящий момент, но в некоторых приложениях вам потребуется знать, как далеко вы можете продвинуть двигатель. Например, для колесного робота хороший крутящий момент равен хорошему ускорению, но вы должны убедиться, что крутящий момент остановки достаточно силен, чтобы поднять вес робота. В данном случае крутящий момент важнее скорости.

✔️ Скорость (об/мин)

Скорость (об / мин) может быть сложной для двигателей. Общее правило заключается в том, что двигатели наиболее эффективно работают на самых высоких скоростях, но это не всегда возможно, если требуется передача. Добавление шестерен снизит эффективность двигателя, поэтому примите во внимание снижение скорости и крутящего момента.

---

FAQ❓

🔘 Какие основные качества следует учитывать в двигателе электроинструмента?
Что важно учитывать при работе с двигателями электроинструментов, так это: щетки, крутящий момент, скорость и род тока.

🔘 В чем разница между двигателями переменного и постоянного тока?
Двигатель постоянного или постоянного тока работает от батареи или накопленной
энергии, а двигатель переменного тока подключается к электрической сети.

🔘 Какие преимущества предлагают двухскоростные двигатели?
Они практически более эффективны и производительны, более универсальны и многофункциональны.

🔘 Какой момент затяжки?
В основном это означает силу, прилагаемую к затяжке болта или гайки.

Заключение🧾

Здесь изложены основные принципы, которые следует учитывать при выборе двигателя. Подумайте о назначении приложения и о том, какой ток он использует, чтобы выбрать правильный тип двигателя.