Typy stejnosměrných a střídavých motorů, jejich rozdíly

Jak fungují motory

Principem činnosti všech typů elektromotorů je interakce magnetických polí rotoru a statoru. V tomto případě může být magnetické pole vytvořeno permanentním magnetickým nebo vinutím (cívka-elektromagnet).

V závislosti na výkonu a typu motoru mohou být vinutí umístěna pouze na statoru nebo jak na statoru, tak na rotoru. Pokusme se vysvětlit zařízení a princip fungování pro figuríny v elektrice.

Začněme tím, že se podíváme na konstrukci kolektorových motorů. Například u malých kolektorových stejnosměrných motorů, jako u rádiových modelů, jsou permanentní magnety umístěny na statoru a v rotoru jsou navinuty cívky z měděného drátu. Proud do cívek rotoru takového elektromotoru je přiváděn přes kartáčovou sestavu sestávající z kartáčů a kolektoru. Kolektor má lamely, ke kterým jsou připojeny vývody vinutí.

Po zapnutí napájení se rotor (kotva) začne otáčet, kolektor je na něm upevněn a stacionární kartáče se střídavě dotýkají různých párů lamel kolektoru. Prostřednictvím kartáčů a lamel je proud přiváděn do vinutí rotoru nejprve do jednoho vinutí, poté do druhého, čímž se vytváří měnící se magnetické pole, které interaguje s polem magnetu. V důsledku toho se póly rotujících a stacionárních elektromagnetů přitahují, a proto dochází k rotaci.

Pomineme-li některé nuance, pak čím větší proud rotoru, tím větší je toto pole a tím rychleji se rotor otáčí. To je však použitelné hlavně pro stejnosměrné a střídavé kolektorové stroje (jsou univerzální).

Pokud mluvíme o asynchronním motoru (AM) s rotorem nakrátko, jedná se o střídavý motor bez kartáčů. V něm jsou vinutí umístěna na statoru (a) a rotor se skládá z tyčí (b), zkratovaných kroužky - tzv. klec nakrátko.

V tomto případě rotující magnetické pole statoru generuje proud v tyčích rotoru, který také generuje další magnetické pole. Co se stane, když jsou vedle sebe dva magnety?

Navzájem se odpuzují nebo přitahují. Protože je rotor upevněn na koncích v ložiskách, rotor se začne otáčet. AD je určen pouze pro střídavý proud a jeho rychlost otáčení hřídele závisí na frekvenci proudu a počet pólů ve vinutí statoru, budeme tuto otázku podrobněji zvažovat v článku o asynchronu elektromotory.

Ale pro zahájení rotace hřídele takového motoru je důležité buď jej zatlačit (udělit počáteční rychlost), nebo vytvořit rotující magnetické pole. Vytváří se pomocí vinutí uspořádaných určitým způsobem, připojených k třífázové elektrické síti. (například 380V), nebo pomocí spouštěcích a provozních kondenzátorů (včetně kondenzátoru asynchronního motory).

Kromě vzájemného působení magnetických polí při otáčení hřídele elektromotoru, a ampérová síla.

Proto musíte pochopit, že moment na hřídeli abstraktního motoru a počet otáček závisí na konstrukci a typu elektrického stroje, jakož i na síle proudu a jeho frekvenci. Opakuji, že v tomto článku nepůjdeme hluboko do detailů zařízení každého z typů a typů elektromotorů, ale uděláme pro to samostatné články.

Je třeba poznamenat, že asynchronní a univerzální kolektorové motory jsou nejčastější v každodenním životě a ve výrobě, v pohonech stavebních strojů. Používají se všude, jak pro pohyb průmyslových mechanismů, tak pro automobily, elektrická vozidla a používané v domácích spotřebičích, až po elektrický zubní kartáček.

Hlavní klasifikace

Elektromotory se tedy dělí hlavně na stroje, které pracují na stejnosměrný proud i na střídavý proud. Jaký je rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem, jsme řekli v článku: https://samelectrik.ru/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html. Budeme zvažovat typy elektromotorů ze strojů běžících na zahloubení.

AC motory

Většina elektrických strojů používaných ve výrobě a v každodenním životě k pohonu výtahů, u jiných typů elektrického pohonu je napájena střídavým proudem.

Střídavé motory lze klasifikovat takto:

• asynchronní;
• synchronní.

V tomto případě se asynchronní motory vyznačují buď konstrukcí rotoru:

• s rotorem nakrátko (nejčastěji s libovolným počtem fází);
• s fázovým rotorem (pouze třífázový).

A podle počtu fází:

• jednofázové (se spouštěcím kondenzátorem) se používají v domácích elektrických ventilátorech a jiných nízkoenergetických zařízeních;
• kondenzátor nebo dvoufázové (jedná se o jednofázové s kondenzátorem, který se během provozu nevypíná, díky čemuž "Druhá" fáze) se používají v malých čerpadlech, ventilaci, na pračkách "baby" a starých výrobních modelech SSSR;
• třífázové jsou nejběžnější a používají se všude ve výrobě.

Existují různá provedení jednofázových IM, seznam obsahuje dvě hlavní možnosti!

Charakteristickým rysem všech asynchronních elektromotorů je, že rychlost rotoru je o něco nižší než rychlost otáčení magnetického pole statoru a je rovna:

kde n je počet otáček za minutu, f je frekvence napájecí sítě, p je počet pólových párů, s je skluz a "60" je počet sekund za minutu.

Otáčky rotoru jsou tedy určeny frekvencí napájecí sítě, provedením vinutí, respektive počtem pólových párů (cívek) v ní a velikostí skluzu.

Skluz je veličina, která charakterizuje, o kolik menší je rychlost rotoru vzhledem k frekvenci rotujícího magnetického pole. Za normálních provozních podmínek se pohybuje v rozmezí 0,01-0,06. Jednoduše řečeno, pole ve statoru s jedním párem pólů se otáčí rychlostí:

60 * 50/1 = 3000 ot./min

Se dvěma páry - 1500 ot./min a se třemi páry - 1000 ot./min.

Při klouzání řekněme při 0,05 se rychlost rotoru bude rovnat:

3000 * (1-0,05) = 2850 ot./min

K nastavení rychlosti takových elektromotorů použijte frekvenční měniče, protože nemůžeme ovlivnit zbytek proměnných výše uvedeného vzorce.

Nejběžnější v Rusku jsou asynchronní motory s napájecím napětím 220V pro připojení vinutí do trojúhelníku a 380V do hvězdy.

Pokud u třífázového elektrického stroje vzniká točivé pole statoru uspořádáním vinutí a fázovým posunem v síti o 120˚, pak u jednofázového takový efekt není pozorován. Hřídel se bude otáčet, pokud mu dáte počáteční otočení ručním otáčením hřídele nebo instalací kondenzátoru s fázovým posunem, který vytvoří fázový posun na startovacím vinutí.

Dvoufázové kondenzátorové motory jsou uspořádány podobným způsobem, ale druhé vinutí se po spuštění nevypne, ale pokračuje v práci kondenzátor. Proto název „dvoufázové“ odkazuje spíše na konstrukci a schéma zapojení, nikoli na napájecí obvody. Dvoufázové i jednofázové jsou navrženy pro provoz ze sítě 220V.

Synchronní elektromotory (SM) se téměř vždy provádějí s budicím vinutím na kotvě a proudem buzení se do něj přenáší buď přes sestavu kartáče, nebo je indukováno elektromagnetickým zářením systémy.

To je nezbytné, aby se jeho hřídel otáčela frekvencí, která se shoduje s frekvencí otáčení pole statoru. To znamená, že v tomto případě neexistuje žádný takový parametr jako posuvné.

Budicí proud je napájen ze speciálních budicích systémů jako je "generátor-motor" nebo elektronické měniče na bázi tyristorů nebo tranzistorů. Nejběžnější v tuzemských podnicích jsou zařízení jako VTE, TVU atd.

Ne vždy je vinutí pole a kartáče, například v mikrovlnné troubě se k pohonu otáčení nádobí používá synchronní motor s permanentními magnety.

Synchronní stroje jsou výrazné a implicitní. Vizuální rozdíly spočívají v konstrukci rotoru, v praxi je rozdíl v jejich charakteristikách, výrobních metodách a provedení. V praxi se s nimi průměrný elektrikář v domácnosti pravděpodobně nebude muset vypořádat.

Zbývá říci to hlavní o střídavých motorech - je obtížné nastavit rychlost otáčení vzhledem k tomu, že jejich rychlost je vázána na rychlost. Snížení napětí (proudu) na statoru nebo buzení (pro synchronní i asynchronní s fázovým rotorem) vede k poklesu momentu a zvýšení velikosti prokluzu (při AD), zatímco hřídel se může otáčet pomalejší. K ovládání rychlosti takových motorů potřebujete frekvenční měnič. O tom, jak vybrat frekvenční měnič, jsme hovořili v článku: https://samelectrik.ru/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html.

DC motory (stejnosměrné motory)

Existují následující typy a typy stejnosměrných motorů:

1. DC kolektorové motory. Skládají se z magnetů nebo budicí cívky a kotvy, proud je přenášen do vinutí kotvy pomocí kartáčové sestavy, jejíž nevýhodou je postupné opotřebení.
2. Univerzální kolektorové motory. Jsou podobné předchozím, ale mohou pracovat jak na stejnosměrný, tak na střídavý proud.
3. Bezkartáčové nebo bezkartáčové. Skládá se ze statorových vinutí, na rotoru jsou instalovány permanentní magnety. Ke stejnosměrnému obvodu je připojen přes speciální regulátor, který spíná vinutí statoru.

Kolektorové motory lze rozdělit do skupin podle typu buzení:

• sebevzrušený;
• s nezávislým vzrušením.

Podle typu připojení vinutí pole se rozlišují takto:

1. Sekvenční buzení umožňuje vysoký točivý moment na hřídeli, ale otáčky naprázdno jsou také velmi vysoké a mohou poškodit motor (přejít do překmitu).
2. Paralelní buzení - v tomto případě jsou otáčky stabilnější a při zatížení se nemění, ale točivý moment na hřídeli je menší.
3. Smíšené vzrušení spojuje přednosti obou typů.

U nízkopříkonových kolektorových DCT je buzení nejčastěji organizováno pomocí permanentních magnetů.

Při nezávislém buzení motoru kolektoru nejsou vinutí statoru a rotoru vzájemně spojeny, ale ve skutečnosti jsou napájeny z různých zdrojů. Tak je možné organizovat regulaci točivého momentu nebo rychlosti, stejně jako dosáhnout vyšší energetické účinnosti.

V závislosti na konstrukci může takový elektromotor pracovat buď pouze na stejnosměrný proud, nebo na střídavý a stejnosměrný proud. Ve druhém případě se nazývají "univerzální kolektorový motor". Jsou rozšířené v každodenním životě, používají se v kuchyňských spotřebičích a elektrickém nářadí (brusky, vrtačky atd.).

Bezkomutátorové motory postrádají nevýhody spojené s kolektorovými motory v důsledku absence sestavy kartáče. Proud je přiváděn do tří statorových vinutí a vinutí jsou spínána regulátorem. Ve skutečnosti jsou bezkomutátorové stejnosměrné motory napájeny převedeným střídavým proudem. Jak tyto motory fungují, můžete zjistit z následujícího videa:

Konstrukčně jsou podobné synchronním motorům, kromě toho, že se používají spíše permanentní magnety než elektromagnety. K otáčení takového motoru a zvýšení jeho účinnosti slouží Hallovy senzory pro zjištění polohy hřídele a správného spínání vinutí.

Často se jim říká ventilové motory a v anglicky mluvících zdrojích se takové motory v závislosti na jejich konstrukci nazývají PWSM nebo BLDC.

Používají se v chladičích počítačů, jako pohon rádiem řízených modelů, jako jsou kvadrokoptéry, a také v motocyklech pro jízdní kola.

Další klasifikace

Kromě výše uvedených motorů je třeba říci o dalších typech, jako jsou:

• stepper;
• serva;
• lineární;
• motory se zvlněným proudem (obdoba stejnosměrného motoru, rozdíl je v tom, že výkon dodává usměrněný zvlněný proud).

Krokové motory a serva se používají všude tam, kde je potřeba polohovat sestavu nějakého mechanismu. Nejjednodušším příkladem je CNC, 3D tiskárna a tak dále. Také pomocí „stepperů“ někdy ovládáte polohu škrticí klapky vozu – a to je jen malá část jejich použití.

Popis funkcí a vlastností těchto typů elektropohonů je tématem na samostatný článek. Pokud máte zájem, napište komentáře a my to zveřejníme!

Lineární motor, na rozdíl od všech výše uvedených, pohyb jeho hřídele není rotační, ale translační. To znamená, že se netočí, ale pohybuje se "tam a zpět". Jsou rozdílní:

• střídavý proud na principu činnosti podobný synchronním a asynchronním elektromotorům;
• stejnosměrný proud;
• piezoelektrický;
• magnetostriktivní.

V praxi jsou vzácné, používají se jako pohon pro jednokolejnou dráhu, pro podávání pracovního tělesa v různých strojích.

Klasifikace uvedená v článku však byla zvolena z hlediska praktičnosti, přičemž v literatuře se doporučuje dělit elektrický pohon podle následujících kritérií.

Podle specifik generovaného točivého momentu:

• hystereze;
• magnetoelektrický.

Další možnost klasifikace je založena na rozdílech v designu a vlastnostech jejich designu.

Podle typu a umístění hřídele:

• s vodorovným hřídelem;
• s vertikálním uložením hřídele.

Ochrana před působením vnějšího prostředí:

• chráněna před vysokou vlhkostí a prachem;
• pro použití ve výbušném prostředí.

Podle doby trvání provozního režimu:

• přerušované (navijáky, jeřáby, motory šoupátek);
• pro nepřetržitý provoz (čerpadla, ventilace atd.).

Z hlediska výkonu je také možné rozlišit stroje malého, středního, vysokého výkonu. Nemá však smysl uvádět limity těchto kapacit, protože někde je průměrný výkon 6 MW a někde kolosální číslo 1 kW.

Není možné podrobně zvážit všechny typy v rámci jednoho článku, proto zvážíme každou verzi zvlášť. Doufáme, že vám uvedená klasifikace ve stručnosti pomohla pochopit, jaké jsou typy střídavých a stejnosměrných elektromotorů a jaké jsou jejich rozdíly a aplikační vlastnosti!

Související materiály:

• Jak se získává střídavý elektrický proud
• Typy regulátorů napětí
• Jak vyrobit nejjednodušší elektromotor vlastníma rukama

Jako(0)nemám rád(0)