Що потрібно знати про сучасних електродвигунах

У статті розглядаються різні типи електродвигунів, їх переваги та недоліки, перспективи розвитку.

Типи електродвигунів

Електродвигуни, в даний час, це неодмінна складова будь-якого виробництва. В комунальному господарстві і в побуті вони теж застосовуються дуже часто. Наприклад, це вентилятори, кондиціонери, насоси для опалення і т. д. Тому, сучасному електрику необхідно добре розбиратися в типах і пристрої цих агрегатів.

Отже, перерахуємо найбільш часто зустрічаються типи електродвигунів:

1. Електродвигуни постійного струму, з якорем на постійних магнітах;

2. Електродвигуни постійного струму, з якорем, мають обмотку збудження;

3. Синхронні електродвигуни змінного струму;

4. Асинхронні електродвигуни змінного струму;

5. Серводвигуни;

6. Лінійні асинхронні електродвигуни;

7. Мотор-ролики, тобто ролики, усередині яких розміщені електродвигуни з редукторами;

8. Вентильні електродвигуни.

Електродвигуни постійного струму

Цей тип двигунів раніше застосовувався дуже широко, але в даний час він майже повністю витіснений асинхронними електродвигунами, через порівняльної дешевизни застосування останніх. Новим напрямком у розвитку двигунів постійного струму є вентильні двигуни постійного струму з якорем на постійних магнітах.

Синхронні електродвигуни

Синхронні електродвигуни часто застосовуються для різних видів приводу, працюючого з постійно швидкістю, тобто для вентиляторів, компресорів, насосів, генераторів постійного струму і т. д. Це двигуни потужністю 20 – 10000 кВт, для швидкостей обертання 125 – 1000 об/хв.

Двигуни відрізняються від генераторів конструктивно наявністю на роторі, необхідної для асинхронного пуску ,додаткової короткозамкненої обмотки, а також відносно меншим зазором між статором і ротором.

У синхронних двигунів к. п. д. вище, а маса на одиницю потужності менше, ніж у асинхронних на ту ж швидкість обертання. Цінною особливістю синхронного двигуна порівняно з асинхронним є можливість регулювання його реактивного струму, тобто cosφ за рахунок зміни струму збудження обмотки якоря. Таким чином, можна зробити cosφ близьким до одиниці у всіх діапазонах роботи і, тим самим, підняти ккд і знизити втрати в електромережі.

Асинхронні електродвигуни

В даний час, це найбільш часто використовуваний тип двигунів. Асинхронний двигун - це двигун змінного струму, частота обертання ротора якого нижче частоти обертання магнітного поля, створюваного статором.

Змінюючи частоту і шпаруватість підводиться до статора напруги, можна змінювати швидкість обертання і момент на валу двигуна. Найбільш часто використовуються асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором. Ротор виконується з алюмінію, що знижує його вагу й вартість.

Основні переваги таких двигунів – це низька ціна і мала вага.

Основні недоліки – це малий пусковий момент на валу і великий пусковий струм в 3-5 разів перевищує робочий. Ще один великий недолік асинхронного двигуна – це низький ккд в режимі часткових навантажень. Наприклад, при навантаженні 30% від номінальної, ккд може падати з 90% до 40-60%!

Основний спосіб боротьби з недоліками асинхронного двигуна – це застосування частотного приводу. Частотний привід перетворює напругу мережі 220/380В в імпульсну напругу змінної частоти і шпаруватості. Тим самим вдається в широких межах змінювати частоту обертів і момент на валу двигуна і позбутися практично від усіх його вроджених вад. Єдина ложка дьогтю в цій бочці меду», це висока ціна частотного приводу, але на практиці всі витрати окупаються протягом року!

Серводвигуни

Ці двигуни займають особливу нішу, вони застосовуються там, де потрібні прецизійні зміни положення і швидкості руху. Це космічна техніка, роботобудування, верстати з ЧПУ і т. д.

Такі двигуни відрізняються застосуванням якорів малого діаметра, т. к. малий діаметр це мала вага. За рахунок малої ваги вдається домогтися максимального прискорення, тобто швидких переміщень. Ці двигуни зазвичай мають систему датчиків зворотного зв'язку, що дозволяє збільшити точність руху і реалізувати складні алгоритми переміщень і взаємодії різних систем.

Лінійні електродвигуни асинхронні

Лінійний асинхронний двигун створює магнітне поле, яке переміщує пластину в двигуні. Точність переміщення може становити 0.03 мм на один метр переміщення, що в три рази менше товщини людської волосини! Зазвичай пластина (повзун) прикріплюється до механізму, який повинен пересуватися.

Такі двигуни мають дуже велику швидкість переміщення (до 5 м/с), а отже високу продуктивність. Швидкість переміщення і крок можна змінювати. Так як в двигуні мінімум рухомих частин, він має високу надійність.

Мотор-ролики

Конструкція таких роликів досить проста: всередині провідного ролика знаходиться мініатюрний електродвигун постійного струму і редуктор. Мотор ролики застосовуються на різних конвеєрах і сортувальних лініях.

Переваги мотор-роликів – це низький рівень шуму, більш високий ккд у порівнянні з зовнішнім приводом, мотор-ролик практично не потребує техобслуговування, оскільки він працює лише коли потрібно перемістити конвеєр, його ресурс дуже великий. Коли такий ролик вийде з ладу, його можна замінити іншим за мінімальний час.

Вентильні електродвигуни

Вентильним називають будь-який двигун, в якому регулювання режимів роботи здійснюється за допомогою напівпровідникових (вентильних ) перетворювачів. Як правило, це синхронний двигун з збудженням від постійних магнітів. Статор двигуна управляється за допомогою інвертора з мікропроцесорним управлінням. Двигун оснащений системою датчиків, для здійснення зворотного зв'язку по положенню, швидкості і прискорення.

Основні переваги вентильних електродвигунів це:

1. Безконтактність і відсутність вузлів, що вимагають обслуговування,
2. Високий ресурс;
3. Великий пусковий момент і велика перевантажувальна здатність по моменту (5 і більше разів);
4. Висока швидкодія по перехідним процесам;
5. Величезний діапазон регулювань по частоті обертання 1:10000 і більше, що мінімум на два порядки вище, ніж у асинхронних двигунів;
6. Найкращі показники ККД і cosφ, їх ККД на всіх навантаженнях перевищує 90%. В той час, як у асинхронних двигунів ККД на половинних навантаженнях може знижуватися до 40-60%!
7. Мінімальні струми холостого струму і пускові струми;
8. Мінімальні масогабаритні показники;
9. Мінімальні терміни окупності.

По конструктивним особливостям такі двигуни діляться на два основних типи: безконтактні електродвигуни постійного та змінного струмів.

Головним напрямком вдосконалення вентильних електродвигунів в даний момент є розробка адаптивних бездатчиковых алгоритмів управління. Це дозволить знизити собівартість і підвищити надійність таких приводів.

У такій маленькій статті, звичайно, неможливо відобразити всі аспекти розвитку систем електроприводу, т. к. це дуже цікаве і швидко напрям в техніці. Щорічні електротехнічні виставки наочно демонструють постійне зростання кількості фірм, що прагнуть опанувати цей напрямок. Лідери цього ринку як завжди Siemens AG і General Electric, Bosch Rexroth AG, Ansaldo, Fanuc та ін.