Klasifikace elektromotorů

V závislosti na účelu, na zamýšlených provozních režimech a podmínkách, na typu napájení atd. lze všechny elektromotory klasifikovat podle několika parametrů: podle principu získání provozního momentu, podle způsobu provozu, podle typu napájecího proudu, podle způsobu fázového řízení, podle typu buzení atd. Podívejme se na klasifikaci elektromotorů podrobněji.

<strong>Výskyt točivého momentu</strong>

Točivý moment v elektromotorech lze získat jedním ze dvou způsobů: na principu magnetické hystereze nebo čistě magnetoelektricky. Hysterezní motor získává kroutící moment hysterezní jev během magnetizační reverzace rotoru s pevným magnetickým polem, zatímco v magnetoelektrickém motoru je krouticí moment výsledkem interakce vystupujících magnetických pólů rotoru a statoru.

Magnetoelektrické motory dnes právem tvoří lví podíl na celkovém množství elektromotorů používaných v mnoha oblastech. Dělí se podle typu napájecího proudu na:

• DC motory,
• AC motory,
• univerzální motory.

<strong>DC motory</strong>

U motoru napájeného stejnosměrným proudem je za spínání fází zodpovědný motor sám. To znamená, že ačkoliv je do elektrického stroje dodáván stejnosměrný proud, působením vnitřních mechanismů zařízení se magnetické pole ukazuje jako pohyblivé a je schopné udržet točivý moment rotoru (jako by působil střídavý proud ve vinutí statoru).

Konstrukce a princip činnosti stejnosměrného elektromotoru: 1 – kotva, 2 – hřídel, 3 – desky komutátoru, 4 – sestava kartáče, 5 – magnetický obvod kotvy, 6 – magnetický obvod induktoru, 7 – vinutí pole, 8 – pouzdro induktoru , 9 – boční kryty , 10 – ventilátor, 11 – tlapky, 12 – ložiska.

Stejnosměrný motor se skládá ze stacionární části zvané induktor a pohyblivé části zvané kotva. V závislosti na provedení mohou být na budicím vinutí na induktoru umístěny permanentní magnety, což zjednodušuje konstrukci, ale neumožňuje regulovat magnetický tok motoru, který ovlivňuje jeho otáčky.

Podle způsobu vytváření pohyblivého magnetického pole se stejnosměrné motory dělí na:

• ventil (bezkartáčový),
• kolektor.

<strong>Buzení komutátorových motorů</strong>

Podle způsobu buzení jsou komutátorové motory těchto typů: s nezávislým buzením z permanentních magnetů nebo elektromagnetů nebo se samobuzením. Motory buzené permanentními magnety obsahují magnety na rotoru. Motory s vlastním buzením mají na rotoru speciální vinutí kotvy, které lze zapojit paralelně, sériově nebo smíchat se speciálním budicím vinutím.

<strong>Pulzní proudový motor</strong>

Pulzující proudový motor je podobný stejnosměrnému motoru. Rozdíl spočívá v přítomnosti laminovaných vložek na rámu a také dalších laminovaných tyčí. Kromě toho má motor s pulzujícím proudem kompenzační vinutí. Takové motory se používají v elektrických lokomotivách, kde jsou obvykle poháněny usměrněným střídavým proudem.

<strong>AC motor</strong>

Střídavé motory, jak už název napovídá, jsou napájeny střídavým proudem. Mohou být synchronní nebo asynchronní.

U synchronních střídavých motorů se magnetické pole statoru pohybuje stejnou úhlovou rychlostí jako rotor, zatímco u asynchronních motorů je vždy určitá prodleva (charakterizovaná hodnotou skluzu s) – magnetické pole statoru se při jeho pohybu zdá být před rotorem, který se ho zase celou dobu snaží dohnat.

Vysoce výkonné synchronní motory (s výkonem stovek kilowattů) mají na rotoru budicí vinutí. Rotory méně výkonných synchronních motorů jsou vybaveny permanentními magnety, které tvoří póly. Hysterezní motory jsou také v principu synchronní motory.

Krokové motory jsou speciální kategorií synchronních motorů s vysokou přesností řízení rychlosti otáčení až po diskrétní počítání kroků.

Spínané synchronní reluktanční motory jsou napájeny přes invertor.

Střídavé indukční motory se vyznačují tím, že jejich úhlová rychlost otáčení rotoru je vždy menší než úhlová rychlost otáčení magnetického pole statoru. Asynchronní motory jsou jednofázové (se startovacím vinutím), dvoufázové (sem patří kondenzátorový motor), třífázové a vícefázové.

Návrh třífázového asynchronního elektromotoru s rotorem nakrátko

Asynchronní elektromotor se skládá jak ze stacionární (statorové) části, tak z pohyblivé (rotorové) části, které jsou drženy ložisky 1 a 11 instalovanými v bočních krytech 3 a 9. Rotor se skládá z hřídele 2, na které je magnetická obvod 5 s vinutím je pevný. Stator motoru se skládá z pouzdra 7, ke kterému je připevněno magnetické jádro 6. V drážkách magnetického jádra je umístěno třífázové vinutí 8. Víko svorkovnice 4 a ochranné pouzdro 12 oběžného kola 10 připevněný k pouzdru.

Fázový rotor má třífázové vinutí, vyrobené jako statorové vinutí. Některé konce cívek jsou připojeny k nulovému bodu („hvězda“) a další konce jsou připojeny ke sběracím kroužkům. Na kroužky jsou umístěny kartáče, které vytvářejí kluzný kontakt s vinutím rotoru. U této konstrukce je možné k vinutí rotoru připojit spouštěcí nebo nastavovací reostat, který umožňuje měnit elektrický odpor v obvodu rotoru.

Asynchronní motor s frekvenčním měničem pro plynulou regulaci otáček hřídele změnou frekvence a napájecího napětí:

<strong>Univerzální kartáčované motory</strong>

Univerzální komutátorový motor může pracovat na stejnosměrný nebo střídavý proud (50 Hz). Má sekvenční buzení a používá se v domácích elektrospotřebičích, kde je vyžadována rychlost otáčení vyšší než maximální u běžných střídavých motorů 3000 ot./min. Výkon těchto motorů zpravidla nepřesahuje 200 W. Existuje tyristorové řízení rychlosti otáčení univerzálního motoru.

Vylepšenou verzí univerzálního motoru je synchronní motor se snímačem polohy rotoru, kde roli komutátoru plní elektronický měnič.

Elektromotor je mechanismus, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii; A přestože řeší přibližně stejný problém, výrazně se liší, a to určuje rozsah jejich činnosti. Zvažme, jaké typy elektromotorů existují, jaké rozlišovací znaky mají motory ve výtazích a průmyslových závodech od motorů instalovaných v pračkách a dětských hračkách a jak pochopit, jaký typ motoru je potřebný k vyřešení určitých problémů.

Elektromotory: klasifikace

Existuje několik parametrů, kterými se elektromotory odlišují. Mezi nejdůležitější patří typ napájení a přítomnost nebo nepřítomnost posuvného kontaktu. Podívejme se na tyto klasifikace podrobněji.

Podle typu napájení jsou elektromotory:

• se zdrojem stejnosměrného proudu (kolektor a ventil);
• se zdrojem střídavého proudu (napájení může být jednofázové nebo třífázové a samotné motory mohou být synchronní nebo asynchronní);
• univerzální typ.

Poslední – univerzální – typ motoru je schopen provozu se stejnosměrným i střídavým napětím, nazývá se univerzální komutátorový motor s budicím vinutím.

Existuje také klasifikace založená na způsobu přenosu elektrické energie:

• typ kartáče (spolehlivý, prakticky tichý, méně náročný na údržbu);
• bezkartáčový typ.

S konstantním proudem

Ve 1820. letech 1881. století prováděl Michael Faraday první pokusy s elektromagnetickým polem a již v roce 800 vyjela první elektrická tramvaj, která vypovídá o rychlém rozvoji a důležitém praktickém zaměření vývoje s elektromotory. Od té doby až do současnosti došlo v elektromotorech k obrovské evoluci – stačí vzít v úvahu velikost a výkon stejnosměrného motoru v moderním smartphonu. Podobné se používají v různých hračkách a domácích spotřebičích a ty s největším výkonem se používají v elektrických lokomotivách o výkonu přes 1,5 kilowattů s napětím XNUMX kV.

Kolektor

Komutátorový motor, který pracuje ze stejnosměrného zdroje, se skládá ze dvou hlavních částí: statoru a rotoru neboli kotvy (pevné a pohyblivé části). Na statoru je instalováno několik magnetických pólů a buď permanentní magnety nebo budicí vinutí v závislosti na výsledném požadovaném výkonu.

Stator vytváří konstantní magnetické pole. Druhá hlavní část motoru, která přes sebe prochází střídavý proud, se otáčí uvnitř statoru – tak vzniká magnetické pole, které způsobuje otáčení rotoru. Kolektor zajišťuje periodické přepínání směru proudu ve vinutí rotoru, což má za následek nepřetržitý pohyb rotoru, a to v jednom směru.

Kolektorové motory jsou nejoblíbenějším typem používaným v domácích a stavebních spotřebičích díky velkému množství výhod:

• vysoká rychlost, na kterou mohou zrychlit (až deset tisíc otáček za minutu);
• jednou z hlavních výhod je rozumná cena, kterou si lze dovolit za malý domácí spotřebič;
• dobrá ovladatelnost obecně a rychlost zvláště;
• jednoduchost designu;
• dobrý výkon točivého momentu při nastavení nízkých otáček.

Výhody tohoto typu elektromotorů určují široký rozsah jejich použití: pračky, vysoušeče vlasů, mixéry a mixéry, vrtačky a příklepové vrtačky, šroubováky, to znamená zařízení, u kterých je důležitá rychlost otáčení, plynulé nastavení a upevňovací prvky.

Znatelnou nevýhodou při provozu kolektorových motorů je přítomnost kartáčů, které vyžadují řádnou údržbu. Během provozu se opotřebovávají, je nutné vyměnit kartáče a vyčistit sběrač. Druhou nevýhodou je značná hlučnost při provozu (jen si vzpomeňte, jak hlučný je mixér při šlehání).

Ventil

Jiné názvy pro ventilové elektromotory jsou ventil-induktor, bezkomutátorový a bezkomutátorový.

Spínaný reluktanční motor

Ventilové motory jsou rozměrově nejmenší ze všech elektromotorů. Jejich zdrojem energie je stejnosměrný elektrický proud, který je přiváděn do vinutí statoru a rotor je vyroben z permanentních magnetů. Oba tyto prvky se vyznačují vroubkovanou strukturou. Mechanismus činnosti je takový, že motor ventilu je řízen elektronickým zařízením, které v daném okamžiku napájí potřebnou dvojici vinutí na statoru.

U tohoto typu motoru je energie přiváděna do jednoho páru vinutí, proto je generováno magnetické pole, magnetický pól se k němu přibližuje, poté je napájení přiváděno do dalšího páru vinutí, magnetický pól je k tomuto páru přitahován. Rotor se točí, ale otáčení je trhavé – mechanismus je poháněn magnetickou indukcí, kartáče se nezapojují. Takový mechanismus není vhodný pro určitou oblast činnosti, například dopravu, kde je vyžadován hladký pohyb, ale mezi výhody ventilových indukčních motorů lze zaznamenat následující:

• jednoduchá konstrukce;
• dobrá regulace rychlosti;
• není zde žádný sběratel;
• malá velikost.

Tyto výhody umožňují jejich použití v případech, kdy nelze použít asynchronní motory.

S nezávislým buzením

Elektromotor tohoto typu má významné rozdíly v principu činnosti a rozsahu použití – je to mechanismus, ve kterém je napětí přiváděno do kotvy a statoru z různých zdrojů energie, což zajišťuje hladký start a chod, protože excitované pole se nemění. Nevýhodou tohoto typu motoru je rychlé selhání kotvy, složitost konstrukce a nutnost převodníku. Mezi hlavní výhody lze vyzdvihnout následující:

• snadné ovládání rychlosti otáčení;
• absence magnetů, štětců a sběrače.

AC proud

Střídavý motor může být synchronní nebo asynchronní. Hlavní rozdíl je v rychlosti rotoru. Podívejme se blíže na jednotlivé typy, stejně jako na jednofázové, třífázové a nevýbušné motory.

Synchronní

Rotor synchronního motoru se otáčí stejnou rychlostí jako magnetické pole statoru, tedy synchronně, což vysvětluje jeho název. Jsou široce používány v průmyslové výrobě (pohony čerpadel, kompresorů, generátorů), bydlení a komunálních služeb, hutnictví, letectví a námořní dopravy.

Asynchronní

Možnost napájení z třífázové sítě umožňuje široké využití asynchronních motorů v různých typech průmyslové výroby.

Rotory v takových motorech jsou buď zkratované nebo fázované: první typ je kompletně odlit z kovu, zatímco druhý je klec z tyčí naplněných hliníkem. Rotor je umístěn uvnitř statoru – mezera by měla být asi dva milimetry, ale ne více. Dále se přivede napětí, vytvoří se magnetické pole, které působí na rotor a ten se začne otáčet. Tento mechanismus nezahrnuje komutátor nebo kartáče, proto se motor nazývá bezkomutátorový.

Asynchronní s fázovými rotory

Tento typ motoru má charakteristickou vlastnost: při zapnutí stator a rotor vytvářejí magnetická pole rotující na různých frekvencích (frekvence rotace pole rotoru bude vždy menší než frekvence rotace statoru). Magnetický tok generovaný vinutím statoru vytváří elektromotorickou sílu ve vodičích rotoru a tato interakce vytváří elektromagnetickou sílu, která způsobuje otáčení hřídele motoru.

Jednofázové modely

Jednofázové modely asynchronních elektromotorů mají ve statoru dvě vinutí: fázové a pomocné (spouštěcí), které je nutné pro počáteční zesílení výkonu, aby se začala naplno točit.

Třífázový

Asynchronní třífázové elektromotory se používají v mechanismech, které nevyžadují regulaci otáček. Dnes je to nejoblíbenější typ motoru: odborníci říkají, že 9 z 10 motorů na celém světě je tohoto typu. Třífázové asynchronní motory se tak rozšířily díky své jednoduché konstrukci, možnosti použít síťové napětí 380 V bez dalších zařízení, snadnému použití a rozumné ceně.

Nevýbušné

Nelze nezmínit speciální typ asynchronních motorů – třífázové elektromotory v nevýbušném provedení. Mají spolehlivou ochranu a jsou schopny odolat explozivním nárazům, které mohou doprovázet práci v chemické, ropné, zpracovatelské nebo plynárenské výrobě.

Rozsah použití asynchronních elektromotorů je různorodý. Pro své přednosti: absence sběrače a kartáčů, vzácná a jednoduchá údržba, dlouhá životnost, jednoduchý mechanismus a jeho rozumná cena, možnost přímého připojení k síti se asynchronní motory používají jak ve výrobě, tak v běžném životě.

Průmyslové procesy jsou hlavním účelem asynchronních motorů, oblastí, kde nejsou vyžadovány vysoké otáčky a rychlé změny, ale je zapotřebí spolehlivost, stabilita a životnost. Důležitou oblastí použití asynchronních motorů je pohon zařízení v průmyslové výrobě.

Nejvyšší otáčky, které takový motor dokáže poskytnout, jsou 3 tisíce otáček za minutu. Chcete-li jej snížit, musíte snížit napětí, ale udělejte to opatrně – pokud jej snížíte příliš, motor se může přehřát a selhat. Tento problém je však vyřešen použitím frekvenčních měničů: napětí je přiváděno buď přes ně, nebo zabudováním této jednotky do mechanismu (takto se získávají invertorové motory). V takových případech dochází ke změně otáček v maximálních možných mezích i ve srovnání se stejnosměrnými motory a je možné regulovat i okamžik plynulého rozběhu a vypnutí.

Univerzální

Domácí spotřebiče, na které jsme zvyklí, mají ve většině případů univerzální kolektorový motor (pokud je spotřebič napájen ze sítě). Vyvstává otázka: co umožňuje motoru pracovat ze stejnosměrného i střídavého napětí. Faktem je, že v mechanismu dochází k interakci mezi magnetickými poli pólů a vinutí rotoru.

To umožňuje komutátorovému motoru pracovat na střídavý proud. Budicí a kotvové vinutí jsou zapojeny do série, takže ke změně polarity napájení dochází přibližně ve stejnou dobu. Co se u tohoto typu motoru mění, je přeměna jádra kotvy, je vyrobeno laminováno, aby se stabilizovala interakce magnetických polí kotvy a pólů.

Jak vybrat elektromotor

Velmi stručně jsme prozkoumali typy a vlastnosti elektromotorů a můžeme dojít k závěru: nelze jednoznačně říci, který typ elektromotoru je lepší a který horší. V každém konkrétním případě vše závisí na požadavcích zákazníka, tedy na úkolech, které jsou pro mechanismus nastaveny:

• Pokud vybíráte motor pro čerpadlo, nejlepší možností by byl asynchronní motor bez řízení frekvence;
• pro elektrické vrtačky, pračky a mixéry se obvykle volí kolektorové motory – pokud si vezmete tišší a odolnější, budou stát mnohem víc;
• pro elektrickou dopravu (trolejbusy, tramvaje, příměstské vlaky, elektrické lokomotivy) se používají elektromotory se stejnosměrným proudem;
• V průmyslové výrobě se střídavé motory používají např. v chemické výrobě, hutnictví a hornictví jsou vyžadovány nevýbušné třífázové motory.