12 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электродвигатели для промышленности и для быта

Содержание

Бытовые электродвигатели и их использование

Благодаря глобальной электрификации наша жизнь стала более комфортной и уютной. Быт современного человека невозможно представить без электроприборов. Немало бытовой техники, которая сплошь работает на электричестве, используется сегодня в каждом доме. Даже сельский быт изобилует различными устройствами, делающими хозяйство более прогрессивным и менее обременительным для своего владельца.

В данной статье мы затронем тему бытовых электродвигателей, которые верно служат в наших пылесосах, в стиральных машинах, в кофемолках, в кухонных комбайнах, в микроволновках, и во многих других бытовых приборах, используя которые мы даже не задумываемся о том, как они устроены, и насколько важна в них роль электродвигателя.

Бытовые электродвигатели — это не промышленные агрегаты на много киловатт, это часто результат работы инженерной мысли по оптимизации обычных, казалось бы, принципов, с целью свести недостатки к минимуму, и при этом повысить эффективность, применительно к конкретному прибору. Нужно чтобы двигатель был компактным, по возможности не шумным, и не потреблял бы слишком много электроэнергии, при этом точно выполнял бы возложенные на бытовой прибор функции.

Начнем с кухни. На каждой кухне есть микроволновка. На некоторых кухнях есть кухонный комбайн, и кофемолка, и даже посудомоечная машина. Рассмотрим двигатели этих приборов.

Рециркуляционный насос посудомоечной машины, призванный закачать воду в моющие души машины, имеет в качестве привода небольшой однофазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Частота вращения ротора составляет примерно 2800 оборотов в минуту, а мощность его может быть разной — от 60 до 180 ватт обычно, в зависимости от вместительности посудомоечной машины.

Обмотка двигателя оснащена параллельно рабочим конденсатором, типичная емкость которого составляет 3 мкф. Данный двигатель прекрасно справляется со своей задачей — вращает крыльчатку насоса, нагнетает воду.

В микроволновой печи мотора два. Первый из них вращает поворотный столик. Здесь нужна больная мощность и низкие обороты, поэтому данный двигатель синхронный, и хоть и является однофазным, но имеет шестереночный редуктор. В качестве ротора здесь круглый постоянный магнит, который вращается со скоростью до 3000 оборотов в минуту, однако редуктор понижает обороты до 2,5 — 6 оборотов в минуту, которые и передаются столику.

Мощность этого небольшого шайбообразного мотора составляет от 2,5 до 5 ватт, а напряжение питания может быть 21, 30 или 220 вольт, в зависимости от модели микроволновки. Со своей задачей — вращать столик с тяжелой посудой — данный мотор-редуктор справляется на ура.

Еще в микроволновке есть вентилятор системы охлаждения магнетрона. Данный вентилятор приводится во вращение однофазным асинхронным двигателем, мощностью от 10 до 50 ватт, скорость вращения ротора которого составляет 1200 — 1300 оборотов в минуту. Статор двигателя набран из пластин электротехнической стали, ротор — просто стальной цилиндр с впрессованным валом.

Рабочая обмотка изготовлена из тонкого эмальпровода, и расположена на пластиковом каркасе, надетом на статор. Имеется здесь и пусковая обмотка, роль которой выполняют короткозамкнутые одиночные витки большого сечения, расположенные по краям статора, и формирующие при включении пусковой момент.

Мотор не отличается высоким КПД, однако со своей функцией — вращать вентилятор, гнать воздух через радиатор магнетрона, справляется.

В кофемолках применяют однофазные коллекторные моторы. Такие моторы имеют обмотки как на статоре, так и на роторе. Через коллекторно-щеточный узел питание подается на обмотки ротора, и скорость вращения лезвий кофемолки получается огромной.

Моторы типичных домашних кофемолок питаются переменным током, и обладают мощностью до 180 ватт. Они развивают обороты значительно превышающие 3000 в минуту, и могут достигать 20000 и более оборотов в минуту, это особенность коллекторных моторов.

Кухонный комбайн также оснащен однофазным коллекторным двигателем, однако более мощным, чем в кофемолках. Мощность двигателя кухонного комбайна может достигать киловатта, а обороты здесь регулируются посредством тиристорных схем управления, по принципу наподобие светорегуляторов — диммеров.

Читать еще:  Улучшаем понимание речи с помощью аудирования

Преимущество коллекторного двигателя, применительно к кухонному комбайну, — высокий крутящий момент и высокие максимальные обороты, поскольку двигатель не является ни синхронным, ни обычным асинхронным, его скорость мало зависит от частоты, больше — от среднего тока.

Теперь переместимся в ванную комнату. Здесь, конечно, автоматическая стиральная машина. С самого начала в них применялись коллекторные двигатели с тиристорным регулированием оборотов. Такой двигатель оснащен таходатчиком, который позволяет электронике точно устанавливать скорость вращения барабана стиральной машины при любой степени загрузки.

Маленький шкив на валу двигателя значительно меньше по диаметру, чем ротор, и при оборотах, достигающих 10000 в минуту, на барабан через ремень передается 1000 оборотов в минуту, а мощность может лежать в диапазоне от 200 до 800 ватт.

В более современных стиральных машинах применяются моторы прямого привода, бесщеточные асинхронные моторы. В качестве ротора — внешний ротор с 12 постоянными магнитами, а в качестве статора — внутренний 36 катушечный статор. Катушки объединены в три группы по 12 штук, и позволяют реализовать трехфазное частотное управление скоростью вращения барабана (частота до 300 герц) посредством электронного BLDC – контроллера, и мощностью (моментом вращения) посредством ШИМ — регулирования.

Данные моторы относятся к асинхронным, и управляются при помощи BLDC – инвертора, где постоянное напряжение в районе 325 вольт подается импульсами последовательно на три группы катушек статора. Скорость достигает 1500 оборотов в минуту, а мощность в районе 1300 ватт.

Далее, конечно, вспомним пылесос. Двигатели для пылесосов изначально всегда были коллекторными. Здесь и обороты до 10000 в минуту, и мощность до 2 киловатт. Громкими такие моторы оказываются из-за особенности конструкции турбины, которая приводится во вращение.

Наиболее передовые пылесосы с импульсными магнитными моторами, где на роторе расположены постоянные неодимовые магниты, достигают 100000 оборотов в минуту за счет опять же BLDC – импульсной технологии управления. Такие моторы являются настоящим чудом инженерной мысли. Мотор интегрирован в систему всасывания и фильтрации, мощность при работе достигает 1300 ватт, то есть такой мотор в пылесосе работает более эффективно, чем коллекторный.

Комнатные трехскоростные вентиляторы работают на однофазных асинхронных моторах переменного тока, мощностью 60 ватт. Эти моторы имеют на статоре четыре обмотки, соединенные последовательно между собой и с конденсатором емкостью 1,2 мкф, хотя двигатель и является однофазным. Обмотки, соединенные между собой последовательно в замкнутую цепь статора, при переключении комбинируются в две параллельные цепи в трех различных комбинациях, так получаются доступны три различные скорости вращения вентилятора.

Итак, мы рассмотрели десять бытовых электродвигателей из наиболее часто встречающихся в быту приборов. Конечно, это не все двигатели, есть еще разнообразные фены для волос, машинки для удаления катышков, бритвы, ткацкие станки, дрели, шуруповерты, увлажнители воздуха (из первых), помпы для аквариумов, швейные машинки, принтеры и много чего еще. Если перечислять все двигатели, не хватит и десяти страниц.

Надеемся, что этот небольшой обзор был для вас полезным, и вы теперь знаете, какие электродвигатели работают в ваших бытовых приборах, которыми вы каждый день пользуетесь, и может быть даже не подозревали, что там все устроено именно так.

Электродвигатели

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
  • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

  • Универсальный
  • Репульсионный
  • КДПТ с обмоткой возбуждения
      Включение обмотки
    • Независимое
    • Последовательное возбуждения
    • Параллельное
    • Комбинированное
  • КДПТ с постоянными магнитами
  • БДПТ
    (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
  • ВРД
    (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
  • Трехфазный
    (многофазный)
    • АДКР
    • АДФР
  • Двухфазный
    (конденсаторный)
  • Однофазный
    • с пусковой обмоткой
    • с экранированными полюсами
    • с асимметричным магнитопроводом
  • СДОВ
  • СДПМ
    • СДПМВ
    • СДПМП
    • Гибридный
  • СРД
  • Гистерезисный
  • Индукторный
  • Гибридный СРД-ПМ
  • Реактивно-гистерезисный
  • Шаговый 5
  1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
  2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
  3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
  4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
  5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
  • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
  • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
  • ЭП — электрический преобразователь
  • ДПР — датчик положения ротора
  • ВРД — вентильный реактивный двигатель
  • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
  • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
Читать еще:  Капсульные кофеварки: обзор и применение

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

Cинхронный электродвигатель

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

  • где M – вращающий момент, Нм,
  • F – сила, Н,
  • r – радиус-вектор, м

,

  • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
  • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

  • где P – мощность, Вт,
  • A – работа, Дж,
  • t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

Для вращательного движения

,

  • где – угол, рад,

,

  • где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

  • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
  • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
  • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
    При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

  • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

  • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
  • m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

  • где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Читать еще:  Когда необходима перерегистрация фирмы и что для этого нужно

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

  • где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Применение электродвигателей в современном мире

Использование электродвигателей:

  1. Общепромышленные;
  2. Взрывозащищенные;
  3. Крановые;
  4. Высоковольтные;
  5. Электродвигатели с постоянным током;
  6. Электродвигатели с переменным током.

Где и как применяют

Двигатели, работающие от трехфазного тока, имеют техническое направление в использовании. Номинальное напряжение для них.

Двигатели бытового применения имеют однофазное питание, напряжение в 200B. В редких случаях используют двигатель с параметром в 380/220B, работающий от трех фаз.

Электродвигатель в быту техническим языком называют асинхронным короткозамкнутым.

Промышленное применение

Почти в любом секторе промышленности используют электрический двигатель. Чаще всего, те кто решил купить электродвигатель, используют его в качестве электропривода к различным машинам промпроизводства.

В строительстве не обойтись без механизма с напряжением в 220B и 380B. Даже современные бытовые строительные устройства имеют встроенный двигатель.

Как электропривод в станке, а также в качестве вытяжного вентилятора в цехе.

В метро без электродвигателей не обойтись. Каждый пассажир доставляется в желаемое место посредством именно этого устройства.

Обновленные современные модели имеют меньший вес и размер, набирая до десяти тысяч оборотов в минуту за пару секунд. Их мощность выросла до 200 Киловатт.

Крановый электродвигатель является самым востребованным устройством в промышленности.

Горнодобывающая, металлургическая, энергетическая и строительная промышленность используют виды крановых двигателей с односторонним или двухсторонним исполнением.

Применение в быту

Без данных видов электроники уже нет комфорта. Каждый из них работает за счет электричества и электромотора.

Асинхронный электродвигатель для приборов имеют несложную конструкцию, достаточно надежен в процессе эксплуатации. Ручной инструмент, бытовые приборы, центрифуги и лифты – все это работает за счет такого аппарата.

Данный двигатель характеризован ограниченным диапазоном в частоте вращения, а также заниженным коэффициентом по мощности на низких оборотах. В итоге, область применения асинхронного двигателя расширяется с каждым днем.

Использование и эксплуатация для данного двигателя возможно почти во всех климатических зонах.

Электродвигатели для промышленности и для быта

Современную жизнь невозможно представить без электродвигателей. Они прочно укрепились на всех позициях человеческой деятельности в самых разнообразных ее проявлениях.

Даже те отрасли, где традиционно использовались бензиновые и дизельные двигатели, имеется ввиду автомобилестроение, переходят на электропривод, как надежный и экономичный вариант двигателя. Электродвигатель – это асинхронная электрическая машина, которая работает в двигательном режиме.

Главным преимуществом электрических двигателей является простота их устройства и эксплуатации, высокая надежность и возможность их применения в различных устройствах и климатических зонах.

Широкое применение электродвигатели получили в качестве электроприводов не нуждающихся в регулировании частоты вращения вала в насосах, вентиляторах, редукторах. Кроме этого асинхронные двигатели получили применение в приводах металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков, ручном электроинструменте и в различных бытовых приборах.

Наиболее популярны электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Это вызвано простотой их устройства, эксплуатации, обслуживания и ремонта. Двигатели с фазным ротором используются намного реже.

Особенности выбора электродвигателей

При выборе электродвигателей для конкретных целей необходимо учитывать:

— электромеханические параметры электродвигателей (номинальные напряжение и мощность, напряжение, продолжительность работы, частоту вращения и др.) и в первую очередь они должны соответствовать параметрам тех механизмов, в которых они будут использованы;

— если выбирается электродвигатель для механизмов, где не нужна регулировка частоты вращения, то обычно применяются синхронные или асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Для приводов механизмов, у которых тяжелые условия работы или пуска либо требуется изменение частоты вращения, необходимо выбирать двигатели с максимально возможно простыми методами пуска и регулирования частоты вращения для данной обстановки;

— для двигателей, работающих в сырых и влажных условиях, должна быть использована влагостойкая изоляция, рассчитанная на воздействие пыли и влаги, а исполнение двигателя должно быть не менее IP43;

— если планируется применение электродвигателя в местах с химически активными парами или газами, то такие двигатели должны иметь исполнение не менее IP44 или быть с подводом и продувом чистым воздухом;

— при выборе электродвигателя необходимо учитывать возможность его ремонта.

После того как выбран электродвигатель его необходимо приобрести в специализированных фирмах или интернет-магазинах. Можно купить электродвигатель в спб, данный поставщик представляет надежные гарантии качества и оперативное выполнение заказа.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector