Как работает электродвигатель переменного тока

Как работает электродвигатель переменного тока? Конечно, самый полный, сформулированный ответ можно найти в школьных учебниках, но давайте взглянем на процесс работы электродвигателя, с точки зрения практического приложения этих знаний. Поверьте, это очень поможет при ремонте, эксплуатации, выборе электроинструмента и бытовых электроприборов.

Попробую объяснить принцип работы электродвигателей переменного тока, отличия применяемых в быту электродвигателей их особенности и способы практического использования этих самых особенностей по возможности простым, понятным языком.

Электродвигатель принцип работы

Вращение достигается за счет синхронизации магнитных полей катушек ротора и статора т. е. разнозаряженные полюса притягиваются, полюса с одинаковым потенциалом отталкиваются. Магнитное поле, в свою очередь, зависит от: расположения проводников обмоток, величины тока и конфигурации магнитной цепи.

Asinhronnyj-dvigatel'

Из объяснения понятно почему он всё-таки крутится, но самого по себе факта работы электродвигателя для его практического применения явно недостаточно.

Нужно, чтобы параметры вращения: скорость, направление, вращающий момент, который не надо путать с мощностью, были адаптированы под определенные нужды.

Таких нужд много и они разные поэтому и электродвигателей разного типа тоже много, но знать устройство их всех совсем необязательно. В жизни всё проще,

Типы электродвигателей используемых в быту

Их два: однофазный асинхронный и коллекторный переменного тока, как правило, с последовательным или смешанным подключением катушек возбуждения статора (КД) или УКД о них была речь в прошлой статье.

Kollektornyj-dvigatel'-v-korpuse-ehlektroinstrumenta

Противопоставлять эти конструкции бессмысленно, они создавались для разных целей. Давайте рассмотрим различия, имеющие практическое значение, а выводы сделаете сами.

Отличия асинхронного электродвигателя от коллекторного

Наверное, главное, в том, что в асинхронных двигателях перемещение магнитного поля, а следовательно, вращение ротора привязано к частоте питающего тока. В коллекторных электродвигателях такой привязанности нет, зато есть зависимость от питающего напряжения.

Скорость вращения

В асинхронниках ротор постоянно, как бы догонят убегающее магнитное поле статоров, поэтому скорость такой системы ограничена частотой переменного питающего тока.

Rotor-asinhronnogo-ehlektrodvigatelya
Решетка ротора асинхронного электродвигателя по своей работе и по внешнему виду напоминает беличье колесо. Её так и называют и всем всё понятно.

Если использовать ток, который в розетке (50 Гц) при двухполюсной статорной системе двигателя максимально возможные обороты 3000 об/мин, а с учётом скольжения, ещё меньше, примерно 2910 об/мин.

Ротор КД вращается, а вернее, может вращаться намного быстрее т. к. ток катушек возбуждения на холостом ходу равен току катушек якоря. Теоретически ротор такого двигателя сразу же после включения должен уходить вразнос, но достаточно даже небольшой нагрузки (десятки процента от номинала) чтобы ток катушек якоря увеличился, а обороты упали.

Зависимость оборотов от нагрузки

У асинхронных двигателей с этим всё в порядке, частота вращения мало зависит от нагрузки, конечно, пока не превышена перегрузочная способность λ (указывается в паспорте двигателя).

Mekhanicheskaya-harakteristika-asinhronnogo-dvigatelya

В действительности, обороты незначительно, но снижаются, потому что увеличивается угол скольжения, отставание скорости вращения ротора от убегающего магнитного поля статоров.

Снижение оборотов при увеличении нагрузки, один из недостатков коллекторных электродвигателей. В принципе, достичь необходимой мощности, слагаемой частоты вращения и крутящегося момента, можно увеличив один из этих показателей. Чаще всего в КД увеличивают именно скорость, так проще, но иногда в силу технологических причин скорость должна быть ограничена и тогда на помощь приходит контроллер оборотов, по сути, датчик оборотов с обратной связью по току. Какой именно тема отдельной статьи. Кто-то занимается самоделками, например, на базе микросхем U211B: TDA1085, но можно поступить иначе, купить готовый контроллер с возможностью регулировки, например, такой, как на картинке ниже, стоимостью 1.25$.

Regulyator-oborotov

Зависимость характеристик вращения от питающего напряжения

У асинхронника при пониженном напряжении частота смены полюсов остается неизменной, обороты незначительно снижаются. Конечно, в ряде случаев, этим можно и пренебречь, но ухудшаются пусковые и перегрузочные свойства, а это уже может существенно повлиять на ресурс двигателя.

Регулирование скорости оборотов

Выше уже говорилось, что вращение магнитного поля асинхронников зависит от частоты тока, поэтому чтобы изменить, а тем более плавно регулировать скорость, нужно менять частоту питающего тока. Делается это с помощью преобразователей частоты.

Совместно с частотой должно меняться и напряжение. Опять же здесь многое зависит от нагрузки и характера выполняемой работы, но если нагрузка на вал остается неизменной то напряжение должно быть пропорционально частоте питающего тока.

Кстати, от частотника можно запитывать электродвигатели любого применяемого в быту типа. Преобразователь частоты, вещь, конечно, хорошая и нужная, только смущает цена. Так, прибор мощностью 3 кВт, стоит в пределах 16000–55000 рублей.

Preobrazovatel'-chastoty

С коллекторными двигателями всё проще, уменьшаем напряжение, уменьшаем обороты. Если мощность движка небольшая, то делается это с помощью переменного резистора, компактно вмонтированного в корпус кнопки пуска.

Реверс

Для изменения направления вращения ротора асинхронных электродвигателей нужно перекоммутировать проводники пусковой обмотки.

С коллекторными двигателями сложнее. Теоретически, чтобы сделать реверс КД переменного тока с последовательным соединением нужно поменять местами провода питания, только или на статоре или только на роторе (коллекторе). В действительности, только на роторе. Объяснение самое простое, роторные обмотки образуют гораздо больше полюсов чем катушки статора, что наверняка обеспечивает синхронизацию магнитных полей ротора и статора.

На самом деле, в зависимости от конструкции щёточно-коллекторного узла на некоторых моделях коллекторных электродвигателях возможность реверса, по крайней мере, в оперативно коммутируемом исполнении сделать не получится, но если изменить направление вращения обязательно нужно, то можно попробовать перевернуть статорные катушки (крепятся 2-мя болтами), на 180°.

Ресурс работоспособности

Асинхронники рассчитанные на режим работы S1 практически “неубиваемые”. Такие двигатели способны десятилетиями оставаться в работоспособном состоянии без всякого технического обслуживания.

Другое дело коллекторные электродвигатели в частности, электроинструмент, где они в основном и применяются.

Кто занимается строительством и ремонтом знает, что электроинструмент по разным причинам периодически ломается. Причём замечено ломается необязательно электродвигатель. Объяснение этому может быть только одно, производители сознательно снижают ресурс приводов электроинструмента, уравнивая его с ресурсом коллекторного электродвигателя, стимулируя нас, потребителей покупать новый инструмент. Впрочем, производители этого и не скрывают, говоря, что ресурс всех деталей изделия (электроинструмента) соизмерим.

Размеры и масса

Коллекторные двигатели здесь вне конкуренции.

Трудно представить, каким из типов существующих электромоторов можно было бы заменить в массовом порядке КД, несмотря на все его недостатки.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
MasterKvartira