1. Пристрій і принцип роботи
2. Асинхронний двигун
3. синхронний двигун
4. Коротка історія створення
5. Особливості електродвигуна змінного струму, його переваги і недоліки
6. Сфера використання
7. Схема підключення електродвигуна до мережі

Електричні двигуни давно і міцно зайняли лідируючі позиції серед силових агрегатів різного типу обладнання. Їх можна знайти в автомобілі і в пилососі, в найскладніших верстатах і в звичайних дитячих іграшках. Вони є практично скрізь, хоча і відрізняються між собою типом, будовою і робочими характеристиками.

Електродвигуни - це силові агрегати, здатні перетворювати електричну енергію в механічну. Розрізняють два їх основні види: двигуни змінного і постійного струму. Різниця між ними, як зрозуміло з назви, полягає в типі живильного струму. У даній статті мова піде про перший вигляді - електродвигуні змінного струму

Пристрій і принцип роботи

Основна рушійна сила будь-якого електричного двигуна - електромагнітна індукція. Електромагнітна індукція, якщо описати її в двох словах - це поява сили струму в провіднику, вміщеному в змінне магнітне поле. Джерелом змінного магнітного поля є нерухомий корпус двигуна з розміщеними на ньому обмотками - статор, підключений до джерела змінного струму. У ньому розташований рухливий елемент - ротор, в якому і виникає струм. Згідно із законом Ампера на заряджений провідник, поміщений в магнітне поле, починає діяти електрорушійна сила - ЕРС, яка обертає вал ротора. Таким чином, електрична енергія, яка подається на статор, перетворюється в механічну енергію ротора. До обертається валу можна підключати різні механізми, що виконують корисну роботу.

Електродвигуни змінного струму діляться на синхронні і асинхронні. Різниця між ними в тому, що в перших ротор і магнітне поле статора обертаються з однією швидкістю, а по-друге ротор обертається повільніше, ніж магнітне поле. Відрізняються вони і по влаштуванню, і за принципом роботи.

Асинхронний двигун

Пристрій асинхронного двигуна

На статорі асинхронного двигуна закріплені обмотки, що створюють змінне обертове магнітне поле, кінці якої виводяться на клемник. Оскільки при роботі двигун нагрівається, на його валу встановлюється вентилятор системи охолодження.

Ротор асинхронного двигуна виконаний з валом як одне ціле. Він являє собою металеві стрижні, замкнуті між собою з двох сторін, з-за чого такий ротор ще іменується короткозамкненим. Своїм виглядом він нагадує клітку, тому його часто називають «болючих колесом» Більш повільне обертання ротора в порівнянні з обертанням магнітного поля - результат втрати потужності при терті підшипників. До речі, якби не було цієї різниці в швидкості, ЕРС б не виникала, а без неї не було б і струму в роторі і самого обертання.

Магнітне поле обертається за рахунок постійної зміни полюсів. При цьому відповідно змінюється напрямок струму в обмотках. Швидкість обертання валу асинхронного двигуна залежить від числа полюсів магнітного поля.

синхронний двигун

Пристрій синхронного двигуна

Пристрій синхронного електродвигуна трохи відрізняється. Як зрозуміло з назви, в цьому двигуні ротор обертається з однією швидкістю з магнітним полем. Він складається з корпусу з закріпленими на ньому обмотками і ротора або якоря, забезпеченого такими ж обмотками. Кінці обмоток виводяться і закріплюються на колекторі. На колектор або струмознімальних кільце подається напруга за допомогою графітових щіток. При цьому кінці обмоток розміщені таким чином, що одночасно напруга може подаватися тільки на одну пару.

На відміну від асинхронних на ротор синхронних двигунів напруга подається щітками, заряджаючи його обмотки, а не індуцируется змінним магнітним полем. Напрямок струму в обмотках ротора змінюється паралельно зі зміною напрямку магнітного поля, тому вихідний вал завжди обертається в одну сторону. Синхронні електродвигуни дозволяють регулювати швидкість обертання валу шляхом зміни значення напруги. На практиці для цього зазвичай використовуються реостати.

Коротка історія створення

Вперше можливість перетворити електрику в механічну енергію відкрив британський вчений М. Фарадей ще в 1821 році. Його досвід з проводом, поміщеним в ванну з ртуттю, оснащеної магнітом, показав, що при підключенні дроту до джерела електроенергії він починає обертатися. Цей нехитрий досвід напевно багато хто пам'ятає по школі, правда, ртуть там замінюється безпечним розсолом. Наступним кроком у вивченні цього феномена було створення униполярного двигуна - колеса Барлоу. Ніякого корисного застосування він так і не знайшов, зате наочно демонстрував поведінку зарядженого провідника в магнітному полі.

На зорі історії електродвигунів вчені намагалися створити модель з сердечником, що рухається в магнітному полі не по колу, а поступально. Такий варіант був запропонований, як альтернатива поршневі двигуни. Електродвигун в звичному для нас вигляді вперше було створено в 1834 році російським вченим Б.С. Якобі. Саме він запропонував ідею використання обертового в магнітному полі якоря, і навіть створив перший робочий зразок.

Перший асинхронний двигун, в основі роботи якого закладено обертове магнітне поле, з'явився в 1870 році. Авторами ефекту обертового магнітного поля незалежно один від одного стали два вчених: Г.Ферраріс і Н. Тесла. Останньому належить також ідея створення бесколлекторного електродвигуна. За його кресленнями були побудовані кілька електростанцій з застосуванням двофазних двигунів змінного струму. Наступною більш вдалою розробкою виявився трифазний двигун, запропонований М.О. Доливо-Добровольським. Його перша діюча модель була запущена в 1888 році, після чого було зроблено ряд більш досконалих двигунів. Цей російський вчений не тільки описав принцип дії трифазного електродвигуна, а й вивчав різні типи з'єднань фаз (трикутник і зірка), можливість використання різних напруг струму. Саме він винайшов пускові реостати, трифазні трансформатори, розробив схеми підключення двигунів і генераторів.

Особливості електродвигуна змінного струму, його переваги і недоліки

На сьогодні електродвигуни є одними з найпоширеніших видів силових установок, і тому є чимало причин. У них високий ККД близько 90%, а іноді і вище, досить низька собівартість і проста конструкція, вони не виділяють шкідливих речовин в процесі експлуатації, дають можливість плавно змінювати швидкість під час роботи без використання додаткових механізмів типу коробки передач, надійні і довговічні.

Серед недоліків всіх типів електромоторів - відсутність високоемкостних акумулятора електроенергії для автономної роботи.

Основна відмінність електродвигуна змінного струму від його найближчого родича - електродвигуна постійного струму - полягає в тому, що перший харчується змінним струмом. Якщо порівнювати їх функціональні можливості, перший менш потужний, у нього складно регулювати швидкість в широкому діапазоні, він має менший ККД.

Якщо ж порівнювати асинхронний і синхронний електродвигун змінного струму, то перший має більш просту конструкцію і позбавлений «слабкої ланки» - графітових щіток. Саме вони зазвичай першими виходять з ладу при поломці синхронних двигунів. Разом з тим, у нього складно отримати і регулювати постійну швидкість, яка залежить від навантаження. Синхронні двигуни дозволяють регулювати швидкість обертання за допомогою реостатів.

Сфера використання

Електродвигуни змінного струму широко використовуються практично у всіх сферах. Ними оснащуються електростанції, їх використовують в автомобіле- та машинобудуванні, є вони і в домашньої побутової техніки. Простота їх конструкції, надійність, довговічність і високий показник ККД робить їх практично універсальними.

Асинхронні двигуни знайшли застосування в приводних системах різних верстатів, машин, центрифуг, вентиляторів, компресорів, а також побутових приладів. Трифазні асинхронні двигуни є найбільш поширеними і затребуваними. Синхронні двигуни використовуються не тільки в якості силових агрегатів, а й генераторів, а також для приводу великих установок, де важливо контролювати швидкість.

Схема підключення електродвигуна до мережі

Електродвигуни змінного струму бувають трьох і однофазні.
Асинхронні однофазні двигуни мають на корпусі 2 виведення і підключити їх до мережі не складає труднощів. Оскільки вся побутова електрична мережа в основному однофазная 220В і має 2 проводи - фаза і нуль. З синхронними все набагато цікавіше, їх теж можна підключити за допомогою 2 проводів, досить обмотки ротора і статора з'єднати. Але з'єднувати їх потрібно так, щоб обмотки однополюсного намагнічування ротора і статора розташовувалися навпроти один одного.
Складнощі представляють двигуни для 3ех фазної мережі. Ну по-перше у таких двигунів в основному в клемній коробці 6 висновків і це означає що обмотки двигуна потрібно підключати самому, а по-друге їх обмотки можна підключати різними способами - за типом «зірка» та «трикутник». Нижче наведено малюнок з'єднання клем в клемній коробці, в залежності від типу з'єднання обмоток.

Підключення одного і того ж електродвигуна різним способом в одну й ту ж саму електричну мережу призведе до споживання різної потужності. При цьому не правильне підключення електродвигуна, може призвести до розплавлення обмоток статора.

Зазвичай асинхронні двигуни призначені для включення в трифазну мережу на два різних напруги, що відрізняються в раз. Наприклад, двигун розрахований для включення в мережу на напруги 380/660 В. Якщо в мережі лінійна напруга 660 В, то обмотку статора слід з'єднати зіркою, а якщо 380 В, то трикутником. В обох випадках напруга на обмотці кожної фази буде 380 В. Висновки обмоток фаз у своєму розпорядженні на панелі таким чином, щоб з'єднання обмоток фаз було зручно виконувати за допомогою перемичок, без перехрещення останніх. У деяких двигунах невеликої потужності в коробці висновків є лише три затиску. В цьому випадку двигун може бути включений в мережу на одне напруга (з'єднання обмотки статора такого двигуна зіркою або трикутником виконано всередині двигуна).

Принципова схема включення в трифазну мережу асинхронного двигуна з фазним ротором показана на малюнку. Обмотка ротора цього двигуна з'єднана з пусковим реостатом ЯР, що створює в ланцюзі ротора додатковий опір Rдобав.