Из чего состоят и как работают электродвигатели: устройство, принцип работы и классификация

Электрический двигатель - устройство, главная задача которого заключается в преобразовании электрической энергии в механическую. Его разработка началась ещё в XIX веке, а сегодня он применяется во множестве сфер - от транспорта до тяжёлой промышленности.

Устройство электродвигателя

Любой электродвигатель, независимо от сложности конструкции и области применения, состоит из нескольких основных элементов:

1. Статор - неподвижная часть. В машинах постоянного тока он выполнен из постоянных магнитов, в машинах переменного тока — из сердечника с обмоткой.
2. Ротор - подвижная часть, вращающаяся внутри статора. В коллекторных двигателях постоянного тока представляет собой якорь с обмоткой; в бесколлекторных асинхронных машинах — короткозамкнутую или фазную обмотку без щёток.
3. Щётки - скользящие контакты для передачи тока на ротор в коллекторных машинах. Присутствуют не во всех моделях.

Все детали помещаются в закрытый корпус. В некоторых конструкциях на валу ротора закреплена крыльчатка вентилятора, обеспечивающая дополнительное охлаждение.

Принцип работы электродвигателей

В основе работы лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: проводник с током, помещённый в магнитное поле, испытывает действие силы. При взаимодействии тока в проводнике и магнитного поля возникает непрерывное вращение.

Наглядный пример - металлическая рамка, помещённая вертикально в однородное магнитное поле. Когда по ней проходит ток, вокруг рамки возникает собственное электромагнитное поле, которое взаимодействует с полюсами магнита, и рамка стремится повернуться. Когда её плоскость становится перпендикулярной направлению поля (параллельно силовым линиям), вращающий момент падает до нуля, и движение прекращается.

Чтобы рамка вращалась непрерывно, добавляют вторую рамку под углом либо меняют направление тока в нужный момент - именно эту задачу в коллекторных машинах решает коллектор.

В современных двигателях, например А 250S8 (ЭЛДИН), постоянные магниты заменены катушками индуктивности (электромагнитами). Внешне они представляют собой мотки проволоки, покрытые изоляционным лаком, и называются обмоткой возбуждения. Такие конструкции применяются в мощном промышленном оборудовании, тогда как постоянные магниты ставят в маломощные устройства — например, в игрушки с батарейным питанием.

Классификация электрических двигателей

Электродвигатели классифицируют по трём признакам:

• по роду тока, создающего электромагнитное поле;
• по характеру взаимодействия ротора и статора;
• по способу передачи напряжения на ротор.

По роду тока двигатели делятся на машины постоянного и переменного тока.

Двигатели постоянного тока используются для приводов с высокой равномерностью вращения и перегрузочной способностью. Они устанавливаются в оборудование для отделочных работ, подъёмные механизмы, буровое оборудование и практически во все виды электротранспорта.

Двигатели переменного тока распространены заметно шире. Они применяются и в быту, и в промышленности. Их главные преимущества — более низкая цена, простота конструкции и эксплуатации, надёжность. Такие двигатели устанавливают на стиральные машины и другую бытовую технику, станки, компрессоры, насосы и промышленные вентиляторы.

По характеру взаимодействия полей различают синхронные и асинхронные двигатели.

Синхронные работают с переменным током: ротор вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Их устанавливают в больших вентиляторах, насосах и компрессорах, где важна жёстко фиксированная частота вращения.

Асинхронные двигатели, такие как электродвигатель АИР, тоже относятся к машинам переменного тока, но ротор в них вращается с частотой, отличной от частоты вращения поля статора (разница называется скольжением). По устройству ротора они делятся на два подвида:

• с короткозамкнутым ротором;
• с фазным ротором.

Различие между ними состоит в конструкции обмотки ротора: короткозамкнутая представляет собой «беличью клетку» из стержней, замкнутых кольцами, а фазная — трёхфазную обмотку, соединённую в «звезду» и выведенную на контактные кольца.

Преимущества промышленных электродвигателей

Эти электротехнические устройства давно стали незаменимой частью современного производства. Востребованность объясняется рядом преимуществ:

• простая конструкция;
• возможность ремонта и замены вышедших из строя деталей;
• широкий ассортимент;
• возможность регулирования скорости вращения;
• возможность автоматического управления;
• готовность к запуску в любой момент;
• монтаж и обслуживание без привлечения узкопрофильных специалистов;
• долгий срок службы;
• высокий КПД.

Ещё один несомненный плюс качественного общепромышленного двигателя АИР — экологичность и безопасность для человека.

Представить жизнь без электродвигателей уже невозможно: они есть практически везде — от детских игрушек до сложных промышленных установок. Их использование существенно облегчает технологические процессы и снижает затраты трудовых ресурсов.

Также рекомендуем нашу статью, которая поможет решить, какой общепромышленный электродвигатель купить.