Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическое движение. Выбор типа зависит не только от постоянного или переменного тока: важны требуемые момент и скорость, способ регулирования, режим работы, пуск, питание, окружающая среда, обслуживание и энергоэффективность.
В промышленности особенно распространены трёхфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, но для точного позиционирования, высокой динамики, автономного питания и специальных механизмов применяют синхронные, коллекторные, вентильные, шаговые и линейные машины.
- Асинхронный
- простой и надёжный массовый привод переменного тока
- Синхронный
- ротор вращается с частотой поля; возбуждение бывает разным
- Регулируемый
- двигатель и преобразователь рассматривают как единую систему
Общий принцип электрического двигателя
Ток в проводниках и магнитное поле создают электромагнитный момент или линейную силу. Во вращающейся машине неподвижная часть называется статором, подвижная — ротором; в линейной машине аналогичное взаимодействие создаёт поступательное движение.
Электромагнитная часть
Обмотки, магнитопровод, постоянные магниты или короткозамкнутая клетка формируют поле и момент.
Механическая часть
Вал, подшипники, корпус, вентилятор и крепление передают момент и обеспечивают охлаждение.
Система управления
Контакторы, пускатель, преобразователь и датчики задают пуск, скорость, торможение и защиту.
Двигатели переменного тока
Ротор отстаёт от поля
Разность скоростей называется скольжением. Короткозамкнутый двигатель прост и надёжен; фазный ротор применяют там, где нужны особые пусковые свойства.
Ротор следует полю
Возбуждение создают постоянные магниты, обмотка постоянного тока или реактивная конструкция — не только магниты.
Синхронная частота поля определяется частотой питания и числом пар полюсов: nс = 60f / p. Для асинхронного двигателя скорость ротора n = nс(1 − s), где s — скольжение, меняющееся с нагрузкой.
Схема соединения обмоток зависит от шильдика и напряжения сети; подробнее — в статье о звезде и треугольнике.
Двигатели постоянного тока и бесщёточные машины
Коллекторный двигатель
Щётки и коллектор механически переключают ток в обмотках ротора. Достоинства — простой пуск и регулирование; недостатки — износ и искрение.
Бесщёточный двигатель
Электронный коммутатор переключает фазы статора, а положение ротора определяется датчиками или расчётным алгоритмом.
Синхронная машина с магнитами
Работает совместно с преобразователем; обеспечивает высокую удельную мощность и точное управление.
Универсальный коллекторный
Может работать от переменного и постоянного тока; используется в части высокоскоростного ручного и бытового оборудования.
Термины BLDC и PMSM пересекаются конструктивно. Различие часто относится к форме ЭДС и алгоритму управления; окончательный выбор делают по данным привода, а не только по названию двигателя.
Шаговые, серво- и линейные приводы
- Шаговый двигательПеремещается дискретными шагами; может работать без датчика положения, но способен терять шаги при перегрузке.
- СервоприводЭто система из двигателя, датчика обратной связи и регулятора, а не один универсальный тип двигателя.
- Линейный двигательСоздаёт поступательную силу без механического преобразования вращения в линейное движение.
- Реактивный двигательМомент возникает из-за стремления ротора занять положение минимального магнитного сопротивления.
- Мотор-редукторСочетает двигатель и редуктор; скорость и момент на выходе определяются всей сборкой.
Что меняет частотный преобразователь
Преобразователь изменяет частоту и напряжение питания двигателя, позволяя управлять скоростью и моментом. Но диапазон не является универсальным «1–500 Гц»: его ограничивают механическая прочность, подшипники, охлаждение, изоляция, допустимая скорость и момент механизма.
Ниже базовой частоты
Для сохранения магнитного потока регулируют отношение U/f; на малой скорости собственное охлаждение ухудшается.
Выше базовой частоты
Обычно начинается зона ослабления поля, где доступный момент снижается.
ШИМ-питание
Импульсное напряжение создаёт требования к изоляции, кабелю, фильтрам, подшипниковым токам и ЭМС.
Пусковой режим и его влияние на сеть рассмотрены отдельно в статье о пусковых токах.
Как выбирают двигатель для механизма
Определить нагрузку
Момент от скорости, инерция, число пусков, реверс, торможение и допустимое время разгона.
Выбрать питание и управление
Сеть, преобразователь, способ пуска, требуемая точность скорости и позиционирования.
Проверить режим работы
Продолжительный, кратковременный или повторно-кратковременный режим, температура и высота установки.
Согласовать исполнение
Монтаж, габариты, IP, охлаждение, изоляция, вибрация и при необходимости взрывозащита.
Рассчитать защиту
КЗ, перегрузка, потеря фазы, перегрев, блокировка ротора и аварийная остановка.
Для силовой коммутации применяют магнитные пускатели, а направление трёхфазного привода зависит от порядка чередования фаз.
Какой тип электродвигателя рассматривать
По требованиям механизма сформировать короткий список подходящих принципов двигателя и перечень данных для дальнейшего инженерного подбора.
Тип двигателя выбирают по моменту и скорости, инерции, точности, числу пусков и реверсов, питанию, управлению, охлаждению и среде. Без этих данных нельзя корректно выбрать мощность и исполнение.
Расчёт выполняется в вашем браузере. Введённые значения никуда не отправляются.
Результат — предварительный выбор принципа машины, не подбор двигателя. Мощность, момент, нагрев, изоляция, пуск, защита, механика и исполнение рассчитываются для конкретного механизма.
Что проверяют перед вводом двигателя
Обмотки и питание
Сопротивление изоляции и сопротивление обмоток по фазам, соединение Y/Δ, напряжение и чередование фаз.
Монтаж и вращение
Центровка, подшипники, свободный ход, направление, вибрация и охлаждение.
Пуск и аварийные режимы
Токи фаз, время разгона, уставки, датчики температуры и работа блокировок.
Разберём вашу задачу
Инженер уточнит исходные данные и предложит подходящее техническое решение.
