Электродвигатели

Электродвигатель преобразует электроэнергию в энергию механического движения. Так же, как и электрический генератор, электродвигатель состоит обычно из статора и ротора, относясь к вращающимся электрическим машинам. Выпускаются, однако, и двигатели, у которых движущаяся часть совершает линейное (обычно прямолинейное) движение (линейные двигатели).

Самым распространенным видом электродвигателей является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, принцип устройства которого представлен на рис. 1.

	Роторная обмотка этого двигателя представляет собой систему массивных медных или алюминиевых стержней, размещенных параллельно друг другу в пазах ротора, концы которых соединены между собой двумя короткозамкнутыми кольцами. Вращающееся магнитное поле статора индуцирует в обмотке ротора ток, взаимодействие которого с магнитным полем статора приводит ротор во вращение.
Рис. 1. Принцип устройства асинхронного двигателя. 1 статор, 2 ротор, 3 вал, 4 корпус

Скорость вращения ротора при этом всегда меньше, чем у магнитного поля статора, и ее относительную разность со скоростью вращения магнитного поля статора (с синхронной скоростью) называют скольжением. Эта величина зависит от нагрузки на валу двигателя и составляет при полной нагрузке обычно (3…5) %. Для ступенчатого регулирования скорости может использоваться статорная обмотка с переключаемым числом полюсов; по такому принципу могут выполняться, например, двух-, трех- и четырехскоростные асинхронные двигатели. Для плавного регулирования скорости обычно осуществляется питание двигателя от регулируемого преобразователя частоты. Асинхронные двигатели характеризуются своей компактностью и высокой надежностью, а также бóльшим сроком службы, чем двигатели внутреннего сгорания. По размерам они обычно меньше и по массе легче, чем двигатели внутреннего сгорания той же мощности. Они могут изготовляться в очень большом диапазоне номинальных мощностей – от нескольких ватт до нескольких десятков мегаватт. Двигатели малой мощности (до нескольких сотен ватт) могут быть и однофазными.

Синхронные двигатели устроены так же, как и синхронные генераторы. При неизменной сетевой частоте они вращаются с постоянной скоростью, не зависимой от нагрузки. Их преимуществом перед асинхронными двигателями считается то, что они не потребляют из сети реактивной энергии, а могут отдавать ее в сеть, покрывая этим потребление реактивной энергии других электроприемников. Синхронные двигатели не подходят для частых пусков и применяются, главным образом, при относительно стабильной механической нагрузке и тогда, когда требуется постоянная скорость вращения.

Двигатели постоянного тока используются при необходимости плавного регулирования скорости. Это достигается путем изменения тока якоря и/или возбуждения при помощи полупроводниковых устройств (раньше – с помощью регулировочных реостатов) или путем изменения напряжения питания. В настоящее время легко и без существенного изменения кпд (при помощи преобразователей частоты) осуществляется и плавное регулирование скорости двигателей переменного тока, поэтому двигатели постоянного тока, из-за их большей стоимости, бóльших размеров и дополнительных потерь, возникающих при регулировании, стали применяться реже, чем раньше.

Шаговые двигатели приводят в движение при помощи импульсов напряжения. При каждом импульсе ротор двигателя поворачивается на определенный угол (например, на несколько градусов). Такие двигатели используются в тихоходных механизмах, требующих обычно, кроме того, точного позиционирования. Могут изготовляться, например, двигатели, совершающие один оборот за сутки или даже за год. Линейные двигатели используются для линейного движения, когда преобразование вращающегося движения в линейное при помощи механических передач или других устройств невозможно или неприемлемо. Наиболее часто применяются асинхронные линейные двигатели, но существуют также синхронные и шаговые линейные двигатели. Основными преимуществами электрических двигателей перед двигателями внутреннего сгорания могут считаться

■ меньшие размеры, меньшая масса и меньшая стоимость,

■ намного более высокий кпд (обычно 90… 95 %),

■ лучшая регулируемость (обычно с сохранением высокого кпд),

■ высокая надежность и долгий срок службы,

■ меньший шум и меньшая вибрация при работе,

■ быстрый и беспроблемный (при необходимости – плавный) пуск,

■ намного более простая эксплуатация,

■ отсутствие потребления топлива и, как результат, отсутствие выбросов продуктов сгорания в окружающую среду,

■ легкое присоединение к любым рабочим машинам и механизмам.

Применение электродвигателей может оказаться проблемным в случае, когда они должны размещаться на переносных и передвижных устройствах или на транспортных средствах. Во многих случаях это ограничивает маневренность или дальность пробега транспортных средств (особенно автомобилей) или других передвижных машин до такой степени, что применение двигателей внутреннего сгорания остается более рациональным.

Главный инженер немецкой фирмы АЭГ Михаил Доливо-Добровольский представил 8 марта 1889 заявление на патентование короткозамкнутого асинхронного двигателя. После этого началось широкое применение надежных и высокоэффективных двигателей переменного тока. В настоящее время все рассмотренные электродвигатели достигли очень высокого технического уровня и находят широчайшее применение в стационарных установках, а в последнее время все чаще и в средствах передвижения.