На фотографии представлена установка в которой электродвигатель

Содержание

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

Вращающийся электродвигатель
Само коммутируемый			Внешне коммутируемый
С механической коммутацией (коллекторный)		С электронной коммутацией 1 (вентильный 2, 3 )	Асинхронный электродвигатель	Синхронный электродвигатель
Переменного тока	Постоянного тока	Переменного тока 4	Переменного тока
Универсальный Репульсионный	КДПТ с обмоткой возбуждения Включение обмотки Независимое Последовательное возбуждения Параллельное Комбинированное КДПТ с постоянными магнитами	БДПТ (Бесколлекторный двигатель + ЭП \|+ ДПР) ВРД (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП \|+ ДПР)	Трехфазный (многофазный) АДКР АДФР Двухфазный (конденсаторный) Однофазный с пусковой обмоткой с экранированными полюсами с асимметричным магнитопроводом	СДОВ (с контактными кольцами и щетками) —> СДПМ 5 —> СДПМВ СДПМП Гибридный СРД Гистерезисный Индукторный Гибридный СРД-ПМ Реактивно-гистерезисный Шаговый 5
Простая электроника	Выпрямители, транзисторы	Более сложная электроника	Сложная электроника (ЧП)

Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.

КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
ЭП — электрический преобразователь
ДПР — датчик положения ротора
ВРД — вентильный реактивный двигатель
АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

Cинхронный электродвигатель

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

где M – вращающий момент, Нм,
F – сила, Н,
r – радиус-вектор, м

где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
n_ном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

где P – мощность, Вт,
A – работа, Дж,
t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

Для вращательного движения

где – угол, рад,

где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
P₂ — полезная мощность (механическая), Вт

потери в электродвигатели

электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

где – угловое ускорение, с -2 [2]

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Параметр	АДКР	СДПМП	СДПМВ	СРД-ПМ	СДОВ
Постоянство мощности во всем диапазоне скоростей
Момент к току статора
Эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне	АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами СРД-ПМ — синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель) СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7]. Области применения электродвигателей Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6]. Компания «СуперОкс» представила прототип новейшего электродвигателя большой мощности, созданного с использованием сверхпроводников. Данная технология, со слов директора предприятия — разработчика, Сергея Самойленкова, позволит России значительно опередить западных конкурентов. Отечественный инновационный агрегат, разработанный по заказу «Фонда перспективных исследований», будет испытан на летающей лаборатории уже в следующем году. В то же время, европейский авиационный электродвигатель прошлого поколения (без сверхпроводников) начнут тестировать только в 2021-2022 годах. Использование сверхпроводников позволяет создавать агрегаты большой мощности. При этом, их масса и размер гораздо меньше, чем у обычных авиационных двигателей с аналогичными характеристиками. Новые материалы не имеют электрического сопротивления, что позволяет значительно повысить энергоэффективность подобных силовых установок. Со слов Самойленкова, разработанный компанией «СуперОкс» агрегат способен снизить расход горючего от 15% до рекордных 75%. При этом, на столько же уменьшатся уровень шума и количество вредных выбросов. В конечном счете, отечественные электродвигатели могут навсегда изменить рынок гражданской авиации. На данный момент, несколько готовых агрегатов проходят стендовые испытания. В следующем году силовая установка будет протестирована на летающей лаборатории Як-40. Что характерно, двигатель установят в носовой части самолета, оставив стандартные агрегаты на своих местах. Подобный подход позволит испытать инновационную разработку в разных режимах. Помимо всего прочего, Сергей Самойленков подчеркнул, что питаться новая силовая установка может как от аккумуляторов, так и от электрогенераторов или топливных ячеек. Два таких двигателя способны обеспечить тягой самолет, рассчитанный на 20 пассажиров. При этом, разработка одного инновационного агрегата обошлась почти в 10 раз дешевле, в сравнении с традиционным авиадвигателем. Двигатель 2,2 Puma ставится на многие машины: Citroen Jumper, Peugeot Boxer, Ford Transit, Fiat Ducato. Это надежный, неприхотливый, экономичный и тяговитый мотор. У него, как у всякого другого, есть свои проблемы и особенности. При покупке и установке двигателя б/у надо сразу обратить внимание, под какую топливную аппаратуру данный двигатель. В зависимости от топливной аппаратуры на эти двигатели ставятся разные распредвалы и разные ГБЦ. Блок цилиндров у них одинаковый. А вот посадочные размеры распредвалов и присоединительные на ГБЦ разные. Если двигатели под разную топливную аппаратуру, без перестановки ГБЦ не обойтись. На больших пробегах на этих моторах возможен обрыв цепи ГРМ. Мы в CX27 сталкивались с обрывом цепи на машинах с пробегом около 300 000 км. И наблюдали полностью вытянутую цепь на пробеге около 200 000 км. Рекомендуем поменять ее в комплекте со звездочками, натяжителем и успокоителями, не дожидаясь неприятностей, на пробеге 180 000.Ведь при обрыве цепи происходит удар поршней и клапанов. Явление для двигателя крайне нежелательное. Но если все же такая неприятность уже произошла – цепь оборвало, поршня и клапана встретились – не спешите снимать ГБЦ! Мы в CX27 несколько раз сталкивались с такой ситуацией, что поршня и клапана при этом оставались целыми. А вот блок рокеров приходилось менять. При ударе ломаются рокера, а клапана не гнуться. Есть смысл сначала заменить рокера и цепь, а затем проверить компрессию. Возможно, дальнейшей разборки двигателя удастся избежать. Есть у этого мотора еще одна особенность, которая может сыграть злую шутку с теми, кто привык выставлять ГРМ по часовому индикатору. Так делают многие опытные мотористы, на тратя времени на изучение литературы и покупку специнструмента. И в подавляющем большинстве случаев это работает. А вот на этом двигателе, если выставить по меткам распредвалы и коленвал, поршень первого цилиндра не находится в верхней мертвой точке. Рассогласование при этом получается на один зуб. Мы в CX27 столкнулись с такой проблемой — установили двигатель, который клиент купил на обмен после капремонта. Двигатель в тепле завелся, а на морозе заводиться категорически не хотел. Мощности полной не развивал. И компрессия ниже нормы. Диагностика никаких ошибок не показывала. Связались с теми, кто продавал мотор. Нам говорят, что кольца новые, надо поездить, чтобы компрессия поднялась. "Ищите проблемы в топливной аппаратуре, а в метках мы ошибиться не могли." Двигатель помечен краской, чтобы не вскрывали – без них метки не проверишь. После долгих переговоров приехал моторист, который двигатель ремонтировал. Выставили коленвал по метке, сняли переднюю крышку двигателя, и сразу увидели рассогласование меток по распредвалам.

Параметр

АДКР

СДПМП

СДПМВ

СРД-ПМ

СДОВ

Постоянство мощности во всем диапазоне скоростей

Момент к току статора

Эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне

АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами

СРД-ПМ — синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель)
СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7].

Области применения электродвигателей

Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6].

Компания «СуперОкс» представила прототип новейшего электродвигателя большой мощности, созданного с использованием сверхпроводников. Данная технология, со слов директора предприятия — разработчика, Сергея Самойленкова, позволит России значительно опередить западных конкурентов.

Отечественный инновационный агрегат, разработанный по заказу «Фонда перспективных исследований», будет испытан на летающей лаборатории уже в следующем году. В то же время, европейский авиационный электродвигатель прошлого поколения (без сверхпроводников) начнут тестировать только в 2021-2022 годах.

Использование сверхпроводников позволяет создавать агрегаты большой мощности. При этом, их масса и размер гораздо меньше, чем у обычных авиационных двигателей с аналогичными характеристиками.

Новые материалы не имеют электрического сопротивления, что позволяет значительно повысить энергоэффективность подобных силовых установок. Со слов Самойленкова, разработанный компанией «СуперОкс» агрегат способен снизить расход горючего от 15% до рекордных 75%. При этом, на столько же уменьшатся уровень шума и количество вредных выбросов. В конечном счете, отечественные электродвигатели могут навсегда изменить рынок гражданской авиации.

На данный момент, несколько готовых агрегатов проходят стендовые испытания. В следующем году силовая установка будет протестирована на летающей лаборатории Як-40. Что характерно, двигатель установят в носовой части самолета, оставив стандартные агрегаты на своих местах. Подобный подход позволит испытать инновационную разработку в разных режимах.

Помимо всего прочего, Сергей Самойленков подчеркнул, что питаться новая силовая установка может как от аккумуляторов, так и от электрогенераторов или топливных ячеек. Два таких двигателя способны обеспечить тягой самолет, рассчитанный на 20 пассажиров. При этом, разработка одного инновационного агрегата обошлась почти в 10 раз дешевле, в сравнении с традиционным авиадвигателем.

Двигатель 2,2 Puma ставится на многие машины: Citroen Jumper, Peugeot Boxer, Ford Transit, Fiat Ducato. Это надежный, неприхотливый, экономичный и тяговитый мотор. У него, как у всякого другого, есть свои проблемы и особенности.

При покупке и установке двигателя б/у надо сразу обратить внимание, под какую топливную аппаратуру данный двигатель. В зависимости от топливной аппаратуры на эти двигатели ставятся разные распредвалы и разные ГБЦ. Блок цилиндров у них одинаковый. А вот посадочные размеры распредвалов и присоединительные на ГБЦ разные. Если двигатели под разную топливную аппаратуру, без перестановки ГБЦ не обойтись.

На больших пробегах на этих моторах возможен обрыв цепи ГРМ. Мы в CX27 сталкивались с обрывом цепи на машинах с пробегом около 300 000 км. И наблюдали полностью вытянутую цепь на пробеге около 200 000 км.
Рекомендуем поменять ее в комплекте со звездочками, натяжителем и успокоителями, не дожидаясь неприятностей, на пробеге 180 000.Ведь при обрыве цепи происходит удар поршней и клапанов. Явление для двигателя крайне нежелательное.

Но если все же такая неприятность уже произошла – цепь оборвало, поршня и клапана встретились – не спешите снимать ГБЦ! Мы в CX27 несколько раз сталкивались с такой ситуацией, что поршня и клапана при этом оставались целыми. А вот блок рокеров приходилось менять. При ударе ломаются рокера, а клапана не гнуться. Есть смысл сначала заменить рокера и цепь, а затем проверить компрессию. Возможно, дальнейшей разборки двигателя удастся избежать.

Есть у этого мотора еще одна особенность, которая может сыграть злую шутку с теми, кто привык выставлять ГРМ по часовому индикатору. Так делают многие опытные мотористы, на тратя времени на изучение литературы и покупку специнструмента. И в подавляющем большинстве случаев это работает. А вот на этом двигателе, если выставить по меткам распредвалы и коленвал, поршень первого цилиндра не находится в верхней мертвой точке. Рассогласование при этом получается на один зуб.
Мы в CX27 столкнулись с такой проблемой — установили двигатель, который клиент купил на обмен после капремонта. Двигатель в тепле завелся, а на морозе заводиться категорически не хотел. Мощности полной не развивал. И компрессия ниже нормы. Диагностика никаких ошибок не показывала. Связались с теми, кто продавал мотор. Нам говорят, что кольца новые, надо поездить, чтобы компрессия поднялась. "Ищите проблемы в топливной аппаратуре, а в метках мы ошибиться не могли." Двигатель помечен краской, чтобы не вскрывали – без них метки не проверишь. После долгих переговоров приехал моторист, который двигатель ремонтировал. Выставили коленвал по метке, сняли переднюю крышку двигателя, и сразу увидели рассогласование меток по распредвалам.