Jak se dělí elektromotory?
Elektromotor je zařízení pro přeměnu elektřiny na rotační pohyb rotační části elektrického stroje. Tyto elektrické stroje jsou široce používány ve všech průmyslových odvětvích, jako pohon pro elektrická vozidla a nářadí, v automatizačních systémech, domácích spotřebičích a tak dále. V tomto článku se podíváme na konstrukci elektromotoru, jeho hlavní části, typy, principy fungování a také na to, kde se elektromotory používají.
Allot hlavní části elektromotoru – rotor (rotující část, která přeměňuje elektromagnetickou energii na energii mechanickou) a stator (nehybná část vytvářející magnetické pole). K přeměně energie v motorech dochází v důsledku interakce magnetických polí vinutí statoru a rotoru.
Existuje mnoho typů elektromotorů, které se liší principem činnosti, konstrukcí, výkonem a dalšími vlastnostmi.
Podle principu činnosti se elektromotory dělí na:
- magnetoelektrický
- hysterický
Navzdory jednoduchosti konstrukce a vysokému počátečnímu točivému momentu nejsou tyto motory široce používány. Tyto elektromotory mají vysokou cenu a nízký účiník, což omezuje jejich použití. Naprostá většina vyráběných elektromotorů je magnetoelektrická.
Podle typu napájecího napětí se rozlišují následující typy elektromotorů:
- DC motory.
- AC motory.
- Univerzální elektromotory.
Elektromotory jsou klasifikovány podle účelu, klimatického provedení, stupně ochrany proti vlhkosti a cizím předmětům, výkonu a dalších parametrů.
Třídy elektromotorů:
- DC
- Bezkomutátorový EC (elektronicky komutovaný)
- Se štětci
- Se sekvenčním buzením
- S paralelním buzením
- Se smíšeným vzrušením
- S permanentními magnety
- AC proud
- Univerzální
- Synchronní
- Indukce
- jednofázový
- Třífázový
Typy elektromotorů
DC motory
Stejnosměrné motory jsou široce používány jako pohon pro elektrická vozidla, průmyslová zařízení a také jako mikropohon pro akční členy. Takové elektromotory mají následující výhody:
- Možnost nastavení rychlosti otáčení změnou napětí v budícím vinutí. Současně zůstává točivý moment na hřídeli DMT (stejnosměrné motory) nezměněn.
- Vysoká účinnost (účinnost) stejnosměrných strojů je o něco vyšší než u nejběžnějších střídavých asynchronních motorů. Při částečném zatížení hřídele účinnost DPT je o 10-15% vyšší.
- Možnost výroby DPT malých rozměrů. Téměř všechny použité mikropohony jsou určeny pro stejnosměrný proud.
- Jednoduchost řídicích obvodů. Spouštění, reverzace a řízení otáček a točivého momentu nevyžaduje složité elektronické vybavení ani velké množství spínacích zařízení.
- Schopnost pracovat v režimu generátoru. Elektromotory tohoto typu lze použít jako zdroje stejnosměrného proudu.
- Vysoký rozběhový moment. DPT se používají jako součást elektrických pohonů pro jeřáby, trakční a zvedací mechanismy, kde je vyžadováno startování při značném zatížení.
DBT se vyznačuje metodou buzení, jsou to:
- S permanentními magnety. Takové motory jsou malé velikosti. Jejich hlavní oblastí použití jsou mikropohony.
- S elektromagnetickým buzením.
Elektrické stroje s elektromagnety tohoto typu jsou široce používány. Jsou klasifikovány podle způsobu připojení vinutí statoru:
- Motory s paralelním buzením. Vinutí kotvy a statoru u elektrického stroje tohoto typu jsou zapojeny paralelně. Takové elektrické stroje nevyžadují přídavný zdroj energie pro budicí vinutí, rychlost otáčení rotoru je prakticky nezávislá na zatížení. Používají se k pohonu obráběcích strojů a dalších zařízení.
- Elektromotory se sériově zapojeným statorovým vinutím. DFC tohoto typu mají značný rozběhový moment. Používají se jako pohon pro elektrická vozidla a průmyslové instalace, které vyžadují startování pod zatížením.
- Motory s nezávislým buzením. Pro napájení statorového vinutí takových elektrických strojů se používá nezávislý zdroj stejnosměrného proudu. DVT tohoto typu se vyznačují širokým rozsahem regulace rychlosti.
- Elektrické stroje se smíšeným buzením. Elektromagnet pole v takových motorech je rozdělen na 2 části. Jeden z nich je zapojen paralelně, druhý sériově s vinutím kotvy. Stroje tohoto typu se používají v mechanismech a zařízeních, kde je vyžadován vysoký rozběhový moment a také variabilní a konstantní otáčky s proměnným momentem.
AC motory
Elektrické stroje tohoto typu jsou široce používány pro pohon všech typů technologických zařízení, elektrického nářadí a automatických regulátorů. Na základě rozdílu mezi rychlostí otáčení magnetického pole statoru a rychlostí rotoru se rozlišují synchronní a asynchronní motory.
Asynchronní elektromotory
Díky nízké ceně a jednoduché konstrukci jsou stroje tohoto typu široce používány. Jejich zásadním rozdílem je přítomnost tzv. skluzu. Jedná se o rozdíl mezi frekvencí otáčení magnetického pole stacionární části elektrického stroje a rychlostí otáčení rotoru. Napětí na rotující části je indukováno střídavým magnetickým polem vinutí statoru motoru. Rotace způsobuje interakci mezi polem elektromagnetů stacionární části a magnetickým polem rotoru, které vzniká vlivem vířivých proudů v něm indukovaných. Na základě vlastností vinutí statoru se rozlišují následující typy elektromotorů:
- Jednofázové střídavé motory. Motory tohoto typu vyžadují ke spuštění externí prvek pro posun fáze. Může to být spouštěcí kondenzátor nebo indukční zařízení. Oblastí použití jednofázových motorů jsou pohony s nízkým výkonem.
- Dvoufázové elektrické stroje. Takové motory mají 2 vinutí s fázemi posunutými vůči sobě navzájem. Používají se také pro domácí přístroje a zařízení, které mají nízký výkon.
- Třífázové a vícefázové elektromotory. Nejběžnější typ asynchronních strojů. Elektromotory tohoto typu mají 3 nebo více statorových vinutí, fázově posunutých o určitý úhel.
Podle konstrukce rotoru se asynchronní stroje dělí na motory s kotvou nakrátko a vinutým rotorem.
Vinutí rotoru elektrických strojů prvního typu se skládá z několika neizolovaných tyčí z mědi nebo slitin hliníku, uzavřených na obou stranách kroužky (provedení „klece nakrátko“). Asynchronní motory tohoto typu mají následující výhody:
- Poměrně jednoduché startovací schéma. Takové elektrické stroje mohou být připojeny přímo k elektrické síti prostřednictvím spínacích zařízení.
- Přípustnost krátkodobých přetížení.
- Možnost výroby vysoce výkonných elektrických strojů. Tento typ motoru neobsahuje posuvné kontakty, které zabraňují nárůstu výkonu.
- Relativně jednoduchá údržba a opravy. Asynchronní elektrické stroje mají jednoduchou konstrukci.
- Nízká cena. Asynchronní motory jsou levnější než synchronní stroje a stejnosměrné motory.
Elektrické stroje s rotorem nakrátko mají své nevýhody:
- Maximální rychlost otáčení není vyšší než 3000 ot./min při vstupu do synchronního režimu.
- Technicky komplexní provedení regulace rychlosti.
- Vysoké zapínací proudy při přímém spouštění.
Elektromotory s vinutým rotorem jsou částečně zbaveny nevýhod, které jsou vlastní strojům s konstrukcí rotoru nakrátko. Rotační část elektrického stroje tohoto typu má vinutí zapojená do hvězdicového obvodu. Napětí je přiváděno do vinutí přes 3 kontaktní kroužky namontované na rotoru a izolované od něj.
Takové elektromotory mají následující výhody:
- Schopnost omezit rozběhové proudy pomocí odporu zahrnutého v obvodu elektromagnetu rotoru.
- Vyšší startovací moment než u elektrických strojů s rotorem nakrátko.
- Možnost nastavení rychlosti.
Nevýhodou těchto motorů jsou jejich relativně velké rozměry a hmotnost, vysoká cena a složitější opravy a údržba.
Princip činnosti střídavého synchronního elektromotoru
Stejně jako u asynchronních elektromotorů se rotace rotoru u synchronních strojů dosahuje interakcí polí rotoru a statoru. Rychlost rotoru takových elektrických strojů se rovná frekvenci magnetického pole vytvářeného statorovými vinutími.
Vinutí stacionární části motoru je navrženo pro napájení třífázovým napětím. Na elektromagnety rotoru je připojeno konstantní napětí. Existují vinutí s vyčnívajícími póly a bez vyčnívajících pólů. Synchronní motory s nízkým výkonem používají permanentní magnety.
Spuštění a zrychlení synchronního stroje se provádí v asynchronním režimu. K tomuto účelu má rotor motoru vinutí klece nakrátko. Stejnosměrné napětí je do elektromagnetů přiváděno až po zrychlení na jmenovitý kmitočet asynchronního režimu. Synchronní motory mají následující vlastnosti:
- Konstantní rychlost otáčení při proměnném zatížení.
- Vysoká účinnost a účiníku.
- Malá reaktivní složka.
- Tolerance přetížení.
Mezi nevýhody synchronních elektromotorů patří:
- Vysoká cena, poměrně složitý design.
- Obtížný start.
- Potřeba zdroje konstantního napětí.
- Potíže s nastavením rychlosti otáčení a točivého momentu na hřídeli.
Všechny nedostatky střídavých elektrických strojů lze napravit instalací softstartéru nebo frekvenčního měniče. Důvodem pro výběr konkrétního zařízení je ekonomická proveditelnost a požadované vlastnosti elektrického pohonu.
Univerzální motory
Samostatnou skupinu tvoří univerzální elektromotory, které mohou pracovat ze sítě střídavého proudu a ze zdrojů stejnosměrného napětí. Používají se v elektrickém nářadí, domácích spotřebičích a dalších nízkoenergetických zařízeních. Konstrukce takového elektrického stroje se zásadně neliší od stejnosměrného motoru. Hlavním rozdílem je konstrukce magnetického systému a vinutí rotoru. Magnetický systém se skládá ze sekcí, které jsou od sebe izolované, aby se snížily magnetické ztráty. Vinutí rotoru takového stroje je rozděleno na 2 části. Při napájení střídavým proudem je napětí přiváděno pouze do jeho poloviny. To se provádí za účelem snížení rádiového rušení a zlepšení spínacích podmínek.
Mezi výhody takových strojů patří:
- Vysoká rychlost otáčení. Univerzální elektromotory dosahují rychlosti až 10 000 otáček za minutu nebo více.
- Napájeno střídavým a stejnosměrným napětím. Motory tohoto typu jsou široce používány pro elektrické nářadí, které má přídavné baterie.
- Možnost regulace rychlosti bez použití přídavných zařízení.
Takové elektrické stroje však mají své nevýhody:
- Omezený výkon.
- Nutnost servisu kolektorové jednotky.
- Obtížné spínací podmínky při napájení střídavým napětím kvůli přítomnosti transformátorového spojení mezi vinutími.
- Elektromagnetické rušení při připojení ke střídavému proudu.
Každý typ motoru má své výhody a nevýhody. Volba elektrického stroje pro pohon jakéhokoli zařízení se provádí na základě provozních podmínek, požadované rychlosti otáčení, ekonomické proveditelnosti, typu zatížení a dalších parametrů.
Pokusili jsme se podrobně analyzovat, co je elektromotor, jeho hlavní části, princip činnosti a typy
Elektromotory se dělí na stejnosměrné a střídavé motory. Od té doby se v moderních průmyslových odvětvích zřídka setkáte se zdroji stejnosměrného proudu. Poptávka po tomto typu elektromotorů výrazně klesla. Spotřeba střídavých elektromotorů ale v průběhu let s rozvojem ekonomiky roste. Princip činnosti střídavých elektromotorů je založen na vytváření elektromagnetického pole mezi statorem a rotorem. Elektrický proud procházející měděným nebo hliníkovým drátem vinutí (smaltovaný drát) vytváří magnetické pole. Síla elektromagnetického proudu, rotující rotor elektromotoru, se přeměňuje na mechanickou sílu. Existují synchronní a asynchronní elektromotory.
Synchronní elektromotory
Synchronní elektromotory – nutné hlavně u generátorů, kompresorů apod., kde je důležité zajistit konstantní otáčky. Za takových podmínek je použití těchto elektromotorů nejoptimálnějším řešením z hlediska snížení ztrát elektrické energie v síti.
Asynchronní elektromotory
V současné fázi ekonomiky používá téměř každý druhý elektromotor ve výrobě asynchronní elektromotory. Proč asynchronní? Rychlost magnetického pole je vyšší než rychlost otáčení rotoru elektromotoru, to vysvětluje samotný název Asynchronní. V kombinaci s asynchronním elektromotorem lze v závislosti na úkolech použít stav nouze. Elektromotory tohoto typu se používají ve velmi širokých oblastech, kde je vyžadován pohon pro zařízení.
Výkon elektromotoru
Jakékoli zařízení pracuje s určitou zátěží, ať už se jedná o ventilátory, kompresory, čerpadla nebo jiná zařízení. Proto je nutné vypočítat výkon elektromotoru s ohledem na výkon spotřebovaný zařízením. K tomu můžete použít výpočetní vzorec pro výkon na hřídeli elektromotoru:
- Рм – výkon spotřebovaný zařízením;
- ηп – účinnost přenosu.
Z hlediska výkonu je lepší zvolit elektromotor větší, než je vypočtená hodnota.
Výkon elektromotoru pro čerpadlo v kW
Vzorec, podle kterého můžete vypočítat výkon motoru čerpadla
Označení
- K3 – bezpečnostní faktor;
- g – koeficient zrychlení volného pádu;
- Q – označení výkonu čerpadla;
- H – hodnota tlaku čerpadla;
- Y – hustota kapaliny čerpané čerpadlem;
- ηus – účinnost čerpadla;
- ηп – účinnost přenosu.
Konstrukční tlak čerpadla se vypočítá podle vzorce:
Výkon motoru pro kompresor
Výkon pístového kompresoru se zjistí pomocí vzorce:
Označení
- Q – výkon kompresoru (objem);
- ηk – účinnost pístového kompresoru;
- ηп – účinnost přenosu;
- K3 – bezpečnostní faktor.
Hodnota A se zjistí pomocí vzorce:
Výkon motoru pro ventilátory
Označení
- Q – výkon ventilátoru;
- H – výstupní tlak;
- K3 – bezpečnostní faktor
- ηv – účinnost ventilátoru;
- ηп – účinnost přenosu.
Proud motoru
Pokud potřebujeme vypočítat proud třífázového elektromotoru, pak při znalosti jmenovitého výkonu elektromotoru, jmenovitého napětí, jej snadno zjistíme pomocí následujícího vzorce.
Označení
- PH – výkon elektromotoru;
- UH je hodnota napětí elektromotoru,
- ηH je účinnost elektromotoru;
- cosfH je účiník elektromotoru.
Znáte-li hodnotu jmenovitého proudu, můžete vypočítat startovací proud.
startovací proud motoru
Označení
- IH – aktuální hodnota;
- Кп – stejnosměrný proud násobek jmenovité hodnoty.
Provozní režimy elektromotorů
Elektromotor v mnoha případech vyžaduje provoz v různých režimech. Některé motory pracují nepřetržitě a mohou vyžadovat časté cyklování. Níže uvádíme, které standardní provozní režimy se liší.
- S1: V tomto provozním režimu je zatížení po určitou dobu konstantní. Jinými slovy, nezapíná se často.
- S2: Při provozu v tomto režimu nedosahuje teplota elektromotoru v době jeho aktivace požadovaných hodnot. Tedy režim, kdy je potřeba krátkodobá aktivace elektromotoru.
- S3: Provoz, kdy se motor cyklicky zapíná a vypíná.
Můžeme říci, že motor se po určitou dobu často zapíná a vypíná. Zároveň je nutné vědět, kolik inkluzí lze vyrobit za jednotku času.
Přezkoumali jsme hlavní provozní režimy elektromotorů.
Varianty elektromotorů podle klimatizace
Při výběru elektromotoru musíte vědět, v jakých klimatických podmínkách bude tento motor používán.
Označení pro různé klimatické verze jsou uvedeny níže:
- U – Mírné klima;
- HL – Studené klima;
- TC – tropické suché klima;
- TV – tropické vlhké klima;
- T – Tropické klima (zobecněné);
- M – Přímořské klima;
Digitální hodnota za písmenným označením značky označuje typ jejího umístění:
- 1 – práce na „ulici“;
- 2 – práce na „ulici“, ale pod širákem;
- 3 – práce v interiéru;
Stupeň ochrany IP
Stupeň krytí je označen písmeny IP a dvoumístným číslem (IP54).
Většina v současnosti vyráběných elektromotorů má stupně krytí IP54 a IP55
Abychom to shrnuli, při výběru elektromotoru je nutné vzít v úvahu řadu technických podmínek. V tomto článku jsme vzali v úvahu pouze technické parametry elektromotoru, nicméně je nutné vzít v úvahu jeho zapojení a celkové rozměry, což je důležitý faktor při kompletaci výbavy. Tomuto tématu se budeme v nejbližší době věnovat v příštím článku.
