Электродвигатели

Человечество со времени открытия электрической энергии пыталось изобрести способ направить полученную энергию на производство механической работы. Майкл Фарадей (учёный из Великобритании) в 1821 году провёл опыт, которым продемонстрировал принцип такого преобразования. В ёмкость с ртутью, в центре которой был установлен постоянный магнит, опустили электрический провод. При подаче на него напряжения провод начинал вращаться вокруг магнита, доказывая, что возникает циклическое магнитное поле. Следующим шагом стало создание Питером Барлоу прообраза униполярного электродвигателя. Он создал конструкцию, в которой два зубчатых колеса из меди, находились на одной оси, закреплённой между постоянными магнитами. При подаче напряжения на колёса, они начинали вращаться. При смене контактов или перемене магнитов местами, вращение происходило в обратную сторону.

Ограниченная мощность такого двигателя не позволила ему перерасти демонстрационный период. К тому же изобретатели стремились сделать двигатель под существующие запросы, которые определялись возвратно-поступательными движениями паровых двигателей. Российский физик Б.С.Якоби посчитал, что такие двигатели не имеют будущего из-за отсутствия экономической выгоды и предложил электродвигатель, основанный на непосредственном вращении рабочего вала. В 1834 году он построил двигатель, работающий на принципе отталкивания и притяжения электромагнитов. Использовались две группы магнитов: одна была установлена на раме, а вторая - на вращающемся роторе. Изменение полярности электромагнитов на роторе придавало ему вращающий момент. Это обеспечивал коммутатор, потомки которого до сегодняшнего дня работают в тяговых электродвигателях.

Сегодня электрический двигатель представляет собой электромеханический преобразователь, который на принципе электромагнитной индукции трансформирует электрическую энергию в механическую работу. Обычно состоит из неподвижного статора и мобильного ротора, в которых наводятся неподвижные и/или динамичные магнитные поля. Статор, как правило, является внешней частью электрической машины. Состоит или из постоянных магнитов, или из электромагнитов и создаёт неподвижное или вращающееся магнитное поле. Являющийся обычно внутренней частью двигателя, ротор может состоять из обмоток, постоянных магнитов или особой короткозамкнутой обмотки. Взаимное влияние магнитных полей ротора и статора вращает вал двигателя.

Все существующие электродвигатели подразделяют по способу появления вращающего момента на гистерезисные и магнитоэлектрические. Первые мало распространены и создают вращение путём перемагничивания ротора. Вторая группа двигателей (магнитоэлектрические) является самой распространённой и подразделяется, в свою очередь, на двигатели, питающиеся переменным или постоянным током. Существуют и универсальные приводы, которые могут быть запитаны переменным или постоянным током.

Двигатели постоянного тока классифицируют по наличию щёточно-коллекторного устройства на коллекторные и бесколлекторные. Щётки коллектора подают питание на внутреннюю часть двигателя и создают наибольшие сложности в обслуживании данного типа приводов. Коллекторные двигатели делят на два типа: с возбуждением от постоянных магнитов и от электромагнитов, которые могут подключаться разными способами (параллельным соединением обмоток, последовательным соединением обмоток и смешанным соединением). Бесколлекторные (вентильные) двигатели производят в виде устройства с датчиком положения, преобразователя координат и инвертора, являющегося силовым преобразователем.

Двигатели переменного тока делят на синхронные и асинхронные. Основное различие между ними в том, что ЭДС в синхронных двигателях одинакова у статора и у ротора, а в асинхронных – всегда есть разница скоростей магнитодвижущих сил. Синхронные двигатели обычно изготавливают для использования в приводах с очень большой мощностью (свыше 100 киловатт). Из разновидностей выделяют шаговые и вентильные двигатели, различающиеся способом подачи питания на обмотки. Асинхронные двигатели сегодня – самые широко используемые. Подразделяются по количеству питающих фаз на одно-, двух-, трёх- и многофазные. 
 
Двигатель, имеющий возможность функционировать на постоянном или переменном токе, получил название универсального коллекторного двигателя. Он нашёл применение в связи с тем, что обыкновенные асинхронные двигатели в силу своих конструктивных особенностей при сети с частотой в 50 герц не дают возможности получить частоту вращения более трёх тысяч оборотов в минуту. А коллекторные электродвигатели, которые легче и компактнее асинхронных той же мощности, позволяют получить на выходе высокую частоту вращения. В то же время применение преобразователей частоты позволяет избежать применения габаритных коллекторных двигателей, в которых щёточный узел занимает половину объёма, так как увеличивает частоту питающего напряжения в несколько раз. К тому же ресурс асинхронных двигателей, как правило, выше. Это по праву считается более экономичным вариантом.