Co musisz wiedzieć o nowoczesnych silnikach elektrycznych

W artykule omówiono różne rodzaje silników elektrycznych, ich zalety i wady, perspektywy rozwoju.

Rodzaje silników elektrycznych

Silniki elektryczne są obecnie niezbędnym elementem każdej produkcji. Są one również używane bardzo często w narzędziach i życiu codziennym. Na przykład są to wentylatory, klimatyzatory, pompy do ogrzewania itp. Dlatego współczesny elektryk musi być dobrze zorientowany w typach i konstrukcji tych urządzeń.

Podajemy więc najczęstsze typy silników elektrycznych:

1. Silniki prądu stałego z kotwą na magnes stały;

2. Silniki prądu stałego ze zworą z uzwojeniem wzbudzenia;

3. Synchroniczne silniki prądu przemiennego;

4. silniki indukcyjne prądu przemiennego;

5. serwomotory;

6. Liniowe silniki indukcyjne;

7. Rolki silnika, tj rolki, w których znajdują się silniki elektryczne z przekładniami;

8. Silniki zaworów.

Silniki prądu stałego

Ten typ silnika był wcześniej bardzo szeroko stosowany, ale obecnie jest prawie całkowicie zastępowany przez asynchroniczne silniki elektryczne, ze względu na względną taniość zastosowania tego ostatniego. Nowym kierunkiem rozwoju silników prądu stałego są silniki z zaworami prądu stałego ze zworą z magnesem stałym.

Silniki synchroniczne

Synchroniczne silniki elektryczne są często stosowane w różnych typach napędów pracujących ze stałą prędkością, tj. do wentylatorów, sprężarek, pomp, generatorów prądu stałego itp. Są to silniki o mocy 20–10 000 kW, przy prędkościach obrotowych 125–1000 obr / min.

Silniki różnią się od generatorów obecnością wirnika, niezbędnego do asynchronicznego rozruchu, dodatkowego uzwojenia zwarciowego, a także stosunkowo mniejszej szczeliny między stojanem a wirnikiem.

Silniki synchroniczne mają sprawność wyższa, a masa na jednostkę mocy jest mniejsza niż masy asynchronicznej przy tej samej prędkości obrotowej. Cenną cechą silnika synchronicznego w porównaniu do silnika asynchronicznego jest możliwość jego regulacji prąd bierny, tj. cosφ z powodu zmiany prądu wzbudzenia uzwojenia twornika. W ten sposób możliwe jest zbliżenie cosφ do jedności we wszystkich zakresach roboczych, a tym samym zwiększenie wydajności i zmniejszenie strat w sieci zasilającej.

Silniki indukcyjne

Obecnie jest to najczęściej używany typ silnika. Silnik indukcyjny jest silnikiem prądu przemiennego, którego prędkość wirnika jest mniejsza niż prędkość obrotowa pola magnetycznego wytwarzanego przez stojan.

Zmieniając częstotliwość i cykl pracy napięcia dostarczanego do stojana, można zmienić prędkość obrotową i moment obrotowy na wale silnika. Najczęściej stosowane silniki indukcyjne klatkowe. Wirnik jest wykonany z aluminium, co zmniejsza jego wagę i koszt.

Główne zalety takich silników to niska cena i niska waga. Naprawa tego typu silnika elektrycznego jest stosunkowo prosta i tania.

Głównymi wadami są mały początkowy moment obrotowy na wale i duży prąd rozruchowy 3-5 razy wyższy od roboczego. Inną dużą wadą silnika indukcyjnego jest jego niska wydajność w trybie częściowego obciążenia. Na przykład przy obciążeniu 30% wartości nominalnej wydajność może spaść z 90% do 40-60%!

Głównym sposobem radzenia sobie z wadami silnika indukcyjnego jest użycie przetwornicy częstotliwości. Przemiennik częstotliwości przekształca napięcie sieciowe 220 / 380V w napięcie impulsowe o zmiennej częstotliwości i cyklu pracy. W ten sposób można szeroko zmieniać prędkość i moment obrotowy na wale silnika i pozbyć się prawie wszystkich jego wad.Jedynym „lotem w maści” w tej „beczce miodu” jest wysoka cena przetwornicy częstotliwości, ale w praktyce wszystkie koszty zwracają się w ciągu roku!

Serwosilniki

Silniki te zajmują specjalną niszę; są stosowane tam, gdzie wymagane są precyzyjne zmiany położenia i prędkości. Są to technologie kosmiczne, robotyka, maszyny CNC itp.

Takie silniki wyróżniają się zastosowaniem kotew o małej średnicy, jak mała średnica jest lekka. Ze względu na niewielką masę możliwe jest osiągnięcie maksymalnego przyspieszenia, tj. szybkie ruchy. Silniki te mają zwykle system czujników sprzężenia zwrotnego, który pozwala zwiększyć dokładność ruchu i wdrożyć złożone algorytmy ruchu i interakcji różnych układów.

Liniowe silniki indukcyjne

Liniowy silnik indukcyjny wytwarza pole magnetyczne, które porusza płytkę w silniku. Dokładność ruchu może wynosić 0,03 mm na metr ruchu, czyli trzy razy mniej niż grubość ludzkiego włosa! Zwykle płyta (suwak) jest przymocowana do mechanizmu, który należy przesunąć.

Takie silniki mają bardzo wysoką prędkość jazdy (do 5 m / s), a zatem wysoką wydajność. Szybkość ruchu i krok można zmienić. Ponieważ silnik ma minimum części ruchomych, ma wysoką niezawodność.

Rolki silnika

Konstrukcja takich rolek jest dość prosta: wewnątrz rolki napędowej znajduje się miniaturowy silnik prądu stałego i skrzynia biegów. Rolki silnikowe są stosowane na różnych przenośnikach i liniach sortujących.

Zaletami rolek silnikowych jest niski poziom hałasu, wyższa wydajność w porównaniu z napędem zewnętrznym, rolka silnika praktycznie nie wymaga konserwacji, ponieważ działa tylko wtedy, gdy trzeba przenieść przenośnik, jego zasoby są bardzo duże. Gdy taki wałek zawiedzie, można go wymienić na inny w możliwie najkrótszym czasie.

Silniki zaworów

Zawór nazywany jest dowolnym silnikiem, w którym regulacja trybów pracy odbywa się za pomocą przetworników półprzewodnikowych (zaworów). Z reguły jest to silnik synchroniczny z wzbudzeniem z magnesów stałych. Stojan silnika jest sterowany przez falownik ze sterowaniem mikroprocesorowym. Silnik jest wyposażony w system czujników zapewniający informacje zwrotne na temat położenia, prędkości i przyspieszenia.

Główne zalety silników elektrycznych zaworów to:

1. Bezkontaktowość i brak węzłów wymagających konserwacji,

2. Wysokie zasoby;

3. Duży moment rozruchowy i duża zdolność przeciążeniowa momentu (5 lub więcej razy);

4. Stany przejściowe o wysokiej wydajności;

5. Ogromny zakres regulacji prędkości 1: 10000 lub większej, która jest co najmniej o dwa rzędy wielkości wyższa niż w przypadku silników asynchronicznych;

6. Najlepsze wskaźniki wydajności i cosφ, ich wydajność przy wszystkich obciążeniach przekracza 90%. Jednocześnie, silniki asynchroniczne, sprawność przy połowie obciążenia może spaść do 40-60%!

7. Minimalne prądy otwartego obwodu i prądy rozruchowe;

8. Wskaźniki minimalnej masy i wielkości;

9. Minimalny okres zwrotu.

Ze względu na cechy konstrukcyjne takie silniki dzielą się na dwa główne typy: bezdotykowe silniki prądu stałego i przemiennego.

Obecnie głównym kierunkiem ulepszania silników zaworów jest opracowanie adaptacyjnych algorytmów sterowania bezczujnikowego. Zmniejszy to koszty i zwiększy niezawodność takich napędów.

W tak małym artykule nie można oczywiście odzwierciedlić wszystkich aspektów rozwoju elektrycznych układów napędowych, ponieważ To bardzo ciekawy i szybko rozwijający się obszar technologii. Coroczne wystawy elektrotechniki wyraźnie pokazują stały wzrost liczby firm chcących opanować ten obszar. Liderami tego rynku, jak zawsze, są Siemens AG, General Electric, Bosch Rexroth AG, Ansaldo, Fanuc itp.