Терминология и классификация электродвигателей
Содержание
Введение в мир электродвигателей
Электродвигатель (электрический двигатель) — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Как правильно писать: «электродвигатели» или «электродвигателя»? В русском языке правильной формой множественного числа в именительном падеже является «электродвигатели», а в родительном — «электродвигателей».
Человечество использует различные типы электродвигателей уже более 150 лет — с тех пор, как в 1834 году русский физик Б.С. Якоби сконструировал первый практически применимый электродвигатель. В современном мире трудно представить отрасль промышленности или быта, где не применялись бы эти устройства — от мощных промышленных приводов до миниатюрных моторов в бытовой технике.
Чтобы правильно выбрать и эксплуатировать электродвигатель, необходимо четко понимать применяемую терминологию и знать классификацию этих устройств. В этой статье мы рассмотрим, как называют электродвигатель в различных контекстах, как он обозначается на схемах, и по каким параметрам классифицируются эти устройства.
Основная терминология электродвигателей
Наименование и обозначения
Как называется электродвигатель? В зависимости от его типа и конструкции, электродвигатели могут иметь различные наименования:
- Асинхронный двигатель — наиболее распространенный тип, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля статора.
- Синхронный двигатель — электродвигатель, в котором частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля.
- Коллекторный двигатель — оснащен коллектором для подачи тока в обмотку ротора.
- Шаговый двигатель — преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения.
- Сервопривод — электродвигатель с системой обратной связи для контроля положения.
В технической документации и каталогах электродвигатели обозначаются буквенно-цифровыми кодами, которые содержат информацию о типе, мощности, скорости вращения и других характеристиках. Например, в обозначении АИР100S4:
- А — асинхронный
- И — изменение в конструкции
- Р — тип привязки мощности к установочным размерам
- 100 — высота оси вращения (мм)
- S — длина сердечника статора
- 4 — число полюсов
Основные компоненты
Каждый электродвигатель состоит из двух основных частей:
- Статор — неподвижная часть электродвигателя, обычно включающая корпус, сердечник и обмотки.
- Ротор — подвижная часть электродвигателя. Как называется подвижная часть электродвигателя? Именно ротор является той частью, которая вращается и передает механическую энергию.
Кроме основных частей, в конструкцию двигателя также входят:
- Подшипники — обеспечивают вращение ротора с минимальным трением.
- Вал — передает крутящий момент от ротора к исполнительному механизму.
- Клеммная коробка — место подключения питающих проводов.
- Система охлаждения — вентилятор и/или охлаждающие ребра для отвода тепла.
- Щеточный узел (для коллекторных двигателей) — служит для подвода тока к ротору.
| Компонент | Функция | Особенности |
|---|---|---|
| Статор | Создание магнитного поля | Содержит обмотки и сердечник из электротехнической стали |
| Ротор | Преобразование электромагнитной энергии в механическую | Может быть короткозамкнутым, фазным или постоянного тока |
| Подшипники | Обеспечение вращения с минимальным трением | Шариковые, роликовые или скольжения |
| Корпус | Защита, монтаж, теплоотвод | Литой или сборный, с ребрами охлаждения |
| Система охлаждения | Отвод тепла | Воздушная, жидкостная или комбинированная |
Обозначение на схемах
Электродвигатель как обозначается на схемах? На электрических схемах электродвигатели обозначаются в соответствии с ГОСТ и международными стандартами.
Основные обозначения электродвигателей на схемах:
- М — общее обозначение электродвигателя
- М1, М2, М3 и т.д. — порядковые номера двигателей в схеме
- ~ M — двигатель переменного тока
- = M — двигатель постоянного тока
- М3~ — трехфазный электродвигатель
- М1~ — однофазный электродвигатель
На монтажных схемах также указываются клеммы подключения: для трехфазных двигателей это обычно U1, V1, W1 для начал фазных обмоток и U2, V2, W2 для концов при подключении звездой. При соединении треугольником используются соединения U1-W2, V1-U2, W1-V2.
Классификация электродвигателей
По типу питающего тока
Одним из ключевых признаков классификации является тип используемого тока:
- Электродвигатели постоянного тока — работают от источника постоянного напряжения, имеют хорошую управляемость, но сложнее в обслуживании из-за коллекторно-щеточного узла.
- Электродвигатели переменного тока — наиболее распространены, делятся на:
- Асинхронные — простые, надежные, экономичные;
- Синхронные — обеспечивают точную поддержку скорости вращения;
- Коллекторные — универсальные, могут работать как от постоянного, так и от переменного тока.
- Однофазные электродвигатели 220В — применяются в бытовой технике и небольшом оборудовании.
- Трехфазные электродвигатели — используются в промышленности, более эффективны и мощны.
| Тип электродвигателя | Преимущества | Недостатки | Применение |
|---|---|---|---|
| Постоянного тока | Высокий пусковой момент, простота регулирования скорости | Сложность конструкции, износ щеток, высокая стоимость | Электротранспорт, грузоподъемные механизмы |
| Асинхронный | Простота, надежность, низкая стоимость | Сложность регулирования скорости, низкий пусковой момент | Насосы, вентиляторы, конвейеры |
| Синхронный | Стабильная скорость, высокий КПД | Сложный запуск, высокая стоимость | Компрессоры, привод механизмов, требующих постоянной скорости |
| Коллекторный однофазный | Высокий пусковой момент, работа от однофазной сети | Искрение щеток, шум, радиопомехи | Бытовая техника, электроинструмент |
| Шаговый | Точное позиционирование, простота управления | Низкая мощность, резонанс при определенных скоростях | ЧПУ станки, 3D-принтеры, роботы |
По виду движения
Как отличить электродвигатель по виду создаваемого движения? Существуют следующие типы:
- Электродвигатели вращательного движения — классические, создающие вращательное движение вала.
- Линейные электродвигатели — преобразуют электрическую энергию в прямолинейное движение.
- Вибрационные электродвигатели — создают колебательное движение с малой амплитудой.
- Моментные электродвигатели — обеспечивают высокий крутящий момент при низких оборотах.
По степени защиты
Степень защиты электродвигателя обозначается кодом IP (International Protection) с двумя цифрами:
- Первая цифра (от 0 до 6) — защита от твердых частиц
- Вторая цифра (от 0 до 8) — защита от жидкостей
Наиболее распространенные степени защиты:
- IP23 — электродвигатели с этой степенью защиты защищены от твердых предметов диаметром более 12 мм и от брызг воды, падающих под углом до 60° от вертикали.
- IP44 — защита от твердых тел размером более 1 мм и от брызг воды с любого направления.
- IP54 — пылезащищенные и защищенные от брызг воды с любого направления.
- IP55 — пылезащищенные и защищенные от струй воды с любого направления.
- IP65 — полностью пыленепроницаемые и защищенные от струй воды.
Отдельно выделяются взрывозащищенные электродвигатели, которые имеют специальное исполнение для работы во взрывоопасных средах.
По способу монтажа
По способу монтажа электродвигатели классифицируются в соответствии с международными стандартами IEC и DIN на типы исполнения:
- IM1001 (B3) — на лапах, с горизонтальным валом
- IM3001 (B5) — фланцевое исполнение, с горизонтальным валом
- IM2001 (B35) — на лапах и с фланцем, с горизонтальным валом
- IM3601 (B14) — с фланцем на приводной стороне, с горизонтальным валом
- IM3011 (V1) — фланцевое исполнение, с вертикальным валом, направленным вниз
- IM3031 (V3) — фланцевое исполнение, с вертикальным валом, направленным вверх
В России также применяется классификация по ГОСТ 2479-79, где используются условные обозначения IM с цифровым кодом.
По назначению
Электродвигатели различаются по своему назначению, среди них можно выделить:
- Общепромышленные электродвигатели ГОСТ стандарт — универсальные, для широкого спектра применений.
- Крановые электродвигатели — для подъемно-транспортных механизмов, характеризуются повышенной прочностью и надежностью.
- Тельферные электродвигатели — специализированные двигатели для тельферов (электрических талей).
- Электродвигатели со встроенным тормозом — для механизмов, требующих быстрой остановки.
- Электродвигатели Европейский DIN стандарт — соответствуют европейским нормам.
- Электродвигатели СССР — выпускавшиеся по советским стандартам, до сих пор распространены на многих предприятиях.
Технические характеристики и параметры
Мощность и крутящий момент
Основными параметрами электродвигателя являются мощность и крутящий момент:
- Номинальная мощность (Pном) — мощность на валу при номинальной нагрузке, измеряется в кВт или л.с. (1 л.с. = 0,736 кВт).
- Крутящий момент (M) — сила, с которой двигатель вращает вал, измеряется в Нм.
Связь между мощностью и крутящим моментом выражается формулой:
где:
- P — мощность (Вт)
- M — крутящий момент (Нм)
- ω — угловая скорость (рад/с)
- n — частота вращения (об/мин)
Скорость вращения
Скорость вращения электродвигателя зависит от его типа и числа полюсов:
- Синхронная скорость (nс) для асинхронных двигателей переменного тока вычисляется по формуле:
где:
- f — частота питающего напряжения (Гц)
- p — число пар полюсов
Для стандартной частоты 50 Гц типичные синхронные скорости составляют:
| Число полюсов | Число пар полюсов | Синхронная скорость (об/мин) |
|---|---|---|
| 2 | 1 | 3000 |
| 4 | 2 | 1500 |
| 6 | 3 | 1000 |
| 8 | 4 | 750 |
Номинальная скорость асинхронного двигателя всегда немного меньше синхронной из-за скольжения:
где s — скольжение (обычно 2-5% при номинальной нагрузке).
КПД и энергоэффективность
Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя показывает отношение полезной механической мощности к потребляемой электрической:
где:
- η — КПД (%)
- P2 — полезная механическая мощность (Вт)
- P1 — потребляемая электрическая мощность (Вт)
Современные электродвигатели классифицируются по классам энергоэффективности согласно стандарту IEC 60034-30:
- IE1 — стандартный КПД
- IE2 — повышенный КПД
- IE3 — высокий КПД
- IE4 — сверхвысокий КПД
- IE5 — ультравысокий КПД (в разработке)
Потери в электродвигателе складываются из:
- Электрических потерь в обмотках (I²R)
- Магнитных потерь в сердечнике (гистерезис и вихревые токи)
- Механических потерь (трение в подшипниках, вентиляция)
- Дополнительных потерь (поверхностные, пульсационные и др.)
Расчеты и формулы
Для правильного выбора и эксплуатации электродвигателя важно уметь выполнять основные расчеты:
Расчет потребляемого тока
Для трехфазного двигателя:
Для однофазного двигателя:
где:
- I — ток (А)
- P — мощность (Вт)
- U — напряжение (В)
- cosφ — коэффициент мощности
- η — КПД
Пример расчета
Рассчитаем потребляемый ток трехфазного асинхронного двигателя мощностью 5,5 кВт, с КПД 87% и cosφ = 0,82 при напряжении 380 В:
Расчет пускового тока
Пусковой ток асинхронного двигателя обычно в 5-7 раз превышает номинальный:
Для нашего примера:
Расчет мощности при различных режимах работы
При выборе электродвигателя необходимо учитывать режим работы, определяемый коэффициентом продолжительности включения (ПВ%):
Например, для привода с требуемой мощностью 7,5 кВт и ПВ = 40%:
Таким образом, можно выбрать двигатель мощностью 5,5 кВт.
Критерии выбора электродвигателя
При выборе электродвигателя необходимо учитывать следующие параметры:
- Требуемая мощность и крутящий момент — с учетом запаса 15-20%
- Напряжение питания — однофазное (220 В) или трехфазное (380 В)
- Скорость вращения — в зависимости от технологического процесса
- Режим работы — S1 (продолжительный), S2 (кратковременный), S3 (повторно-кратковременный) и т.д.
- Способ монтажа — на лапах, фланцевый, комбинированный
- Степень защиты — в зависимости от условий эксплуатации
- Класс нагревостойкости изоляции — A, B, F или H
- Климатическое исполнение — У, УХЛ, Т, ОМ и т.д.
- Класс энергоэффективности — предпочтительнее более высокий
Внимание! Неправильный выбор электродвигателя может привести к аварийным ситуациям, повышенному энергопотреблению, быстрому износу и выходу из строя как самого двигателя, так и приводимого механизма.
Для точного подбора рекомендуется проконсультироваться со специалистами или обратиться к производителям и поставщикам электродвигателей.
Источники информации
При подготовке данной статьи были использованы следующие источники:
- ГОСТ 2479-79 «Машины электрические вращающиеся. Условные обозначения конструктивных исполнений по способу монтажа»
- ГОСТ IEC 60034-30-1-2016 «Машины электрические вращающиеся. Классы энергоэффективности»
- ГОСТ 16264.0-85 «Машины электрические малой мощности. Общие технические условия»
- ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия»
- IEC 60034 (Международная электротехническая комиссия, стандарты для вращающихся электрических машин)
- Справочник по электрическим машинам: в 2-х томах / Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова
- Научно-техническая информация от ведущих производителей электродвигателей
Отказ от ответственности: Данная статья носит ознакомительный характер. Представленная информация может быть использована только в информационных целях. Автор и компания "Иннер Инжиниринг" не несут ответственности за последствия, которые могут возникнуть при использовании данной информации без консультации со специалистами. При выборе и эксплуатации электродвигателей необходимо руководствоваться техническими паспортами конкретных изделий и соблюдать требования нормативной документации.
Купить электродвигатели по выгодной цене
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор электродвигателей. Выберите необходимые компоненты для вашего проекта и приобретите их у нас с гарантией качества и надежной доставкой.
Заказать сейчасВы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.
