Klasifikace elektromotorů

V závislosti na účelu, na zamýšlených provozních režimech a podmínkách, na typu napájení atd. lze všechny elektromotory klasifikovat podle několika parametrů: podle principu získání provozního momentu, podle způsobu provozu, podle typu napájecího proudu, podle způsobu fázového řízení, podle typu buzení atd. Podívejme se na klasifikaci elektromotorů podrobněji.

<strong>Výskyt točivého momentu</strong>

Točivý moment v elektromotorech lze získat jedním ze dvou způsobů: na principu magnetické hystereze nebo čistě magnetoelektricky. Hysterezní motor získává kroutící moment hysterezní jev během magnetizační reverzace rotoru s pevným magnetickým polem, zatímco v magnetoelektrickém motoru je krouticí moment výsledkem interakce vystupujících magnetických pólů rotoru a statoru.

Magnetoelektrické motory dnes právem tvoří lví podíl na celkovém množství elektromotorů používaných v mnoha oblastech. Dělí se podle typu napájecího proudu na:

• DC motory,
• AC motory,
• univerzální motory.

<strong>DC motory</strong>

U motoru napájeného stejnosměrným proudem je za spínání fází zodpovědný motor sám. To znamená, že ačkoliv je do elektrického stroje dodáván stejnosměrný proud, působením vnitřních mechanismů zařízení se magnetické pole ukazuje jako pohyblivé a je schopné udržet točivý moment rotoru (jako by působil střídavý proud ve vinutí statoru).

Konstrukce a princip činnosti stejnosměrného elektromotoru: 1 – kotva, 2 – hřídel, 3 – desky komutátoru, 4 – sestava kartáče, 5 – magnetický obvod kotvy, 6 – magnetický obvod induktoru, 7 – vinutí pole, 8 – pouzdro induktoru , 9 – boční kryty , 10 – ventilátor, 11 – tlapky, 12 – ložiska.

Stejnosměrný motor se skládá ze stacionární části zvané induktor a pohyblivé části zvané kotva. V závislosti na provedení mohou být na budicím vinutí na induktoru umístěny permanentní magnety, což zjednodušuje konstrukci, ale neumožňuje regulovat magnetický tok motoru, který ovlivňuje jeho otáčky.

Podle způsobu vytváření pohyblivého magnetického pole se stejnosměrné motory dělí na:

• ventil (bezkartáčový),
• kolektor.

<strong>Buzení komutátorových motorů</strong>

Podle způsobu buzení jsou komutátorové motory těchto typů: s nezávislým buzením z permanentních magnetů nebo elektromagnetů nebo se samobuzením. Motory buzené permanentními magnety obsahují magnety na rotoru. Motory s vlastním buzením mají na rotoru speciální vinutí kotvy, které lze zapojit paralelně, sériově nebo smíchat se speciálním budicím vinutím.

<strong>Pulzní proudový motor</strong>

Pulzující proudový motor je podobný stejnosměrnému motoru. Rozdíl spočívá v přítomnosti laminovaných vložek na rámu a také dalších laminovaných tyčí. Kromě toho má motor s pulzujícím proudem kompenzační vinutí. Takové motory se používají v elektrických lokomotivách, kde jsou obvykle poháněny usměrněným střídavým proudem.

<strong>AC motor</strong>

Střídavé motory, jak už název napovídá, jsou napájeny střídavým proudem. Mohou být synchronní nebo asynchronní.

U synchronních střídavých motorů se magnetické pole statoru pohybuje stejnou úhlovou rychlostí jako rotor, zatímco u asynchronních motorů je vždy určitá prodleva (charakterizovaná hodnotou skluzu s) – magnetické pole statoru se při jeho pohybu zdá být před rotorem, který se ho zase celou dobu snaží dohnat.

Vysoce výkonné synchronní motory (s výkonem stovek kilowattů) mají na rotoru budicí vinutí. Rotory méně výkonných synchronních motorů jsou vybaveny permanentními magnety, které tvoří póly. Hysterezní motory jsou také v principu synchronní motory.

Krokové motory jsou speciální kategorií synchronních motorů s vysokou přesností řízení rychlosti otáčení až po diskrétní počítání kroků.

Spínané synchronní reluktanční motory jsou napájeny přes invertor.

Střídavé indukční motory se vyznačují tím, že jejich úhlová rychlost otáčení rotoru je vždy menší než úhlová rychlost otáčení magnetického pole statoru. Asynchronní motory jsou jednofázové (se startovacím vinutím), dvoufázové (sem patří kondenzátorový motor), třífázové a vícefázové.

Návrh třífázového asynchronního elektromotoru s rotorem nakrátko

Asynchronní elektromotor se skládá jak ze stacionární (statorové) části, tak z pohyblivé (rotorové) části, které jsou drženy ložisky 1 a 11 instalovanými v bočních krytech 3 a 9. Rotor se skládá z hřídele 2, na které je magnetická obvod 5 s vinutím je pevný. Stator motoru se skládá z pouzdra 7, ke kterému je připevněno magnetické jádro 6. V drážkách magnetického jádra je umístěno třífázové vinutí 8. Víko svorkovnice 4 a ochranné pouzdro 12 oběžného kola 10 připevněný k pouzdru.

Fázový rotor má třífázové vinutí, vyrobené jako statorové vinutí. Některé konce cívek jsou připojeny k nulovému bodu („hvězda“) a další konce jsou připojeny ke sběracím kroužkům. Na kroužky jsou umístěny kartáče, které vytvářejí kluzný kontakt s vinutím rotoru. U této konstrukce je možné k vinutí rotoru připojit spouštěcí nebo nastavovací reostat, který umožňuje měnit elektrický odpor v obvodu rotoru.

Asynchronní motor s frekvenčním měničem pro plynulou regulaci otáček hřídele změnou frekvence a napájecího napětí:

<strong>Univerzální kartáčované motory</strong>

Univerzální komutátorový motor může pracovat na stejnosměrný nebo střídavý proud (50 Hz). Má sekvenční buzení a používá se v domácích elektrospotřebičích, kde je vyžadována rychlost otáčení vyšší než maximální u běžných střídavých motorů 3000 ot./min. Výkon těchto motorů zpravidla nepřesahuje 200 W. Existuje tyristorové řízení rychlosti otáčení univerzálního motoru.

Vylepšenou verzí univerzálního motoru je synchronní motor se snímačem polohy rotoru, kde roli komutátoru plní elektronický měnič.

Elektromotory jsou stroje, které přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii. Jsou poháněny elektrickým proudem a k vytvoření pohybu využívají magnetickou sílu vytvářenou proudem.

Elektromotory jsou důležitou součástí v mnoha průmyslových a komerčních aplikacích, pohánějí vše od automobilových motorů po domácí spotřebiče.

Elektromotory jsou neuvěřitelně všestranné a přicházejí v různých tvarech, velikostech a typech, z nichž každý je vhodný pro různé úkoly a aplikace. V tomto článku se podíváme na různé typy elektromotorů, jak fungují a jejich různé aplikace.

Jak fungují elektromotory.

Elektromotory přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii vytvářením rotujícího magnetického pole. To se provádí průchodem elektrického proudu řadou cívek, které vytvářejí elektromagnetické pole. Toto pole interaguje s permanentními magnety v motoru, což způsobuje otáčení rotoru a tím vytváření točivého momentu. Rychlost a točivý moment motoru lze řídit změnou napětí a proudu napájecího zdroje. Navíc počet pólů a typ vinutí použitého v motoru může ovlivnit jeho výkon.

Typy elektromotorů.

Podívejme se na hlavní typy motorů, jejich funkčnost, úpravy a oblasti použití.

<strong>Stejnosměrné elektromotory.</strong>

Stejnosměrné motory jsou rotační elektromotory, které přeměňují stejnosměrnou elektrickou energii na mechanickou energii. Stejnosměrné motory jsou obecně klasifikovány podle velikosti, napětí, proudu, rychlosti a točivého momentu. Mají magnetické pole, které interaguje s elektrickým proudem a vytváří točivý moment, který lze použít k pohonu mechanických systémů, jako jsou ventilátory, čerpadla a dopravníkové pásy. Rychlost stejnosměrného motoru lze upravit změnou napětí nebo proudu do něj dodávaného, ​​což je činí univerzálními a přizpůsobitelnými různým aplikacím. Celkově jsou stejnosměrné motory spolehlivou a účinnou možností pro mnoho průmyslových a komerčních aplikací.

Pracují na principu elektromagnetické indukce, která zahrnuje interakci mezi magnetickým polem a elektrickým proudem.

Mezi hlavní součásti stejnosměrného motoru patří stator, rotor, komutátor a kartáče.

• Stator je nehybná část motoru a obsahuje elektromagnety, které vytvářejí magnetické pole.
• Rotor je rotační částí motoru a obsahuje kotvu, což je cívka drátu, kterou protéká elektrický proud.
• Komutátor – Otočný spínač, který připojuje kotvu ke zdroji energie.
• Kartáče jsou vodivé kontakty, které přenášejí proud mezi komutátorem a kotvou.

Existují různé typy stejnosměrných motorů, které se liší konstrukcí a principem činnosti. Jedním z nejběžnějších typů je kartáčovaný stejnosměrný motor, který pomocí uhlíkových kartáčů přepíná polaritu elektrického proudu ve vinutí motoru, což způsobuje otáčení rotoru. Dalším typem je bezkomutátorový stejnosměrný motor, který využívá elektronickou komutaci pro přepínání polarity a řízení otáček rotoru. Kartáčované DC motory jsou jednoduché a snadno se ovládají, zatímco bezkomutátorové DC motory mají delší životnost a jsou účinnější.

Stejnosměrné motory nacházejí široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích díky své účinnosti, odolnosti a všestrannosti. Jsou široce používány v elektrických vozidlech, dronech, 3D tiskárnách, průmyslových zařízeních a domácích spotřebičích, systémech HVAC, čerpadlech a dopravních pásech a mnoha dalších oborech.

Stejnosměrné motory lze přizpůsobit různým potřebám úpravou jejich napětí, proudu, rychlosti a točivého momentu. Bezkomutátorové stejnosměrné motory jsou preferovány pro aplikace, kde je vyžadována vysoká účinnost, nízké nároky na údržbu a přesné ovládání. Na druhou stranu kartáčované stejnosměrné motory jsou vhodné pro nízkonákladové a nízkoenergetické aplikace.

Celkově jsou aplikace stejnosměrných motorů omezeny pouze naší představivostí a potřebami a neustálé pokroky v technologii a designu zlepšují jejich schopnosti a rozšiřují rozsah jejich použití.

<strong>Střídavé elektromotory.</strong>

Střídavý motor je elektrický motor, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Stejně jako stejnosměrný motor funguje tak, že ve statoru vytváří točivé magnetické pole, které indukuje proud v rotoru a způsobuje jeho otáčení. Tyto motory jsou známé svou účinností, spolehlivostí a snadnou obsluhou.

Tento typ elektromotorů je široce používán v různých oblastech, od průmyslových zařízení až po domácí spotřebiče. Na rozdíl od stejnosměrných motorů, které vyžadují ke změně směru proudu komutátor, jsou střídavé motory napájeny střídavým proudem, který neustále mění směr. Střídavé motory mohou mít také pevnou rychlost nebo proměnnou rychlost.

Střídavé motory pracují s využitím střídavého proudu k vytvoření rotačního pohybu. Střídavý proud je přiváděn do statoru, stacionární části motoru, přes zdroj elektrické energie. Stator se skládá z řady elektromagnetů, které vytvářejí magnetické pole, když jimi prochází elektrický proud. Frekvence střídavého proudu určuje rychlost, kterou magnetické pole mění směr, což zase pohání rotor, rotující součást motoru. Rotor se obvykle skládá z vodivých tyčí nebo cívek, které interagují s magnetickým polem a vytvářejí sílu, která způsobuje otáčení rotoru. Změnou frekvence střídavého proudu lze řídit rychlost otáčení motoru.

Existuje několik různých typů střídavých motorů, z nichž každý je navržen pro specifické účely.

Jedním z nich je synchronní motor, který pracuje s pevnou rychlostí a obvykle se používá pro výrobu energie a přesné řídicí systémy.

Jiný typ – asynchronní motor, který pracuje při o něco nižších otáčkách než synchronní motor a používá se v celé řadě průmyslových aplikací. Samotné asynchronní elektromotory se dělí podle typu napájecí sítě. Existují jednofázové střídavé elektromotory z domácí sítě 220 V a třífázové elektromotory střídavého proudu ze sítě 380/660 voltů. Každý typ motoru má své vlastní jedinečné vlastnosti a výhody, díky čemuž je vhodný pro aplikace v různých oblastech.

Střídavé motory jsou jedním z nejběžnějších typů motorů na světě.

Jednou z hlavních výhod střídavých motorů je jejich vysoká účinnost. To znamená, že mohou přeměnit více elektrické energie na mechanickou energii, díky čemuž jsou z dlouhodobého hlediska nákladově efektivnější. Kromě toho mohou tyto motory pracovat v širokém rozsahu rychlostí, díky čemuž jsou univerzální a vhodné pro použití v různých podmínkách.

Často jsou vybírány pro svou schopnost poskytovat vysoký točivý moment při nízkých rychlostech, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace vyžadující vysoký startovací moment, jako jsou jeřáby a kladkostroje.

Střídavé motory mají také řadu dalších výhod, včetně snadného ovládání, spolehlivosti, odolnosti a snížené hladiny hluku.

typ motoru	Princip fungování	přihláška
DC motor	Přeměna elektrické energie na mechanickou energii	Široce používané v průmyslu a domácích spotřebičích
AC motor	Koncepce rotujícího magnetického pole	Používá se v různých průmyslových aplikacích včetně čerpadel, ventilátorů a kompresorů
Servomotor	Použití zpětné vazby pro přesné polohování	Často se používá v průmyslové automatizaci a robotice
Krokový motor	Pracujte na principu krokových pohybů	Široce se používá v tiskárnách, skenerech a dalších zařízeních, kde je vyžadováno přesné polohování

<strong>Servomotory.</strong>

Servomotory jsou jedním z nejinovativnějších typů motorů a jsou navrženy tak, aby přesně řídily pohyb pohonu. Od běžných střídavých motorů se liší tím, že mají vestavěný mechanismus zpětné vazby, který jim umožňuje udržovat určitou polohu nebo rychlost. Servomotory jsou široce používány v různých průmyslových aplikacích, jako je robotika, CNC obráběcí stroje a automatizované výrobní systémy, kde je rozhodující přesné polohování a ovládání.

Servomotory fungují pomocí řídicího systému s uzavřenou smyčkou, který obsahuje zpětnovazební mechanismus pro udržení konkrétní polohy nebo rychlosti. Klíčovou součástí servomotorů je servopohon, který řídí polohu a rychlost motoru. Servo přijímá zpětnovazební data ze senzorů, které měří rychlost a polohu motoru, a na základě těchto dat upravuje rychlost a polohu motoru.

Mechanismus zpětné vazby obvykle obsahuje kodér nebo potenciometr, který poskytuje informace o aktuální poloze nebo rychlosti motoru, které pak řídicí systém používá k úpravě výstupu motoru pro pohyb do požadované polohy.

Servomotory se dodávají v různých typech, každý je určen pro jiné aplikace. Existuje několik typů servomotorů, z nichž každý je vhodný pro specifické elektrické pohony. Některé z běžnějších typů zahrnují lineární servomotory, rotační servomotory a lineárně rotační servomotory.

Lineární Servomotory se používají v aplikacích, kde je vyžadován přesný pohyb po přímce. Otočný Servomotory se používají v aplikacích, kde je vyžadována přesná rotace kolem jedné osy. Lineární rotační Servomotory kombinují schopnosti lineárních a rotačních servomotorů a používají se v aplikacích, kde je vyžadován přesný pohyb a rotace.

Existují také kartáčované a bezkomutátorové stejnosměrné servomotory, které se používají v automatizaci a robotice díky své vysoké přesnosti a kroutícímu momentu. Jiný typ, AC servomotor, se používá tam, kde je vyžadováno vysokorychlostní polohování a vysoce přesné řízení. Piezoelektrické servomotory se používají v robotice kvůli jejich schopnosti vytvářet velmi velké síly na velmi malém prostoru.

Každý z těchto typů servomotorů má své výhody a nevýhody a výběr konkrétního typu závisí na požadavcích konkrétní aplikace.

Servomotory jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích. Jsou široce používány v robotice a CNC obráběcích strojích, kde je nezbytné přesné polohování a ovládání. Servomotory jsou také důležité v automatizačních aplikacích, zejména na montážních linkách, kde je vyžadováno přesné řízení pohybu. Mnoho pokročilých výrobních procesů, jako je 3D tisk, spoléhá na servomotory pro přesné umístění tiskové hlavy. Používají se také v kardanových závěsech, letadlech a další spotřební elektronice, protože poskytují vysoce přesné řízení pohybu. Celkově lze říci, že účinnost a přesnost servomotorů z nich činí důležitou součást moderních automatizačních a řídicích systémů.

<strong>Krokové motory.</strong>

Krokové motory jsou typem bezkomutátorového stejnosměrného elektromotoru, který rozděluje celou otáčku do několika stejných kroků. Fungují předvídatelně a přesně a lze je ovládat tak, aby se pohybovaly v malých, přesných krocích. Na rozdíl od běžných stejnosměrných motorů se krokové motory otáčejí v diskrétních krocích, díky čemuž jsou zvláště vhodné pro aplikace, které vyžadují přesné polohování nebo otáčení, jako jsou 3D tiskárny, CNC stroje a robotika. Krokové motory se dodávají v různých konfiguracích a velikostech, díky čemuž jsou dostatečně univerzální pro použití v široké řadě aplikací.

Přesného pohybu krokových motorů je dosaženo rozdělením celé otáčky na sérii stejných kroků. Jednou z výhod krokových motorů je jejich schopnost udržet svou polohu bez spotřeby energie, díky čemuž jsou vhodné pro držení nákladu v pevné poloze.

Krokové motory pracují na „krokovém“ pohybu, což znamená, že se pohybují z jedné polohy do druhé s určitým počtem kroků mezi nimi. To jim umožňuje dosahovat vysoké přesnosti a ovladatelnosti, díky čemuž jsou ideální pro použití v aplikacích, kde je vyžadována vysoká účinnost a rychlost.

Krokové motory se dodávají v různých typech, každý je navržen pro specifické aplikace. Lze je rozdělit do dvou širokých kategorií: bipolární a unipolární krokové motory.

• Bipolární krokové motory vyžadují složitější řídicí obvod, ale poskytují vyšší točivý moment a přesnost.
• Unipolární krokové motory se snadněji ovládají, ale mají nižší točivý moment a přesnost.

Další klasifikace krokových motorů je založena na počtu kroků na otáčku. Krokové motory s vysokým rozlišením poskytují jemnější ovládání tím, že mají více kroků na otáčku, zatímco krokové motory s nízkým rozlišením mají méně kroků na otáčku a obvykle se používají pro aplikace, které nevyžadují vysokou přesnost pohybu.

Existuje také několik podtypů krokových motorů, z nichž každý má své vlastní jedinečné vlastnosti a lze je použít v různých podmínkách v závislosti na požadavcích konkrétní aplikace.

• Jednokrokové motory jsou nejjednodušším a cenově nejdostupnějším typem krokového motoru a lze je použít v široké škále aplikací.
• Dvoukrokové motory jsou sofistikovanějším typem krokového motoru, který může poskytnout vyšší přesnost a ovladatelnost než jednokrokové motory.
• Mikrokrokové motory jsou nejpřesnějším a nejovladatelnějším typem krokového motoru a lze je použít v aplikacích, kde je vyžadována vysoká přesnost a rychlost pohybu.

Krokové motory jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích díky jejich přesnosti pohybu a ovládání. Díky své přesnosti a ovladatelnosti mohou krokové motory výrazně zlepšit výkon a efektivitu aplikací, ve kterých se používají. Jsou široce používány v CNC strojích, 3D tiskárnách, robotice a automatizačních systémech, protože poskytují vysoce přesný a opakovatelný pohyb. Krokové motory jsou velmi univerzální a integrované do mnoha moderních technologií, díky čemuž jsou důležitou součástí v různých průmyslových a spotřebitelských aplikacích.

typ motoru	Výhody	Omezení
DC motor	Levné, snadné použití	Neefektivní, vyžaduje neustálou údržbu a výměnu kartáčů
AC motor	Efektivní; spolehlivější než stejnosměrný motor	Obtížné použití
Servomotor	Vysoká přesnost polohování a ovládání, vysoká produktivita	Drahé, obtížně použitelné
Krokový motor	Vysoká přesnost polohování, nízké náklady	Nízký výkon, hlučnost, neefektivita

Výhody elektromotorů

Elektromotory nabízejí širokou škálu výhod, včetně vyšší účinnosti, nižších nákladů na údržbu a lepšího výkonu. Elektromotory jsou navíc šetrnější k životnímu prostředí než tradiční motory, protože produkují méně emisí. Kromě toho vyžadují k provozu méně energie, což z nich činí nákladově efektivní řešení pro různé aplikace.