Двигун / Електродвигун

• Що таке електродвигун?
• Як працює електродвигун?
• Які типи електродвигунів існують?
• Хто винайшов електродвигун?
• 
  Що ми пропонуємо: відповідний електродвигун для кожного застосування з нашої модульної системи
  
  
  • Двигуни змінного струму/асинхронні двигуни
  • Серводвигуни – синхронні та асинхронні
  • Лінійні двигуни
  • Лінійні двигуни з постійними магнітами (LSPM)

Що таке електродвигун?

Як привести речі до руху і підтримувати їх у русі, не рухаючи м’язами? У той час як парові двигуни створюють механічну енергію за допомогою гарячої пари або, точніше, тиску пари, електродвигуни використовують електричну енергію як джерело. З цієї причини електродвигуни ще називають електромеханічними перетворювачами.

Протилежною частиною електродвигуна є генератор, який має подібну структуру. Генератори перетворюють механічний рух в електричну енергію. Фізичною основою обох процесів є електромагнітна індукція. У генераторі індукується струм і створюється електрична енергія, коли провідник знаходиться в рухомому магнітному полі. Тим часом в електродвигуні провідник зі струмом індукує магнітні поля. Їх змінні сили тяжіння і відштовхування створюють основу для створення руху.

Як працює електродвигун?

Загалом, серце електродвигуна складається зі статора і ротора. Термін «статор» походить від латинського дієслова «stare» = «стояти на місці». Статор є нерухомою частиною електродвигуна. Він міцно прикріплений до настільки ж нерухомого корпусу. Ротор, навпаки, закріплений на валу двигуна і може рухатися (обертатися).

У випадку двигунів змінного струму статор містить так званий багатошаровий сердечник, який обмотаний мідними проводами. Обмотка діє як котушка і створює обертове магнітне поле, коли струм протікає через дроти. Це магнітне поле, створене статором, індукує струм в роторі. Цей струм потім створює електромагнітне поле навколо ротора. В результаті ротор (і прикріплений вал двигуна) обертаються відповідно до обертового магнітного поля статора.

Електродвигун служить для застосування створеного обертального руху для привода редуктора (як перетворювача крутного моменту та варіатора швидкості) або для безпосереднього приводу як у лінійних двигунах.

Які типи електродвигунів існують?

Всі винаходи починалися з двигуна постійного струму. Однак сьогодні електродвигуни змінного струму різних конструкцій найбільш часто використовуються у промисловості. Усі вони мають загальний результат: обертальний рух осі двигуна. Функція двигунів змінного струму заснована на електромагнітному принципі роботи двигуна постійного струму.

Двигуни постійного струму

Як і більшість електродвигунів, двигуни постійного струму складаються з нерухомої частини, статора, і рухомого компонента — ротора. Статор складається або з електричного магніту, який використовується для індукування магнітного поля, або з постійних магнітів, які безперервно створюють магнітне поле. Всередині статора розташований ротор обгорнутий котушкою, який ще називається якорем. Якщо котушку підключити до джерела постійного струму (батареї, акумулятора або блоку живлення постійної напруги), вона створює магнітне поле і феромагнітний сердечник ротора перетворюється на електромагніт. Ротор рухомий, закріплений на підшипниках і може обертатися так, що вирівнюється з притягуючими, тобто протилежними полюсами магнітного поля – з північним полюсом якоря, протилежним південному полюсу статора, і навпаки.

Щоб привести ротор у безперервний обертальний рух, магнітне вирівнювання необхідно знову і знову змінювати. Це досягається зміною напрямку струму в котушці. Для цього двигун має так званий комутатор. Два контакти живлення підключені до комутатора, і він бере на себе завдання зміни полярності. Змінні сили притягання та відштовхування забезпечують продовження обертання якоря/ротора.

Двигуни постійного струму в основному використовуються в програмах з низькою потужністю. До них відносяться менші інструменти, підйомники, ліфти або електромобілі.

Асинхронні двигуни змінного струму

Замість постійного струму двигун змінного струму потребує трифазного змінного струму. В асинхронних двигунах ротор являє собою так званий короткозамкнутий ротор. Повертання відбувається в результаті електромагнітної індукції цього ротора. Статор містить обмотки, зміщені на 120° (трикутні) для кожної фази трифазного струму. При підключенні до трифазного струму кожна з цих котушок створює магнітне поле, яке обертається в ритмі зміщеної в часі частоти лінії. Електромагнітно-індукований ротор переноситься цими магнітними полями і обертається. Таким чином, комутатор, як у двигуна постійного струму, не потрібен.

Асинхронні двигуни також відомі як індукційні двигуни, оскільки вони працюють лише через електромагнітно-індуковану напругу. Вони працюють асинхронно, оскільки окружна швидкість електромагнітно-індукованого ротора ніколи не досягає швидкості обертання магнітного поля (обертового поля). Через це ковзання ефективність асинхронних двигунів змінного струму нижча, ніж у двигунів постійного струму.

• Детальніше про структуру двигунів змінного струму / асинхронних двигунів та про те, що ми пропонуємо

Синхронні двигуни змінного струму

У синхронних двигунах ротор оснащений постійними магнітами замість обмоток або стрижнів-провідників. Таким чином, електромагнітна індукція ротора може бути пропущена, і ротор обертається синхронно без ковзання з тією ж окружною швидкістю, що й магнітне поле статора. Таким чином, ефективність, щільність потужності та можливі швидкості значно вищі у синхронних двигунів, ніж у асинхронних. Однак конструкція синхронних двигунів також набагато складніша і трудомістка.

• Детальніше про синхронні двигуни та наше портфоліо

Лінійні двигуни

Крім обертових машин, які в основному використовуються в промисловості, необхідні також приводи для переміщення по прямих або криволінійних коліях. Такі профілі руху зустрічаються в основному в верстатах, а також в системах позиціонування та обробки.

Обертові електродвигуни також можуть перетворювати свій обертальний рух у лінійний за допомогою редуктора, тобто можуть викликати його опосередковано. Однак часто вони не мають необхідної динаміки для реалізації особливо вимогливих і швидких «поступальних» рухів або позиціонування.

Ось тут у гру вступають лінійні двигуни, які безпосередньо генерують поступний рух (прямі приводи). Їх функція може бути отримана з обертових електродвигунів. Для цього уявіть, що обертовий двигун «відкритий»: раніше круглий статор був рівною дистанцією (колійною або рейковою). Потім на цьому шляху утворюється магнітне поле. У лінійному двигуні ротор, який відповідає ротору в трифазному двигуні і обертається там по колу, тягнеться на відстань ходу прямолінійно або по кривих магнітним полем статора, що рухається поздовжньо.

• Більше інформації про лінійні двигуни та наші приводи

Хто винайшов електродвигун?

Винахід електродвигуна не можна простежити до однієї людини. Його відкриття стало результатом досліджень кількох винахідників. У 19 столітті інтерес до електротехніки дедалі зростав і надихав дослідників по всьому світу. Один за одним з’являлися нові винаходи.

Оскільки перші електродвигуни залежали від поточної подачі цинкових батарей, попереду був ще довгий шлях, перш ніж вони змогли серйозно конкурувати з переважаючими паровими двигунами. Це змінилося з розробкою перших електрогенераторів.

Але і тут були обмеження. Постійний струм, створюваний генераторами, не міг транспортуватися на великі відстані. Прорив відбувся лише з впровадженням змінного трифазного струму, який можна було забезпечити на великі відстані без великих втрат, і з винаходом двигуна змінного струму.

Ось невелике, не повне уявлення про історичні дані та факти:

• У 1800 році італійський професор фізики Алессандро Вольта побудував Вольтову кучу, названу його ім'ям. Він зміг генерувати електроенергію безперервно – перша функціонуюча батарея, що складається з купи мідних і цинкових пластин, накладених один на одного.
• 1820: Фізичною основою електродвигуна є електромагнетизм, відкриття якого належить до датського фізика, хіміка та натурфілософа Крістіана Ерстеда. Він виявив, що навколо провідника, оточеного електрикою, утворюється магнітне поле.
• 1821: Незабаром після цього англійський вчений-природник Майкл Фарадей відкрив електромагнітне обертання. За допомогою постійного магніту він привів у обертальний рух провідник зі струмом і таким чином створив основу для розробки електродвигуна.
• 1822: Колесо Барлоу, назване на честь англійського математика і фізика Пітера Барлоу, відноситься до його часу. Йому вдалося перевернути пристрій за допомогою постійного струму.
• У 1831 році, через десять років після відкриття електромагнітного обертання, Майкл Фарадей успішно провів експеримент, під час якого зміг генерувати електричний струм зі змінним магнітним полем. Винахід електромагнітної індукції належить йому, як і створення умови для подальшого розвитку генератора струму.
• У 1831 році, незалежно від Фарадея, американський фізик Джозеф Генрі відкрив електромагнітну індукцію за допомогою свого коливального коромисла з електромагнітним приводом.
• У 1834 році пруссько-російський фізик і інженер Моріц Герман фон Якобі розробив перший електродвигун, придатний для використання у реальному житті, і таким чином побудував перший електричний човен, який він продовжував удосконалювати протягом наступних кількох років.
• У 1837 році американський ювелір і винахідник Томас Девенпорт отримав перший патент на розроблений ним у 1934 році електродвигун постійного струму, який використовував для приводу своєї моделі електровоза.
• У 1866 році німецький промисловець Вернер Сіменс винайшов електричний генератор за принципом динамо, що згодом дало початок двигуну постійного струму.
• 1888: Нікола Тесла, народився в регіоні колишньої Австрійської імперії, яка сьогодні є Хорватією, і емігрував до Америки, є батьком багатьох патентів, у т.ч. патентів щодо багатофазного змінного струму.
• 1888: Майже одночасно, але повністю незалежно від Тесли, італійський інженер і професор фізики Галілео Феррарі заглиблюється в технологію змінного трифазного струму.
• У 1889 році головний інженер-конструктор AEG, народжений у Росії, Михайло фон Доліво-Добровольський ґрунтує свої дослідження на висновках Тесли і Феррарі і розробляє перший трифазний двигун з короткозамкнутими камерами. Це проклало шлях до успіху, щоб асинхронний двигун став широко використовуватися у промисловості, що заклало основу для створення перших систем електропостачання.

Все починалося з електродвигунів. Електродвигуни все ще є частиною нашого основного бізнесу – в основному у формі мотор-редукторів і в поєднанні з частотними перетворювачами, які відповідають бажаному застосуванню. Як один із провідних світових виробників приводів і рішень для автоматизації, ми пропонуємо вам широкий асортимент асинхронних і синхронних двигунів. Будь то енергоефективні двигуни, лінійні двигуни, електричні циліндри, двигуни з гігієнічним чи вибухозахищеним дизайном, надзвичайно низьковольтні приводи тощо – оптимальне рішення електродвигунів для вас гарантовано. Широкий асортимент аксесуарів, таких як гальма, вбудовані енкодери та інші опції, доповнюють наш асортимент двигунів.