Електродвигун

Вперше перетворення електричної енергії у механічну за допомогою електромагнітного поля продемонстрував у 1821 британський фізик М. Фарадей. У 1834 вчений Б. Якобі створив перший придатний для практичного використання електродвигун постійного струму, у 1888 сербський винахідник Н. Тесла обґрунтував принцип побудови двофазного електродвигуна змінного струму, у 1889 році інженер М. Доліво-Добровольський сконструював перший у світі трифазний асинхронний електродвигун, що став найпоширенішою електромашиною. Відтоді електродвигун пройшов значний період розвитку та вдосконалення і став одним із основних двигунів у промисловості (підйомно-транспортні машини, електропривід), на транспорті (трамваї, тролейбуси, механізми літаків та суден, електроавтомобілі тощо) й у побуті (побутова електротехніка)[3].

Електродвигун складається із обертової частини — ротора та нерухомої частини — статора. Розрізняють електродвигуни постійного та змінного струму. Останні поділяють на синхронні та асинхронні. Асинхронні електродвигуни у свою чергу, поділяються на асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором (так звана біляча клітка) та фазним ротором, а за функціональним призначенням, на: загальнопромислові, кранові, ліфтові, екскаваторні, тролейбусні, трамвайні, автомобільні.

Електродвигун є частиною електропривода транспортних (підіймально-транспортних) засобів, зокрема конвеєрів, шахтних підіймальних установок тощо.

Електродвигуни застосовуються у безлічі побутових приладів, наприклад: пральні машини, мікрохвильові пічки, відеомагнітофони, жорсткі диски, CD-програвачі, вентилятори, газонокосарки тощо; у великих кількостях використовуються у машинах, обладнанні, робототехніці, іграшках, електронному обладнанні. На частку електродвигунів припадає понад 50 відсотків споживання електроенергії, наприклад, у Німеччині.

Електрична потужність електродвигуна (англ. heat power of an electric motor) — найбільша корисна потужність на валу двигуна, за обумовленого режиму роботи, без перегріву обмотки вище норми, яка обумовлюється класом нагрівостійкості ізоляції обмотки двигуна. Розрізняють такі номінальні режими роботи: тривалий S1, короткочасний S2, повторно-короткочасний S3 і повторно-короткочасний з частими пусками S4. Для багатьох видів гірничого обладнання, застосовують асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором, які працюють у режимах, близьких до S1 і S4.

Номінальний тривалий режим S1 — це режим, за якого, тривалість роботи двигуна, у разі незмінного зовнішнього навантаження, достатня для досягнення температурою нагріву ізоляції обмотки статора, сталого значення.

Номінальний повторно-короткочасний режим з частими пусками — це режим, коли короткочасні робочі увімкнення, чергуються з періодами вимкнення електродвигуна. У цьому разі, періоди навантаження двигуна зовнішнім навантаженням та його вимкнення, недостатньо тривалі, щоб температура могла досягнути, як сталого значення, так і температури навколишнього середовища.

Електродвигуни постійного струму, можуть бути з паралельним, послідовним та змішаним збудженням.

Паралельне збудження — якірна обмотка і обмотка збудження підключені до мережі паралельно. Такий двигун не сильно реагує на зміну навантаження, а з тим, відповідно, має жорстку характеристику. Деякі двигуни з паралельним збудженням мають невеличку, на декілька витків, обмотку послідовного збудження, яку підключено зустрічно із паралельною обмоткою, і призначено для зменшення реакції якоря.

Послідовне збудження — обмотка збудження підключена послідовно з якірною обмоткою, і у ній протікає такий же струм, як і в якірній. Такий двигун має м'яку характеристику — сильна реакція на зміну навантаження. Якщо зняти навантаження з двигуна, відповідно упаде сила струму в обох обмотках. Спад струму в обмотці збудження призведе до зменшення її магнітного потоку, і цим — до збільшення частоти обертання якоря. За збільшення частоти обертання якоря, протиелектрорушійна сила ще більше зменшить силу струму в обмотці, і цим ще більше зменшить магнітний потік обмотки збудження. Такий електродвигун піде «врозліт». Тому двигуни з послідовним збудженням повинні бути міцно з'єднані з навантаженням (робочим механізмом).

Змішане збудження — такий двигун має дві обмотки збудження — послідовну та паралельну. Послідовну обмотку може бути підключено зустрічно або згідно із паралельною обмоткою. Такий двигун має жорсткішу характеристику ніж двигун із послідовним збудженням.

Маркування електродвигунів складається з декількох основних частин:

• 1.Марка (АИР)
• 2.Ознака модифікації
• 3.Висота осі обертання
• 4.Настановний розмір за довжиною станини
• 5.Довжина осердя
• 6.Кількість полюсів
• 7.Ознака за призначенням (конструктивна модифікація)
• 8.Кліматичне виконання
• 9.Категорія розміщення

Принцип роботи та будова колекторного електродвигуна.

В основі роботи колекторних двигунів лежить фізичне явище — втягування або виштовхування провідника з електричним струмом у магнітному полі, дія на провідник зі струмом сили Ампера. Щоб провідник зі струмом безперервно рухався між полюсами магніту, йому надають форми рамки, на обидва боки якої магніт діятиме одночасно, але у протилежних напрямках: один бік рамки втягуватиме, а другий — виштовхуватиме. За половину оберту рамка зупиниться. А щоб вона і далі оберталась у тому самому напрямку, у цю мить, треба змінити напрямок струму у рамці, тобто поміняти місцями кінці провідників, що підводять струм від джерела.

Для автоматичної зміни напрямку струму у рамці установлено спеціальний перемикач — колектор. Зазвичай, його виготовлено із двох напівкруглих латунних пластин. До пластин притиснуто ковзні графітові контакти (щітки), крізь які до рамки надходить електричний струм. У промислових колекторних електродвигунах рамку із проводів намотують у пази, вирізані в залізному осерді. Залізо підсилює магнітне поле, яке діє на рамку. Ту частину двигуна, де намотані рамки, називають якорем, або ротором. Оскільки обмоток на якорі кілька, то й колектор складається з багатьох ізольованих одна від одної і від вала двигуна, латунних пластин.

Колектор жорстко закріплено на валу якоря. До колектора притискуються за допомогою пружин графітові щітки. Графіт для щіток і латунь для колектора вибрані тому, що під час обертання ротора ці матеріали мало стираються, а отже, забезпечується довший термін їх використання.

Під час роботи двигуна рух якоря передається валу, а з нього — безпосередньо робочим органам споживача. Вал обертається у підшипниках, запресованих у задню і передню кришки статора. Охолодження електродвигуна забезпечує вентилятор, крильчатку якого закріплено на валу.

Процес перемикання секцій обмотки якоря з однієї паралельної гілки на іншу і явища, що виникають при цьому у короткозамкнених секціях, називають комутацією.

Для створення безіскрової комутації, послідовно з обмоткою якоря вмикають обмотки додаткових полюсів. Їх розміщують так, щоби після північного головного, був додатковий північний полюс у напрямку обертання якоря. Магнітний потік додаткових полюсів спрямовано назустріч магнітному потоку якоря і автоматично компенсує його за будь-якого навантаження. Таким чином, у короткозамкнених секціях обмотки якоря, струм не виникає.

Механічною характеристикою електродвигуна, називається залежність частоти обертання його вала, від обертального моменту, який він розвиває n=f(М).

У всіх електродвигунах, за винятком синхронних, у двигунному режимі роботи, під час збільшення моменту навантаження на валу, частота обертання зменшується, а у гальмівних режимах за збільшення частоти обертання, гальмівний момент зростає. У різних двигунах, у разі зміни навантаження на валу, частота обертання змінюється неоднаково. Залежно від того, наскільки змінюється частота обертання двигуна за зміни навантаження на його валу, механічні характеристики поділяються на абсолютно тверді, тверді та м'які.

Абсолютно твердою називається механічна характеристика двигуна, частота обертання якого не змінюється у разі зміни навантаження на його валу. Таку характеристику мають синхронні електродвигуни.

Тверду характеристику має двигун, що мало змінює свою частоту обертання під час зміни навантаження на валу у широких межах. До них належать електродвигуни постійного струму з паралельним збудженням та асинхронні. М'яка характеристика у двигунах, в яких у разі невеликого збільшення навантаження на валу, значно зменшується частота обертання (електродвигуни постійного струму послідовного збудження).

Стійкість роботи електродвигуна — здатність електродвигуна працювати без перекидань. Для гірничих машин обладнаних асинхронними електродвигунами з короткозамкненими роторами, що широко застосовуються, стійкість роботи електропривода при стаціонарних режимах навантаження, можуть характеризувати стійкий момент і відповідна йому стійка потужність. Стійким моментом двигуна, що працює у складі відповідної силової підсистеми, називається максимальне значення середнього рівня його обертового моменту, за якого електродвигун може працювати стійко, без перекидань. Стійкість динамічної поведінки двигуна може виступати як чинник, який обмежує теоретичну продуктивність гірничого обладнання, що треба враховувати під час проектування й експлуатації останнього.

Електродвигун занурений (заглибний) (рос. погружной электродвигатель; англ. submersible electric motor; нім. Unterwassermotor, UW-Motor) — трифазний асинхронний мастилонаповнений, із короткозамкненим ротором електродвигун, який опускається у свердловину на колоні насосно-компресорних труб, занурюється під рівень рідини та служить індивідуальним приводом електровідцентрового насоса.

Електродвигун встановлюють на фундамент. При цьому, після центрування, повинна бути витримана співвісність валів електродвигуна, редукторів і приводної шестерні. Неспіввісність валів, що сполучаються, мусить бути не більше 0,2 мм. Після напресовування втулки на вал електродвигуна, треба ретельно зашпакльовувати торець валу для чого використовують епоксидну шпаклівку з наповнювачем: азбестом, портландцементом або маршалітом. Після установки і вивіряння електродвигуна на фундаменті, проводиться заливка його рами бетонним розчином. Перевіривши і оглянувши електродвигун згідно інструкції з монтажу й експлуатації електродвигуна, його вмикають під напругою і перевіряють правильність напряму обертання валу. Після цього втулки, насаджені на кінці валів електродвигуна і редуктора, сполучають з обоймами муфти.

• Електромобіль
• Асинхронна машина
• Вентильний електродвигун
• Водневий двигун
• Моментний двигун
• Електропривод
• Гідрозахист електродвигуна

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• ДНАОП 0.00-1.32-01. Правила улаштування електроустановок. Електрообладнання спеціальних установок. — Київ, 2001.