Как выбрать электродвигатель: виды и параметры Статья

Выбор электродвигателя - обширная тема, которую непросто разобрать в одной статье. Ведь сегодня существует множество электродвигателей, которые могут очень сильно отличаться друг от друга. А есть и особые типы, которые применяются очень редко. Впрочем, про такие мы рассказывать не будем, а поговорим в целом про электродвигатели. Мы расскажем, какие они бывают, чем отличаются друг от друга, какие у них характеристики и как выбрать правильный. Подавляющее большинство электрических двигателей, которые используются сегодня, подходят как раз под те параметры, о которых мы будем говорить в нашем материале. Исключения мы рассматривать не будем, в этом нет особого смысла, ведь на то они и исключения, что используются очень редко. Но перейдем к делу.

Виды электродвигателей

Существуют разные способы классификации электрических двигателей, но в данном случае мы поговорим именно о видах. Каждый из этих видов имеет свои параметры и про каждый можно написать отдельную статью, там хватает нюансов как по выбору, так и по эксплуатации. Но мы не хотим делать этот материал слишком уж длинным, поэтому тут мы поговорим только про наиболее распространенные виды двигателей. Такие, как пъезодвигатель мы рассматривать не будем. Хотя у них есть свои плюсы, но все же распространены они не слишком широко. Про каждый из видов мы расскажем коротко и основное.

Синхронные электродвигатели

Относятся к электродвигателям переменного тока, они бывают разных подвидов, тут выделяют те, которые имеют или не имеют магниты, те, у которых есть обмотка возбуждения и контактные кольца. Электродвижущая сила (ЭДС) может быть как синусоидальной, так и трапецеидальной. Раньше они использовались в основном в электростанциях и на объектах промышленности, то есть, это были габаритные и мощные двигатели. Но после появления полупроводников синхронные электродвигатели нашли более широкое применение, можно даже сказать, что пережили второе рождение. Сегодня они используются в стиральных машинах, электромобилях, вентиляторах, компрессорах, насосах и т.д.

Если говорить в целом, то их преимущества в небольших габаритах, высоком коэффициенте полезного действия, устойчивость к перегрузкам, постоянная скорость вращения, которая не меняется при нагрузке. Кроме того, они не чувствительны к колебаниям сетевого напряжения. Сегодня синхронные электродвигатели бывают разной мощности, от небольших, которые используются в бытовых приборах, то устройств, которые потребляют 90-100 кВт. К их недостаткам относят более сложную конструкцию, чем у некоторых других видов, а также высокую цену. Но стоит отметить, что их свойства во многом зависит от подвида, между ними могут быть очень серьезные различия. Нельзя сказать, что это идеальный вид электродвигателя (хотя сегодня некоторые думают именно так), все же у него есть определенные недостатки.

Асинхронные электродвигатели

И это электродвигатель переменного тока, который также могут называть индукционным. В принцип работы мы углубляться не будем, но отметим, что у него частота вращения не равна частоте вращения магнитного поля (вторая выше). Сегодня это довольно популярный электродвигатель, если не говорить про промышленные изделия, а только про бытовые, он используется в определенных устройствах. Прежде всего в тех, в которых не нужно менять частоту вращения. Например, их используют в некоторых станках, лифтах, вентиляторах, холодильниках. Они тоже бывают разные, есть отличия по способу управления, разные режимы работы и т.д. К плюсам асинхронных двигателей относят их невысокую стоимость, простую конструкцию. Кроме того, у электродвигателей этого типа нет скользящего контакта (например, в отличие от коллекторных), а это приводит к тому, что они отличаются высокой надежностью и не требуют особого технического обслуживания. Также их, из-за отсутствия коллектора, их можно делать огромной мощности.

Но, разумеется, идеального типа электродвигателя не существует, иначе можно было бы и не писать статью про то, как его выбрать. У асинхронных электродвигателей есть свои недостатки, некоторые из которых достаточно серьезные и ограничивают сферу их применения. Главный минус заключается в том, что этот тип двигателя довольно сложно регулировать. При обычном понижении напряжения, при условии сохранения частоты, отставание частоты вращения увеличится от частоты поля статора. Проще говоря, потери в роторе станут слишком большими, в результате чего двигатель может попросту перегреться и выйти из строя. Поэтому для их регулировки нужно менять не только напряжение, но и чистоту, либо использовать векторное управление. Впрочем, для последнего будет нужен преобразователь чистоты, что сделает конструкцию более дорогой. Можно сказать, что асинхронные двигатели зачастую делят на односкоростные и многоскоростные.

Понижение нагрузки плохо еще и тем, что сильно падает КПД. У асинхронных двигателей пусковые токи могут быть существенно выше, чем нормальные рабочие. Это приводит к повышенной нагрузке на электрическую сеть, да и самому двигателю вредит. Впрочем, современные модели оснащаются устройством плавного пуска, которое убирает этот недостатков. Бывают однофазными или трехфазными, реже встречаются двухфазные. В целом, это неплохой вид электрического двигателя, пусть и со своими недостатками.

Электродвигатель постоянного тока

А это двигатель, который знают все. В детских старых игрушках, в которых в принципе был электродвигатель, устанавливали именно этот тип. И это первая их особенность - они бывают очень маленькие, впрочем, делают и крупные, большой мощности. Как понятно из названия, для питания нужен постоянный ток. Подобные электродвигатели бывают разных видов, например, коллекторные (их количество может быть больше двух), бесколлекторные, в которых применяется электронный переключатель тока. Есть и другие виды, например, униполярный, но они применяются довольно редко. Другой их плюс это возможность быстрого запуска, конструкция в целом простая (особенно у тех, у которых нет коллектора), можно регулировать скорость вращения и делать это очень плавно.

Но у электрических двигателей постоянного тока есть и недостатки, некоторые из которых весьма существенные. Те модели, которые имеют коллектор и щетки, подвержены быстрому износу, да и щетки могут искрить при высоких нагрузках или из-за других причин. Если же это бесколлекторный двигатель (бесщеточный), то этого недостатка уже нет, но цена выше. Есть у них и другие недостатки, в частности, они сложны в обслуживании или ремонте, ну и необходимость наличия источника постоянного тока тоже относят к минусам. Сегодня двигатели постоянного тока используются все реже, но из употребления они не вышли и не выйдут еще долго. Все же есть сферы, где имеет смысл использовать именно этот тип.

Это основные и наиболее часто используемые сегодня виды электродвигателей. Разумеется, это далеко не все, если писать про все виды и подвиды, вроде вентильно-индукторных, то статья получилась бы очень длинной. Но зачастую вопрос выбора электродвигателя не стоит, например, если в каком-то устройстве он вышел из строя и не подлежит ремонту. В этом случае придется покупать электродвигатель аналогичного вида и со схожими характеристиками. Другое дело, когда речь идет о создании какого-то оборудования, но тут электродвигатель выбирают не только по типу, но еще и по параметрам. Об этом мы расскажем ниже.

Параметры электродвигателей

У электродвигателей есть ряд параметров, которые обязательно учитывают при их выборе. В первую очередь это зависит от того, где именно будет использовать электрический двигатель, для какого оборудования он нужен, в каких условиях будет эксплуатироваться и т.д. Для некоторых параметров существуют формулы, некоторые из них довольно сложные. В рамках этой статьи мы про формулы и говорить не будем, как и разбирать конкретные примеры. Это тема для отдельного разговора, да и формул очень много. Ведь одно дело двигатель для вентилятора, тут формула вычисления мощности будет простой, другое дело, двигатель для насоса. Во втором случае учитывают плотность жидкости, необходимую высоту подъема, ускорение свободного падения и другие параметры. Но, повторимся, это очень обширная тема.

Режимы работы

Режим работы это тип нагрузки на электродвигатель. Есть несколько режимов, у каждого есть свои особенности. И тут стоит отметить, что для разных нагрузок могут использовать разные формулы расчета других параметров, например, это актуально для мощности. Но режим работы это в любом случае то, что нужно выбирать, тут нельзя один тип заменить другим, это будет чревато поломкой электродвигателя. Ну а режимы есть следующие:

• S1. Это продолжительный режим, который подразумевает постоянную нагрузку до тех пор, пока температура двигателя не достигнет установленного уровня. То есть, здесь не подразумевается изменение нагрузки.

• S2. Также его называют кратковременным. Тут важна перегрузочная способность электродвигателя. При эксплуатации его температура не должна достигать установленного параметра, а при его отключении она должна опуститься до температуры окружающей среды.

• S3. Это периодически-кратковременный. Тут подразумевается работа электродвигателя с периодическими отключениями. При этом температура не должна опускаться до температуры окружающей среды или подниматься до установленного значения. Тут есть две особенности, которые учитывают при выборе. Во-первых, обращают внимание на то, сколько раз двигатель можно включать за определенный промежуток времени. Во-вторых, когда рассчитывают мощность, учитывают не только потери в переходные периоды, но и время, которое приходится на паузы.

• S4 и S5. Первый это периодически-кратковременный с большим количеством пусков, второй это периодически-кратковременный с электрическим торможением. В целом, эти два режима работы практически идентичны S3, поэтому тут при расчете используются аналогичные параметры и формулы.

Также есть режимы работы от S6 до S9, их рассматривать отдельно большого смысла нет. Но стоит отметить, что большая часть современных электродвигателей способы работать при изменяющемся уровне нагрузки. Впрочем, это зависит как от типа электродвигателя, так и от качества его исполнения.

Климатическое исполнение

Когда выбирают электродвигатель, смотрят не только на его тип и технические параметры, но и также на его климатическое исполнение. На самом деле, игнорировать это не стоит, это очень важно. Хотя бы потому, что если здесь сделать неправильный выбор, то электродвигатель может работать некорректно, а то и вовсе выйдет из строя. В маркировке обязательно указывается климатическое исполнение, здесь есть как цифры, так и буквы, по которым можно понять, для каких условий предназначен конкретный двигатель. Цифры означают место размещения:

• 1 - допустимо использовать под открытым небом, то есть, на открытых площадках. При этом не стоит это путать с IP - параметром пылевлагозащиты, это другое.

• 2 - можно использовать в помещениях, в который есть свободный доступ воздуха.

• 3 - электродвигатели для использования в закрытых помещениях и цехах.

• 4 - можно использовать в помещениях, где есть регуляция климатических условий. Проще говоря, там, где есть вентиляция, отопление и т.д.

• 5 - особый тип, который подразумевает использования в зонах с очень высокой влажностью, вплоть до образования конденсата.

Буквы указывают на тип климата, в котором допустимо использовать электродвигатель. Конечно, сам по себе тип климата не имеет решающего значения, так как условия могут быть разными. Например, в условиях умеренного климата могут быть периоды, когда он становится похожим на тропический. Но, тем не менее, такая маркировка присутствует.

• ХЛ - холодный климат.

• М - использование в условиях морского климата.

• О - только для применения на суше.

• В - универсальные, могут использоваться на море или на суше и при любом климате.

• У - для умеренного климата.

• ТВ - для тропического климата с повышенной влажностью.

• ТС - для сухого тропического климата.

• Т - для любого тропического климата.

Мощность

Как мы уже писали выше, мощность рассчитывается по довольно сложным формулам. Более того, для разных электрических приборов это будут разные формулы. Про все писать смысла нет, это будет слишком долго, да и при желании вы самостоятельно найдете формулы под то оборудование, для которого вам нужен электродвигатель. Также нужно учитывать и пусковой момент двигателя, в отдельных случаях это особенно актуально. В целом, про выбор мощности можно сказать то, что этот параметр нужно подбирать внимательно и действительно правильно его рассчитывать. Если мощности недостаточно, то тут понятно - оборудование не сможет функционировать нормально. Но если мощности избыток (а многие любят подбирать «с запасом»), это тоже не хорошо. Все же вы выбираете не электроинструмент, где запас действительно лишним не будет. В случае с электродвигателем избыточная мощность приведет к тому, что его КПД будет ниже.

Это основное, что нужно знать при выборе электродвигателя. Конечно, мы не вдавались в детали, в частности не говорили подробно о формулах расчета мощности и других подобных вопросах. Но это объясняется тем, что мы не хотели делать статью слишком длинной, здесь мы рассмотрели общие вопросы. Выбор электрического двигателя это несколько более сложный вопрос, но, повторимся, если вам нужно заменить вышедший из строя, то тут имеет смысл выбрать аналог. В большинстве случаев у вас просто не получится заменить один тип двигателя другим, это потребует дополнительных действий. Ну а если говорить именно про виды двигателей, то про некоторые из них мы поговорим в отдельных статьях. Они заслуживают более глубокого обсуждения, но в любом случае, суть в том, что идеального вида не существует. У каждого из них есть как преимущества, так и недостатки. Именно это и объясняет то, что сегодня используется множество видов электрических двигателей, в том числе и такие, которые были изобретены очень давно.