Электрический двигатель

Электродвигатель - это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую энергию. Большинство электродвигателей работают за счет взаимодействия между магнитным полем двигателя и электрическим током в проволочной обмотке для создания силы в виде крутящего момента, приложенного к валу двигателя. Электрический генератор механически идентичен электродвигателю, но работает с обратным потоком энергии, преобразуя механическую энергию в электрическую.

Электродвигатели могут питаться от источников постоянного тока (DC), таких как батареи или выпрямители, или от источников переменного тока (AC), таких как электросеть, инверторы или электрические генераторы.(DE)

Электродвигатели могут быть классифицированы по таким признакам, как тип источника питания, конструкция, применение и тип выходной мощности. Они могут питаться от переменного или постоянного тока, быть щеточными или бесщеточными, с однофазным, двухфазным или трехфазным потоком, с осевым или радиальным потоком и могут иметь воздушное или жидкостное охлаждение.

Стандартизированные двигатели обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Самые большие из них используются для приведения в движение судов, сжатия трубопроводов и в системах аккумулирования электроэнергии мощностью более 100 мегаватт.

Области применения включают промышленные вентиляторы, воздуходувки и насосы, станки, бытовую технику, электроинструменты, транспортные средства и дисководы. Небольшие моторы можно найти в электрических часах. В определенных применениях, таких как рекуперативное торможение с тяговыми двигателями, электродвигатели могут использоваться в обратном направлении в качестве генераторов для рекуперации энергии, которая в противном случае могла бы быть потеряна в виде тепла и трения.

Электродвигатели создают линейную или вращательную силу (крутящий момент), предназначенную для приведения в движение какого-либо внешнего механизма, такого как вентилятор или лифт. Электродвигатель, как правило, предназначен для непрерывного вращения или для линейного перемещения на значительное расстояние по сравнению с его размерами. Магнитные соленоиды также являются преобразователями, преобразующими электрическую энергию в механическое движение, но могут производить движение только на ограниченное расстояние.

Двадцать первый век

В 2022 году продажи электродвигателей оценивались в 800 миллионов единиц, увеличиваясь на 10% ежегодно. Электродвигатели потребляют ≈50% электроэнергии в мире.

Компоненты

Двумя механическими частями электродвигателя являются ротор, который движется, и статор, который этого не делает. Он также включает в себя две электрические части, набор магнитов и якорь, один из которых прикреплен к ротору, а другой к статору, вместе образуя магнитную цепь:

Полевые магниты - Магниты создают магнитное поле, которое проходит через якорь. Это могут быть электромагниты или постоянные магниты. Возбуждающий магнит обычно находится на статоре, а якорь - на роторе, но в некоторых типах двигателей они поменяны местами.

Подшипники

Ротор поддерживается подшипниками, которые позволяют ротору вращаться вокруг своей оси путем передачи силы осевых и радиальных нагрузок от вала к корпусу двигателя через интерфейс, который имеет низкий коэффициент трения

Арматура

Смотрите также: Электромагнитная катушка

Якорь состоит из проволочных обмоток на ферромагнитном сердечнике. Электрический ток, проходящий по проводу, заставляет магнитное поле от полевого магнита воздействовать на него силой (силой Лоренца), вращая ротор, который обеспечивает механическую отдачу. Обмотки - это провода, уложенные в катушки, обычно обернутые вокруг многослойного мягкого железного ферромагнитного сердечника, образующего магнитные полюса при подаче тока.

Электрические машины бывают с выступающими и неявнополюсными конфигурациями. В двигателе с выпуклым полюсом ферромагнитные сердечники на роторе и статоре имеют выступы, называемые полюсами, обращенными друг к другу, с проволочной обмоткой вокруг каждого полюса ниже поверхности полюса, которые становятся северным или южным полюсами магнитного поля, когда по проводу протекает ток. В двигателе с неравнополюсным (или распределенным полем, или с круглым ротором) ферромагнитным сердечником представляет собой гладкий цилиндр, обмотки которого равномерно распределены в пазах по окружности. Подача переменного тока в обмотки создает полюса в сердечнике, которые непрерывно вращаются. Двигатель с затененным полюсом имеет обмотку вокруг части полюса, которая задерживает фазу магнитного поля для этого полюса. ==Питание и управление двигателем Источник питания двигателя Двигатель постоянного тока обычно питается через разъемный кольцевой коммутатор, как описано выше.

Коммутация двигателей переменного тока может быть достигнута с использованием либо коллектора с контактным кольцом, либо внешней коммутации. Это может быть тип управления с фиксированной скоростью или переменной скоростью, и может быть синхронным или асинхронным. Универсальные двигатели могут работать как от переменного, так и от постоянного тока.

Управление двигателем

Двигатели постоянного тока могут работать с переменными скоростями, регулируя напряжение, подаваемое на клеммы, или используя широтно-импульсную модуляцию (PWM).

Двигатели переменного тока, работающие с фиксированной частотой вращения, обычно питаются непосредственно от сети или через устройство плавного пуска двигателя.

Двигатели переменного тока, работающие с переменными скоростями, питаются с помощью различных технологий инвертора мощности, частотно-регулируемого привода или электронного коммутатора.

Термин "электронный коммутатор" обычно ассоциируется с бесщеточными двигателями постоянного тока с автоматической коммутацией и с переключаемыми реактивными двигателями.

Типы

Электродвигатели работают на одном из трех физических принципов: магнетизме, электростатике и пьезоэлектричестве.

В магнитных двигателях магнитные поля формируются как в роторе, так и в статоре. Произведение этих двух полей создает силу и, следовательно, крутящий момент на валу двигателя. Одно или оба этих поля должны изменяться при вращении ротора. Это достигается путем включения и выключения полюсов в нужное время или изменением силы полюса.

Основными типами являются двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.[55]

Электродвигатели переменного тока бывают асинхронными или синхронными.[56]

После запуска синхронный двигатель требует синхронизации со скоростью движущегося магнитного поля при всех нормальных условиях крутящего момента.

В синхронных машинах магнитное поле должно создаваться с помощью средств, отличных от индукционных, таких как отдельно возбуждаемые обмотки или постоянные магниты.

Двигатель мощностью в несколько лошадиных сил либо имеет мощность ниже примерно 1 лошадиной силы (0,746 кВт), либо изготавливается со стандартной рамой меньшего размера, чем у стандартного двигателя мощностью в 1 л.с. Многие бытовые и промышленные двигатели относятся к классу мощностью в несколько лошадиных сил.

Примечания:

Вращение не зависит от частоты переменного напряжения.

Вращение равно синхронной скорости (двигатель-скорость статора-возбуждение).

В SCIM вращение с фиксированной скоростью равно синхронной скорости, за вычетом скорости скольжения.

В системах с нескользящей рекуперациейэнергии WRIM обычно используется для запуска двигателя, но может использоваться для изменения скорости нагрузки.

Работает с переменной скоростью.

В то время как приводы с асинхронными и синхронными двигателями обычно имеют либо шестиступенчатую, либо синусоидальную форму выходного сигнала, приводы с двигателем BLDC обычно имеют форму сигнала трапециевидного тока; однако поведение как синусоидальных, так и трапециевидных машин PM идентично с точки зрения их фундаментальных аспектов.

При работе с переменной скоростью WRIM используется в системах рекуперации энергии скольжения и в асинхронных машинах с двойным питанием.

Короткозамкнутая обмотка представляет собой короткозамкнутый короткозамкнутый ротор, намотанная обмотка подключена снаружи через контактные кольца.

В основном однофазный, с некоторыми трехфазными.

Сокращения:

BLAC – бесщеточный двигатель переменного тока

• BLDC – Бесщеточный двигатель постоянного тока
• BLDM – Бесщеточный двигатель постоянного тока
• EC – Электронный коммутатор
• PM – Постоянный магнит
• IPMSM – Синхронный двигатель с внутренними постоянными магнитами
• PMSM – синхронный двигатель с постоянными магнитами
• SPMSM – Синхронный двигатель с постоянным магнитом на поверхности
• SCIM – Короткозамкнутый асинхронный двигатель
• SRM – реактивный двигатель с переключением
• SyRM – Синхронный реактивный двигатель
• VFD – частотно-регулируемый привод

Асинхронный двигатель с вращающимся ротором

• WRSM – синхронный двигатель с обмотанным ротором

Усилители с блокировкой ротора LRA: ток, который вы можете ожидать в условиях запуска при подаче полного напряжения. Это происходит мгновенно во время запуска.

• RLA – Номинальные усилители нагрузки: максимальный ток, который двигатель должен потреблять при любых условиях эксплуатации. Часто ошибочно называемый усилителем при работающей нагрузке, что заставляет людей ошибочно полагать, что двигатель всегда должен потреблять эти усилители.
• FLA – усилители при полной нагрузке: изменен в 1976 году на "RLA – усилители при номинальной нагрузке".

Двигатель с автоматической коммутацией

Щеточный двигатель постоянного тока

Основная статья: Двигатель постоянного тока

Большинство двигателей постоянного тока представляют собой двигатели с малыми постоянными магнитами (PM). Они содержат щеточную внутреннюю механическую коммутацию для изменения тока обмоток двигателя синхронно с вращением.

Двигатель постоянного тока с электрическим возбуждением

Основная статья: Электродвигатель постоянного тока с щеткой

Коммутируемый двигатель постоянного тока имеет набор вращающихся обмоток, намотанных на якорь, установленный на вращающемся валу. На валу также установлен коллектор. Таким образом, через обмотки каждого электродвигателя постоянного тока с щеткой проходит переменный ток. Ток протекает через одну или несколько пар щеток, которые соприкасаются с коллектором; щетки подключают внешний источник электроэнергии к вращающемуся якорю.

Вращающийся якорь состоит из одной или нескольких проволочных катушек, намотанных вокруг многослойного, магнитомягкого" ферромагнитного сердечника. Ток от щеток протекает через коллектор и одну обмотку якоря, превращая его во временный магнит (электромагнит). Создаваемое магнитное поле взаимодействует со стационарным магнитным полем, создаваемым либо PMs, либо другой обмоткой (катушкой возбуждения), являющейся частью рамы двигателя. Сила между двумя магнитными полями приводит во вращение вал. Коммутатор переключает питание на катушки по мере вращения ротора, не позволяя полюсам полностью совпадать с магнитными полюсами поля статора, так что ротор продолжает вращаться до тех пор, пока подается питание.

Многие ограничения классического коллекторного двигателя постоянного тока обусловлены необходимостью использования щеток для поддержания контакта с коллектором, создавая трение. Щетки создают искры при пересечении изолирующих зазоров между секциями коллектора. В зависимости от конструкции коллектора щетки могут создавать короткие замыкания между соседними секциями — и, следовательно, концами катушки. Кроме того, индуктивность катушек ротора вызывает повышение напряжения на каждой из них при размыкании цепи, увеличивая искрообразование. Такое искрообразование ограничивает максимальную скорость машины, так как слишком быстрое искрообразование может привести к перегреву, разрушению или даже расплавлению коллектора. Плотность тока на единицу площади щеток в сочетании с их удельным сопротивлением ограничивает мощность двигателя. Пересечение зазоров также создает электрический шум; искрение генерирует RFI. Щетки со временем изнашиваются и требуют замены, а сам коллектор подвержен износу и техническому обслуживанию или замене. Коллектор в сборе на большом двигателе является дорогостоящим элементом, требующим точной сборки многих деталей. В небольших двигателях коммутатор обычно постоянно встроен в ротор, поэтому для его замены обычно требуется замена ротора.

Хотя большинство коллекторов имеют цилиндрическую форму, некоторые представляют собой плоские сегментированные диски, установленные на изоляторе.

Большие щетки создают большую площадь контакта, что максимизирует мощность двигателя, в то время как маленькие щетки имеют малую массу, чтобы увеличить скорость, с которой двигатель может работать без чрезмерного искрообразования. (Маленькие щетки желательны из-за их более низкой стоимости.) Более жесткие щеточные пружины могут быть использованы для обеспечения более высокой скорости работы щеток заданной массы, несмотря на большие потери на трение (более низкую эффективность) и ускоренный износ щеток и коллектора. Таким образом, конструкция щетки двигателя постоянного тока предполагает компромисс между выходной мощностью, скоростью и эффективностью / износом.

Машины постоянного тока определяются следующим образом:

Цепь якоря – обмотка, которая несет нагрузку, либо неподвижную, либо вращающуюся.

• Схема возбуждения – набор обмоток, создающих магнитное поле.
• Коммутация: механический метод, с помощью которого может быть достигнуто выпрямление или из которого может быть получен постоянный ток.

Существует пять типов щеточных двигателей постоянного тока:

Обмотанный шунтом

• Серийно обмотанный
• Составной (две конфигурации):
• Кумулятивный состав
• Дифференциально составленный
• Постоянный магнит (не показан)
• С раздельным возбуждением (не показан).

Постоянный магнит

Основная статья:Электродвигатель с постоянными магнитами

Двигатель с постоянными магнитами (PM) не имеет обмотки возбуждения на раме статора, полагаясь вместо этого на PMS для создания магнитного поля. Компенсирующие обмотки, включенные последовательно с якорем, могут использоваться на больших двигателях для улучшения коммутации под нагрузкой. Это поле является фиксированным и не может регулироваться для регулирования скорости. Поля ПМ (статоры) удобны в миниатюрных двигателях для устранения энергопотребления обмотки возбуждения. Большинство более крупных двигателей постоянного тока относятся к типу "динамо", которые имеют обмотки статора. Исторически сложилось так, что PMS не могли сохранять высокий поток, если их разбирать; обмотки возбуждения были более практичными для получения необходимого потока. Однако большие PM дороги, а также опасны и сложны в сборке; это благоприятствует намотке полей для больших машин.

Чтобы минимизировать общий вес и размеры, в миниатюрных двигателях PM могут использоваться магниты высокой энергии, изготовленные из неодима; большинство магнитов изготовлены из сплава неодим-железо-бор. Благодаря более высокой плотности потока электрические машины с высокоэнергетическими PMS, по крайней мере, конкурируют со всеми оптимально сконструированными синхронными и асинхронными электрическими машинами с однопитанием. Миниатюрные двигатели напоминают конструкцию на иллюстрации, за исключением того, что они имеют по меньшей мере три полюса ротора (для обеспечения запуска независимо от положения ротора), а их внешний корпус представляет собой стальную трубку, которая магнитно соединяет внешние поверхности изогнутых полевых магнитов.

Электронный коммутатор (EC)

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Основная статья: Бесщеточный электродвигатель постоянного тока

Некоторые проблемы электродвигателя постоянного тока с щеткой устранены в конструкции BLDC. В этом двигателе механический "вращающийся переключатель" или коммутатор заменен внешним электронным переключателем, синхронизированным с положением ротора. КПД двигателей постоянного тока, как правило, составляет 85%+, доходя до 96,5%, в то время как электродвигатели постоянного тока с щеткой, как правило, эффективны на 75-80%.

Характерная форма волны трапециевидной противэлектродвижущей силы двигателя постоянного тока (CEMF) определяется частично равномерным распределением обмоток статора, а частично расположением постоянных магнитов ротора. Также известные как двигатели постоянного тока с электронной коммутацией или наизнанку, обмотки статора трапециевидных двигателей постоянного тока постоянного тока могут быть однофазными, двухфазными или трехфазными и использовать датчики эффекта Холла, установленные на их обмотках для определения положения ротора и недорогого управления коммутатором с замкнутым контуром.

Электродвигатели постоянного тока обычно используются там, где необходимо точное регулирование скорости, например, в компьютерных дисководах или видеокассетных рекордерах. Шпиндели в приводах компакт-дисков, CD-ROM (и т.д.) и механизмах в офисных устройствах, таких как вентиляторы, лазерные принтеры и копировальные аппараты. Они имеют ряд преимуществ перед обычными двигателями:

Они более эффективны, чем вентиляторы переменного тока, использующие двигатели с затененными полюсами, и работают намного холоднее, чем аналоги переменного тока. :Такая холодная работа приводит к значительному увеличению срока службы подшипников вентилятора.

Без коммутатора срок службы электродвигателя постоянного тока может быть значительно больше по сравнению с электродвигателем постоянного тока с коллектором. :Коммутация имеет тенденцию вызывать электрические и радиочастотные помехи; без коммутатора или щеток двигатель BLDC может использоваться в электрически чувствительных устройствах, таких как аудиооборудование или компьютеры.

Те же датчики с эффектом Холла, которые обеспечивают коммутацию, могут выдавать удобный сигнал тахометра для приложений с замкнутым контуром управления (сервоуправлением). В вентиляторах сигнал тахометра может использоваться для получения сигнала "вентилятор в порядке", а также для обеспечения обратной связи по скорости вращения.

Двигатель может быть синхронизирован с внутренними или внешними часами, обеспечивая точное регулирование скорости.

Двигатели BLDC не искрят, что делает их более подходящими для сред с летучими химическими веществами и топливом. При искрообразовании также образуется озон, который может накапливаться в плохо вентилируемых зданиях.

Электродвигатели постоянного тока обычно используются в небольшом оборудовании, таком как компьютеры, и обычно используются в вентиляторах для отвода тепла.

Они производят мало шума, что является преимуществом в оборудовании, подверженном вибрациям.

Мощность современных двигателей BLDC варьируется от долей ватта до многих киловатт. В электромобилях используются более крупные двигатели BLDC мощностью примерно до 100 кВт. Они также находят применение в электрических моделях самолетов.

Реактивный двигатель с коммутацией

Основная статья: Реактивный двигатель с коммутацией

Реактивный двигатель с коммутацией (SRM) не имеет щеток или постоянных магнитов, а ротор не пропускает электрический ток. Крутящий момент возникает из-за небольшого смещения полюсов ротора с полюсами статора. Ротор выравнивается по магнитному полю статора, в то время как на обмотки возбуждения статора последовательно подается напряжение для вращения поля статора.

Магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, следует по пути наименьшего намагничивания, посылая поток через полюса ротора, которые находятся ближе всего к полюсам статора, находящимся под напряжением, тем самым намагничивая эти полюса ротора и создавая крутящий момент. При вращении ротора на различные обмотки подается напряжение, поддерживающее вращение ротора.

SRM используются в некоторых приборах и транспортных средствах.

Универсальный двигатель переменного / постоянного тока

Основная статья: Универсальный двигатель

Двигатель с коммутацией, электрическим возбуждением, последовательным или параллельным заводом называется универсальным двигателем, поскольку он может быть сконструирован для работы как от переменного, так и от постоянного тока. Универсальный двигатель может хорошо работать на переменном токе, потому что ток как в обмотках возбуждения, так и в катушках якоря (и, следовательно, результирующие магнитные поля) синхронно меняет полярность, и, следовательно, результирующая механическая сила возникает в постоянном направлении вращения.

Универсальные двигатели, работающие на обычных частотах линии электропередачи, часто используются в приложениях мощностью менее киловатт. Универсальные двигатели легли в основу традиционного железнодорожного тягового двигателя на электрических железных дорогах. В этом приложении использование переменного тока в двигателе, предназначенном для работы на постоянном токе, привело бы к потерям эффективности из-за нагрева их магнитных компонентов вихревыми токами, в частности, полюсных наконечников возбуждения двигателя, в которых для постоянного тока использовалось бы твердое (не ламинированное) железо. В настоящее время они используются редко.

Преимущество заключается в том, что питание от сети переменного тока может использоваться на двигателях, которые, в частности, имеют высокий пусковой момент и компактную конструкцию при использовании высоких скоростей вращения. В отличие от этого, техническое обслуживание обходится дороже, а срок службы сокращается. :Такие двигатели используются в устройствах, которые не сильно используются и предъявляют высокие требования к пусковому моменту. Множественные отводы на катушке возбуждения обеспечивают (неточное) ступенчатое регулирование скорости. Бытовые блендеры, которые рекламируют множество скоростей, обычно сочетают в себе катушку возбуждения с несколькими отводами и диод, который может быть вставлен последовательно с двигателем (заставляя двигатель работать на полуволновом выпрямленном переменном токе). Универсальные двигатели также поддерживают электронное регулирование скорости и, как таковые, подходят для таких устройств, как бытовые стиральные машины. Двигатель может приводить в движение барабан (как вперед, так и в обратном направлении) путем переключения обмотки возбуждения относительно якоря.

В то время как SCIMS не могут вращать вал быстрее, чем допускает частота линии электропередачи, универсальные двигатели могут работать на гораздо более высоких скоростях. Это делает их полезными для таких приборов, как блендеры, пылесосы и фены для волос, где желательна высокая скорость и малый вес. Они также широко используются в портативных электроинструментах, таких как дрели, шлифовальные станки, циркулярные и лобзиковые пилы, где характеристики двигателя работают хорошо. :Частота вращения многих моторов пылесосов и подрезателей сорняков превышает 10 000 оборотов в минуту, в то время как у миниатюрных измельчителей может превышать 30 000 оборотов в минуту.

Машина переменного тока с внешней коммутацией

Основная статья: Двигатель переменного тока

Асинхронные и синхронные двигатели переменного тока оптимизированы для работы на однофазной или многофазной мощности синусоидальной или квазисинусоидальной формы, например, для работы с фиксированной частотой вращения от сети переменного тока или с переменной частотой вращения от контроллеров частотно-регулируемого привода (VFD).

Асинхронный двигатель

Основная статья:Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель - это асинхронный двигатель переменного тока, в котором мощность передается на ротор за счет электромагнитной индукции, во многом аналогичной действию трансформатора. Асинхронный двигатель напоминает вращающийся трансформатор, потому что статор (неподвижная часть) по существу является первичной стороной трансформатора, а ротор (вращающаяся часть) - вторичной стороной. Многофазные асинхронные двигатели широко используются в промышленности.

Сепаратор и намотанный ротор

Асинхронные двигатели можно разделить на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (SCIM) и асинхронные двигатели с намотанным ротором (WRIM). Скимсы имеют тяжелую обмотку, состоящую из цельных стержней, обычно алюминиевых или медных, электрически соединенных кольцами на концах ротора. Стержни и кольца в целом очень похожи на вращающуюся клетку для упражнений животного.

Токи, индуцируемые в этой обмотке, создают магнитное поле ротора. Форма стержней ротора определяет характеристики скорости и крутящего момента. На низких скоростях ток, индуцируемый в короткозамкнутой обойме, почти равен линейной частоте и имеет тенденцию оставаться во внешних частях обоймы. По мере ускорения двигателя частота скольжения становится ниже, и больший ток достигает внутренней части. Придавая форму стержням для изменения сопротивления участков обмотки во внутренней и внешней частях сепаратора, в цепь ротора эффективно вводится переменное сопротивление. Однако в большинстве таких двигателей используются однородные стержни.

В WRIM обмотка ротора состоит из множества витков изолированного провода и соединена с контактными кольцами на валу двигателя. В цепь ротора может быть подключен внешний резистор или другое управляющее устройство. Резисторы позволяют регулировать скорость двигателя, хотя и рассеивают значительную мощность. Преобразователь может питаться от роторной цепи и возвращать в энергосистему мощность с пониженной частотой, которая в противном случае была бы потрачена впустую, через инвертор или отдельный двигатель-генератор.

WRIMS используются в основном для запуска высокоинерционной нагрузки или нагрузки, требующей высокого пускового момента во всем диапазоне скоростей. При правильном выборе резисторов, используемых во вторичном пускателе с сопротивлением или контактным кольцом, двигатель способен выдавать максимальный крутящий момент при относительно низком питающем токе от нулевой скорости до полной.

Скорость двигателя можно изменять, поскольку кривая крутящего момента двигателя эффективно изменяется величиной сопротивления, подключенного к цепи ротора. Увеличение сопротивления снижает скорость при максимальном крутящем моменте. Если сопротивление увеличивается за пределы точки, где максимальный крутящий момент возникает при нулевой скорости, крутящий момент дополнительно уменьшается.

При использовании с нагрузкой, кривая крутящего момента которой увеличивается с увеличением скорости, двигатель работает на скорости, при которой крутящий момент, развиваемый двигателем, равен крутящему моменту нагрузки. Уменьшение нагрузки приводит к ускорению двигателя, в то время как увеличение нагрузки приводит к замедлению двигателя до тех пор, пока нагрузка и крутящий момент двигателя снова не сравняются. При эксплуатации таким образом потери на проскальзывание рассеиваются во вторичных резисторах и могут быть значительными. Регулирование скорости и суммарный КПД низкие.

Моментный двигатель

Основная статья: Моментный двигатель

Моментный двигатель может работать неограниченно долго при остановленном состоянии, то есть при заблокированном вращении ротора, без каких-либо повреждений. В этом режиме работы двигатель придает нагрузке постоянный крутящий момент.

Распространенным применением являются приводы подачи и приема бобин в ленточных накопителях. В этом приложении характеристики этих двигателей, приводимых в действие низким напряжением, обеспечивают равномерное легкое натяжение ленты независимо от того, подает ли стержень ленту мимо ленточных головок или нет. Приводимые в действие от более высокого напряжения (обеспечивающего более высокий крутящий момент), моментные двигатели могут выполнять быструю перемотку вперед и назад, не требуя дополнительных механизмов, таких как шестерни или муфты. В мире компьютерных игр моментные двигатели используются в рулевых колесах с обратной связью по усилию.

Другим распространенным применением является управление дроссельной заслонкой двигателя внутреннего сгорания с помощью электронного регулятора. Двигатель приводится в действие возвратной пружиной для перемещения дроссельной заслонки в соответствии с выходной мощностью регулятора. Последний контролирует частоту вращения двигателя путем подсчета электрических импульсов от системы зажигания или от магнитного датчика и в зависимости от скорости вносит небольшие коррективы в величину тока. Если двигатель замедляется относительно желаемой скорости, ток увеличивается, создавая больший крутящий момент, натягивая возвратную пружину и открывая дроссельную заслонку. Если двигатель работает слишком быстро, регулятор уменьшает ток, позволяя возвратной пружине оттянуться назад и уменьшить дроссельную заслонку.

Синхронный двигатель

Основная статья: Синхронный двигатель

Синхронный электродвигатель - это двигатель переменного тока. Он включает в себя ротор, вращающийся с катушками, пропускающими магниты с той же частотой, что и переменный ток, и создающий магнитное поле для его приведения в действие. Он имеет нулевое скольжение при типичных условиях эксплуатации. Асинхронные двигатели, напротив, должны проскальзывать, чтобы создавать крутящий момент. Один из типов синхронных двигателей похож на асинхронный двигатель, за исключением того, что ротор возбуждается полем постоянного тока. Контактные кольца и щетки подводят ток к ротору. Полюса ротора соединяются друг с другом и движутся с одинаковой скоростью. Другой тип, для низкого крутящего момента при нагрузке, имеет плоские заземления на обычный короткозамкнутый ротор для создания дискретных полюсов. Еще один, изготовленный компанией Hammond для своих часов до Второй мировой войны и в более старых органах Hammond, не имеет обмоток ротора и дискретных полюсов. Он не является самозапускающимся. Часы требуют ручного запуска с помощью маленькой ручки на задней панели, в то время как более старые органы Хаммонда имели вспомогательный пусковой двигатель, подключенный к подпружиненному ручному переключателю.

Гистерезисные синхронные двигатели обычно представляют собой (по существу) двухфазные двигатели с фазосдвигающим конденсатором для одной фазы. Они запускаются как асинхронные двигатели, но когда скорость скольжения достаточно уменьшается, ротор (гладкий цилиндр) временно намагничивается. Его распределенные полюса заставляют его действовать как синхронный двигатель с постоянным магнитом. Материал ротора, подобный материалу обычного гвоздя, остается намагниченным, но может быть размагничен без особых трудностей. После запуска полюса ротора остаются на месте; они не смещаются.

Маломощные синхронные двигатели синхронизации (например, для традиционных электрических часов) могут иметь многополюсные чашечные роторы с постоянными магнитами и использовать затеняющие катушки для обеспечения пускового момента. Тактовые двигатели Telechron имеют затененные полюса для обеспечения пускового момента и кольцевой ротор с двумя спицами, который работает как дискретный двухполюсный ротор.

Электрическая машина с двойным питанием

Основная статья: Электрическая машина с двойным питанием

Электродвигатели с двойным питанием имеют два независимых набора многофазных обмоток, которые вносят активную (то есть рабочую) мощность в процесс преобразования энергии, причем по крайней мере один из наборов обмоток управляется электроникой для работы с переменной частотой вращения. Два независимых набора многофазных обмоток (т.е. двойной якорь) - это максимум, предусмотренный в одном корпусе без дублирования топологии. Электродвигатели с двойным питанием имеют эффективный диапазон оборотов с постоянным крутящим моментом, который в два раза превышает синхронную скорость при заданной частоте возбуждения. Это в два раза больше диапазона оборотов с постоянным крутящим моментом, чем у электрических машин с одиночным питанием, которые имеют только один активный набор обмоток.

Двигатель с двойным питанием позволяет использовать электронный преобразователь меньшего размера, но стоимость обмотки ротора и контактных колец может компенсировать экономию компонентов силовой электроники. Трудности влияют на регулирование скорости вблизи приложений с синхронным ограничением скорости.[73]

Специальные магнитные двигатели

Роторный

Роторный двигатель без железа или сердцевины

Двигатель постоянного тока без сердечника или без железа - это специализированный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами.[68] Оптимизированный для быстрого ускорения, ротор сконструирован без железного сердечника. Ротор может иметь форму цилиндра, заполненного обмоткой, или самонесущей конструкции, состоящей только из проволоки и связующего материала. Ротор может помещаться внутри магнитов статора; магнитомягкий неподвижный цилиндр внутри ротора обеспечивает обратный путь для магнитного потока статора. Второе устройство имеет корзину для намотки ротора, окружающую магниты статора. В этой конструкции ротор помещается внутри магнитомягкого цилиндра, который может служить корпусом двигателя и обеспечивает обратный путь для потока.

Поскольку масса ротора намного меньше, чем у обычного ротора, он может разгоняться намного быстрее, часто достигая механической постоянной времени менее одной миллисекунды. Это особенно верно, если в обмотках используется алюминий, а не (более тяжелая) медь. В роторе нет металлической массы, которая могла бы служить теплоотводом; даже небольшие двигатели должны охлаждаться. Перегрев может быть проблемой для таких конструкций.

Виброзвонок сотовых телефонов может генерироваться цилиндрическими двигателями с постоянными магнитами или дискообразными типами, которые имеют тонкий многополярный дисковый полевой магнит и намеренно несбалансированную конструкцию ротора из литого пластика с двумя соединенными катушками без сердечника. Металлические щетки и плоский коллектор переключают питание на катушки ротора.

Похожие приводы с ограниченным ходом не имеют сердечника и соединенной катушки, размещенной между полюсами тонких постоянных магнитов с высоким потоком. Это устройства быстрого позиционирования головки для приводов с жестким диском ("hard disk"). Хотя современный дизайн значительно отличается от дизайна громкоговорителей, его все еще свободно (и неправильно) называют конструкцией "звуковой катушки", потому что некоторые более ранние головки жестких дисков двигались по прямым линиям и имели конструкцию привода, очень похожую на конструкцию громкоговорителя.

Блинный или аксиально-роторный двигатель

Основная статья:Электродвигатель с осевым потоком

Печатный якорь или блинный двигатель имеет обмотки в форме диска, проходящие между массивами магнитов с высоким потоком. Магниты расположены по кругу, обращенному к ротору, на расстоянии, образующем осевой воздушный зазор. Эта конструкция широко известна как блинный двигатель из-за своего плоского профиля.

Якорь (первоначально сформированный на печатной плате) изготовлен из перфорированных медных листов, которые ламинированы вместе с использованием современных композитных материалов для формирования тонкого жесткого диска. Якорь не имеет отдельного кольцевого коллектора. Щетки перемещаются непосредственно по поверхности якоря, что делает всю конструкцию компактной.

Альтернативной конструкцией является использование намотанного медного провода, проложенного плоско с центральным обычным коллектором в форме цветка или лепестка. Обмотки обычно стабилизируются с помощью электрических систем заливки эпоксидной смолой. Это наполненные эпоксидные смолы, которые имеют умеренную вязкость смеси и длительное время гелеобразования. Они отличаются низкой усадкой и экзотермичностью и обычно соответствуют стандарту UL 1446, определяемому как заливочный компаунд, изолированный при температуре 180 ° C (356 ° F), класс H.

Уникальным преимуществом двигателей постоянного тока без использования железа является отсутствие зацепления (изменения крутящего момента, вызванного изменением притяжения между железом и магнитами). Паразитные вихревые токи не могут образовываться в роторе, поскольку в нем полностью отсутствует железо, хотя роторы из железа ламинированы. Это может значительно повысить эффективность, но контроллеры с переменной частотой вращения должны использовать более высокую частоту переключения (> 40 кГц) или постоянный ток из-за снижения электромагнитной индукции.

Эти двигатели были изобретены для приведения в действие стержня (ов) приводов на магнитной ленте, где решающее значение имели минимальное время достижения рабочей скорости и минимальный тормозной путь. Блинные двигатели широко используются в высокопроизводительных системах с сервоуправлением, роботизированных системах, промышленной автоматизации и медицинских приборах. Благодаря разнообразию конструкций, доступных в настоящее время, технология используется в различных областях применения - от высокотемпературных военных до недорогих насосов и базовых сервоприводов.

Другой подход (Magnax) заключается в использовании одного статора, зажатого между двумя роторами. Одна из таких конструкций обеспечивала пиковую мощность 15 кВт / кг при постоянной мощности около 7,5 кВт / кг. Этот осевой потоковый двигатель без хомута обеспечивает более короткий путь потока, удерживая магниты дальше от оси. Конструкция обеспечивает нулевой выступ обмотки; 100 процентов обмоток активны. Это улучшено за счет использования медной проволоки прямоугольного сечения. :Двигатели могут быть установлены друг на друга для параллельной работы. Нестабильность сводится к минимуму за счет того, что два диска ротора прикладывают равные и противоположные силы к диску статора. Роторы соединены непосредственно друг с другом через кольцо вала, нейтрализующее магнитные силы.[75]

Серводвигатель

Основная статья: Серводвигатель

Серводвигатель - это двигатель, который используется в системе обратной связи для регулирования положения или скорости. Серводвигатели используются в таких приложениях, как станки, ручные плоттеры и другие технологические системы. Двигатели, предназначенные для использования в сервомеханизме, должны иметь предсказуемые характеристики скорости, крутящего момента и мощности. Кривая скорости / крутящего момента важна и имеет высокое соотношение для серводвигателя. :Важны характеристики динамического отклика, такие как индуктивность обмотки и инерция ротора; эти факторы ограничивают производительность. В больших, мощных, но медленно реагирующих сервоприводах могут использоваться обычные двигатели переменного или постоянного тока и приводные системы с обратной связью по положению или скорости. По мере увеличения требований к динамическим характеристикам используются более специализированные конструкции двигателей, такие как двигатели без сердечника. Превосходная плотность мощности и характеристики ускорения двигателей переменного тока имеют тенденцию отдавать предпочтение синхронному приводу с постоянными магнитами, BLDC, индукционному приводу и SRM.

Сервосистема отличается от некоторых приложений для шаговых двигателей тем, что обратная связь по положению является непрерывной во время работы двигателя. :Шаговая система по своей сути работает по разомкнутому контуру, полагаясь на то, что двигатель не "пропускает шаги" для обеспечения кратковременной точности, с любой обратной связью, такой как "домашний" переключатель или датчик положения, внешний по отношению к системе двигателя.[76]

Шаговый двигатель

Основная статья:Шаговый двигатель

Шаговые двигатели обычно используются для обеспечения точного вращения. Внутренний ротор, содержащий постоянные магниты, или магнитомягкий ротор с выступающими полюсами управляется набором внешних магнитов с электронным переключением. Шаговый двигатель также можно рассматривать как нечто среднее между электродвигателем постоянного тока и вращающимся соленоидом. Поскольку на каждую катушку подается напряжение по очереди, ротор настраивается на магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, находящейся под напряжением. В отличие от синхронного двигателя, шаговый двигатель не может вращаться непрерывно; вместо этого он движется ступенчато — запускается, а затем останавливается — переходя из одного положения в другое по мере того, как обмотки возбуждения последовательно включаются и обесточиваются. В зависимости от последовательности вращения ротор может вращаться вперед или назад, и он может изменить направление, остановиться, ускорить или замедлить ход в любое время.

Простые драйверы шаговых двигателей полностью включают или полностью обесточивают обмотки возбуждения, приводя ротор к "вращению" в ограниченном количестве положений. Микрошаговые приводы могут пропорционально регулировать мощность обмоток возбуждения, позволяя роторам располагаться между точками зубьев и плавно вращаться. Шаговые двигатели с компьютерным управлением являются одной из наиболее универсальных систем позиционирования, особенно как часть цифровой системы с сервоуправлением.

Шаговые двигатели можно легко поворачивать на определенный угол дискретными шагами, и, следовательно, шаговые двигатели использовались для позиционирования головки чтения / записи в ранних дисководах, где точность и скорость, которые они обеспечивали, позволяли правильно позиционировать головку чтения / записи. По мере увеличения плотности накопителей ограничения по точности и скорости сделали их устаревшими для жестких дисков — ограничение по точности сделало их непригодными для использования, а ограничение по скорости сделало их неконкурентоспособными — таким образом, в новых жестких дисках используются системы привода головки на основе звуковой катушки. (Термин "звуковая катушка" в этой связи является историческим; он относится к конструкции громкоговорителя конического типа.)

Шаговые двигатели часто используются в компьютерных принтерах, оптических сканерах и цифровых копировальных аппаратах для перемещения активного элемента, каретки печатающей головки (в струйных принтерах) и валика или подающих роликов.

Так называемые кварцевые аналоговые наручные часы содержат самые маленькие обычные шаговые двигатели; они имеют одну катушку, потребляют мало энергии и имеют ротор с постоянным магнитом. Такой же двигатель приводит в действие кварцевые часы с батарейным питанием. Некоторые из этих часов, такие как хронографы, содержат более одного шагового двигателя.

Тесно связанные по конструкции с трехфазными синхронными двигателями переменного тока, шаговые двигатели и SRM классифицируются как двигатели с переменным сопротивлением.

Линейный двигатель

Основная статья: Линейный двигатель

Линейный двигатель - это, по сути, любой электродвигатель, который был "раскручен" таким образом, что вместо создания крутящего момента (вращения) он создает прямолинейную силу по своей длине.

Линейные двигатели чаще всего являются асинхронными двигателями или шаговыми двигателями. Линейные двигатели обычно встречаются на американских горках, где быстрое движение безмоторного вагона контролируется рельсом. Они также используются в поездах на магнитной подвеске, где поезд "летит" над землей. В меньшем масштабе в перьевом плоттере HP 7225A 1978 года выпуска для перемещения пера вдоль осей X и Y использовались два линейных шаговых двигателя.

Электромагнетизм

Сила и крутящий момент

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую с помощью силы между двумя противоположными магнитными полями. По крайней мере, одно из двух магнитных полей должно создаваться электромагнитом с помощью магнитного поля, создаваемого электрическим током.

Сила, действующая на ток � Я в проводнике длиной, ℓ\ell перпендикулярной магнитному полю � \mathbf {B} , может быть рассчитана с использованием закона силы Лоренца:

� =�ℓ×� {\displaystyle \mathbf {F} =I\ell \times \mathbf {B} \,\!} Примечание: X обозначает векторное перекрестное произведение.

Наиболее общие подходы к вычислению сил в двигателях используют тензорную систему счисления.[89]

Мощность

Где ���� {\displaystyle \omega _{обороты в минуту}} - частота вращения вала в оборотах в минуту, а T - крутящий момент, выходная механическая мощность двигателя Pem определяется через,[90]

в имперских единицах, где T выражено в фут-фунтах,

���=����� 5252 {\displaystyle P_{em}={\frac {\omega _{rpm}T}{5252}}} (лошадиная сила), и, в единицах СИ с угловой скоростью вращения вала, �\omega , выраженной в радианах в секунду, и T, выраженной в ньютон-метрах,

���=�� {\displaystyle P_{em}=\omega T} (Вт). Для линейного двигателя с силой F, выраженной в ньютонах, и скоростью v, выраженной в метрах в секунду,

���=�� {\displaystyle P_{em}=F{v}} (Вт). В асинхронном или асинхронном двигателе соотношение[требуется цитирование] между частотой вращения двигателя и мощностью воздушного зазора[требуется уточнение] определяется следующим:

�������=�����2 {\displaystyle P_{воздушный зазор}={\frac {R_{r}}{s}}I_{r}^{2}}, где Rr – сопротивление ротора Ir2 – квадрат тока, индуцируемого в роторе скольжение s–образного двигателя[требуется пояснение]; т.е. разница между синхронной скоростью и скоростью скольжения, которая обеспечивает относительное перемещение, необходимое для индукции тока в роторе.

Обратная ЭДС

Основная статья: Электродвижущая сила

Движение обмоток якоря двигателя постоянного тока или универсального двигателя через магнитное поле вызывает в них напряжение. Это напряжение имеет тенденцию противостоять напряжению питания двигателя и поэтому называется "обратной электродвижущей силой (ЭДС)". Напряжение пропорционально скорости вращения двигателя. :Обратная ЭДС двигателя плюс падение напряжения на внутреннем сопротивлении обмотки и щетках должны равняться напряжению на щетках. Это обеспечивает фундаментальный механизм регулирования скорости в двигателе постоянного тока. Если механическая нагрузка увеличивается, двигатель замедляется; в результате уменьшается обратная ЭДС, и из источника питания потребляется больший ток. Этот увеличенный ток обеспечивает дополнительный крутящий момент для балансировки нагрузки.

В машинах переменного тока иногда полезно учитывать источник обратной ЭДС внутри машины; это вызывает особую озабоченность при тщательном регулировании частоты вращения асинхронных двигателей на ЧРП.

Потери

Потери в двигателе в основном обусловлены потерями на сопротивление в обмотках, потерями в сердечнике и механическими потерями в подшипниках, а также аэродинамическими потерями, особенно при наличии охлаждающих вентиляторов.

Потери также возникают при коммутации, механические коммутаторы искрят; электронные коммутаторы также рассеивают тепло.

Эффективность

Чтобы рассчитать КПД двигателя, механическая выходная мощность делится на электрическую входную мощность:

�=���� \eta ={\frac {P_{m}}{P_{e}}}, где �\eta - эффективность преобразования энергии, �� P_{e} - электрическая входная мощность и �� P_m - механическая выходная мощность:

��=��P_{e}=IV ��=��P_{m}=T\omega где � V - входное напряжение, � Я - входной ток, � T - выходной крутящий момент и �\omega - выходная угловая скорость. Аналитически можно определить точку максимальной эффективности. Обычно она составляет менее 1/2 момента остановки.[требуется цитирование]

Различные национальные регулирующие органы приняли законодательство, поощряющее производство и использование двигателей с более высокой эффективностью. Электрические двигатели имеют КПД в диапазоне от примерно 15% -20% для двигателей с затененным полюсом, до 98% для двигателей с постоянными магнитами,, причем КПД также зависит от нагрузки. Пиковая эффективность обычно составляет 75% от номинальной нагрузки. Итак (в качестве примера) двигатель мощностью 10 л.с. наиболее эффективен при движении с нагрузкой, требующей 7,5 л.с.[95] Эффективность также зависит от размера двигателя; более крупные двигатели, как правило, более эффективны. Некоторые двигатели не могут работать непрерывно более определенного периода времени (например, более часа за один запуск)[97]

Коэффициент полезного действия

Основная статья: Коэффициент полезного действия

Эрик Лейтуэйт предложил показатель для определения "добротности" электродвигателя:

�=�����������×����������=����������� G={\frac {\omega }{сопротивление, умноженное на сопротивление}}={\frac {\omega \mu \sigma A_{m}A_{e}}{l_{m}l_{e}}}

Где:

� G является ли фактор качества (факторы выше 1, вероятно, будут эффективными) ��,�� A_{m},A_{e} являются ли площади поперечного сечения магнитной и электрической цепи ��,�� l_{m},l_{e} являются длинами магнитной и электрической цепей �\mu является ли проницаемость сердечника �\omega это угловая частота, с которой приводится в действие двигатель Исходя из этого, он показал, что наиболее эффективные двигатели, вероятно, будут иметь относительно большие магнитные полюса. Однако уравнение напрямую относится только к двигателям без PM.

Рабочие параметры

Крутящий момент

Электромагнитные двигатели получают крутящий момент из векторного произведения взаимодействующих полей. Расчет крутящего момента требует знания полей в воздушном зазоре. Как только они установлены, крутящий момент является интегралом от всех векторов силы, умноженных на радиус вектора. Ток, протекающий в обмотке, создает поля. Для двигателя, использующего магнитный материал, поле не пропорционально току.

Значение, связывающее ток с крутящим моментом, может использоваться при выборе двигателя. Максимальный крутящий момент для двигателя зависит от максимального тока, без учета тепловых соображений.

При оптимальной конструкции в пределах заданного ограничения насыщения сердечника и при заданном активном токе (т.Е. крутящем моменте), напряжении, числе пар полюсов, частоте возбуждения (т.Е. синхронной скорости) и плотности потока в воздушном зазоре все категории электродвигателей / генераторов демонстрируют практически одинаковый максимальный постоянный крутящий момент на валу (т.Е. рабочий крутящий момент) в пределах заданной площади воздушного зазора с пазами для обмоток и глубиной подпятника, что определяет физический размер электромагнитного сердечника. Для некоторых применений требуются скачки крутящего момента, превышающие максимальный, например, для разгона электромобиля с места. Всегда ограниченная насыщением магнитного сердечника или безопасным повышением рабочей температуры и напряжения, способность к превышению максимального крутящего момента значительно отличается у разных типов двигателей / генераторов.

Электрические машины без трансформаторной топологии цепи, такие как WRSMs или PMSMs, не могут обеспечить всплески крутящего момента без насыщения магнитного сердечника. В этот момент дополнительный ток не может увеличить крутящий момент. Кроме того, узел с постоянными магнитами PMSM может быть непоправимо поврежден.

Электрические машины с трансформаторной топологией цепи, такие как асинхронные машины, индукционные электрические машины с двойным питанием и машины с индукционным или синхронным ротором с двойным питанием (WRDF), допускают скачки крутящего момента, поскольку индуцируемые ЭДС активные токи с обеих сторон трансформатора противостоят друг другу и, таким образом, не вносят никакого вклада в плотность потока магнитного сердечника, связанного с трансформатором, избегая насыщения сердечника.

Электрические машины, работающие на индукционном или асинхронном принципах, закорачивают один порт цепи трансформатора, и в результате реактивный импеданс цепи трансформатора становится доминирующим по мере увеличения проскальзывания, что ограничивает величину активного (то есть реального) тока. Возможны скачки крутящего момента, в два-три раза превышающие максимальный расчетный крутящий момент.

Бесщеточная синхронная машина с двойным питанием с намотанным ротором (BWRSDF) - единственная электрическая машина с действительно двухпортовой трансформаторной топологией (т.е. оба порта независимо возбуждаются без короткого замыкания).[100] Известно, что топология двухпортовой трансформаторной схемы нестабильна и требует многофазного узла контактное кольцо-щетка для передачи ограниченной мощности на комплект обмоток ротора. Если бы были доступны прецизионные средства для мгновенного регулирования угла крутящего момента и скольжения для синхронной работы во время работы, одновременно обеспечивая бесщеточную подачу энергии на обмотку ротора, активный ток машины BWRSDF не зависел бы от реактивного сопротивления цепи трансформатора и были бы осуществимы всплески крутящего момента, значительно превышающие максимальный рабочий крутящий момент и намного превосходящие практические возможности любого другого типа электрической машины. Были рассчитаны скачки крутящего момента, превышающие рабочий крутящий момент более чем в восемь раз.

Постоянная плотность крутящего момента

Постоянная плотность крутящего момента обычных электрических машин определяется размером площади воздушного зазора и глубиной подпятника, которые определяются номинальной мощностью набора обмоток якоря, скоростью машины и достижимой плотностью потока в воздушном зазоре до насыщения сердечника. Несмотря на высокую коэрцитивную силу постоянных магнитов из неодима или самария с кобальтом, плотность постоянного крутящего момента практически одинакова у электрических машин с оптимально сконструированными наборами обмоток якоря. Постоянная плотность крутящего момента относится к способу охлаждения и допустимому периоду работы до разрушения в результате перегрева обмоток или повреждения постоянного магнита.

Другие источники утверждают, что различные топологии электронных машин имеют разную плотность крутящего момента. В одном источнике показано следующее:

Тип электрической машины	Удельная плотность крутящего момента (Нм/кг)
SPM – бесщеточный двигатель переменного тока с проводимостью тока 180°	1.0
SPM – бесщеточный двигатель переменного тока с проводимостью тока 120°	0.9–1.15
ИМ, асинхронная машина	0.7–1.0
IPM, внутренняя машина с постоянными магнитами	0.6–0.8
VRM, машина с двойным сопротивлением	0.7–1.0

где—удельная плотность крутящего момента нормирована до 1,0 для поверхностного постоянного магнита (SPM)—бесщеточный двигатель переменного тока, проводимость тока 180 °.

Плотность крутящего момента примерно в четыре раза больше у двигателей с жидкостным охлаждением по сравнению с двигателями с воздушным охлаждением.

Источник, сравнивающий постоянный ток, асинхронные двигатели (IM), PMSM и SRM, показал:[

Характеристика	Постоянного тока	IM	PMSM	SRM
Плотность крутящего момента	3	3.5	5	4
Плотность мощности	3	4	5	3.5

Другой источник отмечает, что PMSM мощностью до 1 МВт имеют значительно более высокую плотность крутящего момента, чем асинхронные машины.

Постоянная плотность мощности

Постоянная плотность мощности определяется произведением постоянной плотности крутящего момента и диапазона оборотов с постоянным крутящим моментом. Электрические двигатели могут достигать плотности до 20 кВт / кг, что означает 20 Киловатт выходной мощности на килограмм.

Акустический шум и вибрации

Акустический шум и вибрации обычно классифицируются по трем источникам:

механические источники (например, из-за подшипников) источники аэродинамики (например, благодаря установленным на валу вентиляторам) магнитные источники (например, из-за магнитных сил, таких как силы Максвелла, и сил магнитострикции, действующих на конструкции статора и ротора) Последний источник, который может быть ответственен за "скулящий шум" электродвигателей, называется электромагнитно индуцированным акустическим шумом.

Стандарты

Ниже приведены основные стандарты проектирования, производства и испытаний, касающиеся электродвигателей:

Американский институт нефти: Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором по стандарту API 541 – 375 кВт (500 лошадиных сил) и более

• Американский институт нефти: Бесщеточные синхронные машины API 546 мощностью 500 кВА и выше
• Американский институт нефти: Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения по стандарту API 547 мощностью 250 л.с. и более
• Институт инженеров электротехники и электроники: Стандартная процедура испытаний многофазных асинхронных двигателей и генераторов по стандарту IEEE Std 112
• Институт инженеров электротехники и электроники: Руководство IEEE Std 115 по процедурам испытаний синхронных машин
• Институт инженеров электротехники и электроники: Стандарт IEEE Std 841 для нефтяной и химической промышленности – Высокая эффективность в тяжелых условиях эксплуатации, полностью закрытый с вентиляторным охлаждением (TEFC) Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором – мощностью до 370 кВт (500 л.с.) включительно
• Международная электротехническая комиссия: IEC 60034 вращающиеся электрические машины
• Международная электротехническая комиссия: IEC 60072 Размеры и серия выходных сигналов для вращающихся электрических машин
• Национальная ассоциация производителей электрооборудования: Двигатели и генераторы MG-1
• Лаборатории страховщиков: UL 1004 – Стандарт для электродвигателей
• Индийский стандарт: IS: 12615-2018 – Трехфазные двигатели переменного тока с линейным приводом (КОД IE) “Классы эффективности и технические характеристики” (третья редакция)

Немагнитные двигатели

Основные статьи: Электростатический двигатель, Пьезоэлектрический двигатель, и Движитель космического аппарата с электрическим приводом

Электростатический двигатель основан на притяжении и отталкивании электрического заряда. Обычно электростатические двигатели являются двойными обычным катушечным двигателям. Обычно для них требуется источник питания высокого напряжения, хотя в небольших двигателях используется более низкое напряжение. Обычные электродвигатели вместо этого используют магнитное притяжение и отталкивание и требуют большого тока при низком напряжении. В 1750-х годах Бенджамином Франклином и Эндрю Гордоном были разработаны первые электростатические двигатели. Электростатические двигатели находят частое применение в микроэлектромеханических системах (МЭМС), напряжение привода которых ниже 100 Вольт, и где движущиеся заряженные пластины изготовить намного проще, чем катушки и железные сердечники. Молекулярный механизм, который управляет живыми клетками, часто основан на линейных и вращающихся электростатических двигателях.

Пьезоэлектрический двигатель или пьезодвигатель - это тип электродвигателя, основанный на изменении формы пьезоэлектрического материала при приложении электрического поля. Пьезоэлектрические двигатели используют обратный пьезоэлектрический эффект, при котором материал производит акустические или ультразвуковые колебания для создания линейного или вращательного движения. В одном механизме удлинение в одной плоскости используется для выполнения серии растяжений и удержания положения, аналогично тому, как движется гусеница.

Двигательная установка космического аппарата с электрическим приводом использует технологию электродвигателя для приведения космического аппарата в движение в космическом пространстве. Большинство систем основаны на электрическом разгоне топлива до высокой скорости, в то время как некоторые системы основаны на принципах электродинамических привязей к магнитосфере.

Смотрите также

Портал: по электронике * Портал: Энергетический * Электрический генератор * Двигатель электромобиля * Коэффициент полезного действия * Конденсатор двигателя * Контроллер двигателя * Рекуперативный тормоз * Тяговый двигатель *