Elektrický motor, zkráceně elektromotor, je elektrický stroj, s jehož pomocí se elektrická energie přeměňuje na mechanickou energii k pohonu různých mechanismů. Elektromotor je hlavním prvkem elektrického pohonu.

V některých provozních režimech elektrického pohonu elektromotor provádí zpětnou přeměnu energie, to znamená, že pracuje v elektrický generátor.

Podle typu vytvářeného mechanického pohybu mohou být elektromotory rotační, lineární atd. Elektromotorem se nejčastěji rozumí rotační elektromotor, protože se mu dostalo největšího uplatnění.

Oblast vědy a techniky, která studuje elektrické stroje, je elektromechanika. Všeobecně se má za to, že jeho historie začíná v roce 1821, kdy byl vytvořen první elektromotor M. Faradaye.

Konstrukce motoru

Hlavní součásti rotačního elektromotoru jsou stator a rotor. Stator – stacionární část, rotor – otočná část.

Standardní konstrukce rotačního motoru

U většiny elektromotorů je rotor umístěn uvnitř statoru. Elektromotory, ve kterých je rotor umístěn mimo stator, se nazývají elektromotory invertního typu.

Princip činnosti elektromotoru

Jak motor funguje

2. Pokud je vodič s proudem I ohnut do rámu a umístěn do magnetického pole, pak na dvě strany rámu, umístěné v pravém úhlu k magnetickému poli, budou působit opačně směřující síly F

Princip činnosti elektromotoru

Princip činnosti elektromotoru

4. Vyrobené elektromotory mají vícenásobné otáčky na kotvě pro zajištění většího konstantního točivého momentu.

Jak motor funguje

5. Magnetické pole mohou vytvářet jak magnety, tak elektromagnety. Elektromagnet se obvykle skládá z drátu navinutého kolem jádra. Podle zákona elektromagnetické indukce tedy proud tekoucí do rámů indukuje proud do vinutí elektromagnetu, který zase vytvoří magnetické pole.

    Podrobný popis principu činnosti různých typů elektromotorů:

Klasifikace elektromotorů

      Zapínání vinutí
    • BDPT
      (Brushless motor + EP | + DPR)
    • WFD
      (Proudový motor s rotorem s vyčnívajícími póly a soustředěným statorovým vinutím + ED |+ DPR)

      (vícefázové)

      (s kluznými kroužky a kartáči) –> 5 –>

      • SDPMW
      • SDPMP
      • Hybridní
      1. Tato kategorie nepředstavuje samostatnou třídu elektromotorů, protože zařízení zařazená do uvažované kategorie (BDDC, VRM) jsou kombinací bezkomutátorového motoru, elektrického měniče (invertoru) a v některých případech i snímače polohy rotoru. . U těchto zařízení je elektrický měnič pro svou malou složitost a malé rozměry obvykle integrován do elektromotoru.
      2. Ventilový motor lze definovat jako elektromotor, který má snímač polohy rotoru, který řídí polovodičový měnič, který provádí koordinovanou komutaci vinutí kotvy [5].
      3. Stejnosměrný ventilový motor je stejnosměrný elektromotor, jehož spínacím zařízením ventilu je invertor řízený buď polohou rotoru, nebo fází napětí na vinutí kotvy, nebo polohou magnetického pole [1].
      4. Elektromotory používané v BLDC a VRD jsou střídavé motory a díky přítomnosti elektrického měniče v těchto zařízeních jsou připojeny ke stejnosměrné síti.
      5. Krokový motor není samostatnou třídou motorů. Konstrukčně se jedná o PMSM, SRD nebo hybridní SRD-PM.
      • CMDC – komutátorový stejnosměrný motor
      • BLDC – bezkomutátorový stejnosměrný motor
      • EP – elektrický měnič
      • DPR – snímač polohy rotoru
      • VRD – spínaný reluktanční motor
      • ADKR – asynchronní motor s rotorem nakrátko
      • ADFR – asynchronní motor s vinutým rotorem
      • SDOV – synchronní motor s budícím vinutím
      • PMSM – synchronní motor s permanentními magnety
      • SPMSM – synchronní motor s povrchovými permanentními magnety
      • PMSD – synchronní motor s vestavěnými permanentními magnety
      • SRM – synchronní reluktanční motor
      • PM – permanentní magnety
      • CP – frekvenční měnič

      Typy elektromotorů

      Kolektorové motory

      Komutátorový stroj je točivý elektrický stroj, ve kterém je alespoň jedno z vinutí zapojených do procesu hlavní přeměny energie připojeno ke kolektoru [1]. V komutátorovém motoru slouží sestava kartáč-komutátor jako snímač polohy rotoru a proudový spínač ve vinutí.

      Univerzální elektromotor

      Univerzální elektromotor

      Může pracovat na střídavý a stejnosměrný proud. Široce se používá v ručním elektrickém nářadí a některých domácích spotřebičích (vysavače, pračky atd.). V USA a Evropě se používal jako trakční elektromotor. Rozšířil se díky svým malým rozměrům, relativně nízké ceně a snadnému ovládání.

      Stejnosměrný kartáčovaný motor

      Stejnosměrný kartáčovaný motor

      Elektrický stroj, který přeměňuje stejnosměrnou elektrickou energii na mechanickou energii. Výhody stejnosměrného elektromotoru jsou: vysoký rozběhový moment, otáčky, možnost plynule řídit rychlost otáčení, jednoduchost konstrukce a ovládání. Nevýhodou motoru je nutnost údržby jednotek komutátor-kartáč a omezená životnost z důvodu opotřebení komutátoru.

      Bezkomutátorové motory

      Bezkomutátorové motory mohou mít sběrací kroužky s kartáči, takže není třeba zaměňovat bezkomutátorové a bezkomutátorové motory.

      Bezkomutátorový stroj je točivý elektrický stroj, ve kterém jsou všechna elektrická spojení vinutí zapojených do hlavního procesu přeměny energie prováděna bez posuvných elektrických kontaktů [1].

      Asynchronní motor

      Nejběžnější elektromotor v průmyslu. Výhody elektromotoru jsou: jednoduchost konstrukce, spolehlivost, nízká cena, dlouhá životnost, vysoký rozběhový moment a přetížitelnost. Nevýhodou asynchronního elektromotoru je obtížná regulace rychlosti otáčení.

      Synchronní elektromotor

      Synchronní motory se obvykle používají v aplikacích, kde je vyžadováno přesné řízení rychlosti otáčení, nebo kde je požadována maximální hodnota parametrů, jako je výkon/výtlak, účinnost atd.

      Speciální elektromotory

      Servomotor

      Servomotory nejsou samostatnou třídou motorů. Jako servomotor lze použít stejnosměrné a střídavé elektromotory se snímačem polohy rotoru. Servomotor se používá jako součást servo mechanismu pro přesné ovládání úhlové polohy, rychlosti a zrychlení pohonu. K provozu vyžaduje servomotor poměrně složitý řídicí systém, který je obvykle navržen přímo pro servopohon.

      Základní parametry elektromotoru

      Točivý moment motoru

      Točivý moment (synonyma: kroutící moment, kroutící moment, moment síly) je vektorová fyzikální veličina rovna součinu poloměru vektoru taženého od osy otáčení k místu působení síly a vektoru této síly.

      • kde M je točivý moment, Nm,
      • F – síla, N,
      • r – vektor poloměru, m

      • kde Pnom – jmenovitý výkon motoru, W,
      • nnom – jmenovité otáčky, min -1 [4]

      Počáteční rozběhový moment je moment elektromotoru při rozběhu.

      FAQ: V anglickém systému měr je síla měřena v uncové síle (oz, ozf, unce-force) nebo librové síle (lb, lbf, pound-force)

      1 unce = 1/16 lb = 0,2780139 N (N)
      1 lb = 4,448222 N (N)

      točivý moment se měří v uncích na palec (oz∙in) nebo v librách na palec (lb∙in)

      1 oz∙in = 0,007062 Nm (Nm)
      1 lb∙in = 0,112985 Nm (Nm)

      Výkon elektromotoru

      Výkon motoru je užitečný mechanický výkon na hřídeli motoru.

      Mechanická síla

      Výkon je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik práce vykoná mechanismus za jednotku času.

      • kde P je výkon, W,
      • A – práce, J,
      • t – čas, s

      Práce je skalární fyzikální veličina rovna součinu průmětu síly do směru F a dráhy s, kterou urazí místo působení síly [2].

      • kde s – vzdálenost, m

      Pro rotační pohyb

      Tímto způsobem můžete vypočítat hodnotu mechanického výkonu na hřídeli rotačního elektromotoru

      FAQ: Jmenovitá hodnota je výrobcem stanovená hodnota parametru elektrického výrobku (přístroje), se kterou má pracovat, což je výchozí hodnota pro výpočet odchylek.

      Účinnost elektromotoru

      Účinnost elektromotoru je charakteristikou účinnosti stroje ve vztahu k přeměně elektrické energie na mechanickou energii.

      • kde je účinnost elektromotoru,
      • P1 – dodávaný výkon (elektrický), W,
      • P2 – užitečný výkon (mechanický), W
        V tomto případě, ztráty v elektromotorech kvůli:
      • elektrické ztráty – ve formě tepla v důsledku ohřevu vodičů s proudem;
      • magnetické ztráty – ztráty v důsledku převrácení magnetizace jádra: ztráty v důsledku vířivých proudů, hystereze a magnetických následků;
      • mechanické ztráty – ztráty třením v ložiskách, ventilaci, kartáčích (pokud existují);
      • dodatečné ztráty – ztráty způsobené vyššími harmonickými magnetických polí vznikající v důsledku převodové struktury statoru, rotoru a přítomnosti vyšších harmonických magnetomotorické síly vinutí.

      Účinnost elektromotoru se může lišit od 10 do 99 % v závislosti na typu a konstrukci.

      Mezinárodní elektrotechnická komise definuje požadavky na účinnost elektromotorů. Podle normy IEC 60034-31:2010 jsou pro synchronní a asynchronní motory definovány čtyři třídy účinnosti: IE1, IE2, IE3 a IE4.

      IEC 60034 31-

      Frekvence otáčení

      • kde n – otáčky motoru, ot./min

      Moment setrvačnosti rotoru

      Moment setrvačnosti je skalární fyzikální veličina, která je mírou setrvačnosti tělesa v rotačním pohybu kolem osy, která se rovná součtu součinů hmotností hmotných bodů druhých mocnin jejich vzdáleností od osy.

      • kde J je moment setrvačnosti, kg∙m 2,
      • m – hmotnost, kg

      1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (kg∙m 2)

      Moment setrvačnosti souvisí s momentem síly následujícím vztahem

      Jmenovité napětí

      Jmenovité napětí je napětí, pro které je síť nebo zařízení navrženo a ke kterému se vztahují jejich provozní charakteristiky [3].

      Elektrická časová konstanta

      Elektrická časová konstanta je doba počítaná od okamžiku přivedení konstantního napětí na elektromotor, během kterého proud dosáhne úrovně 63,21 % (1-1/e) své konečné hodnoty.

      Mechanické vlastnosti

      Mechanická charakteristika motoru je graficky vyjádřená závislost otáček hřídele na elektromagnetickém momentu při konstantním napájecím napětí.

      Porovnání charakteristik externě komutovaných elektromotorů

      Níže jsou uvedeny srovnávací charakteristiky externě komutovaných elektromotorů z pohledu aplikace jako trakční motory ve vozidlech.

      Porovnání mechanických charakteristik různých typů elektromotorů

      Závislost výkonu na otáčkách hřídele pro různé typy motorů

      Závislost výkonu na rychlosti otáčení hřídele pro různé typy motorů s omezeným statorovým proudem

      Univerzální motor – rotační elektromotor, který může pracovat při napájení stejnosměrným i jednofázovým střídavým proudem [1].

      Konstrukce univerzálního elektromotoru

      Konstrukce univerzálního komutátorového elektromotoru se zásadně neliší od konstrukce stejnosměrného komutátorového elektromotoru s budícím vinutím, kromě toho, že celý magnetický systém (stator i rotor) je laminován a budicí vinutí je dělené. Laminované provedení statoru i rotoru je způsobeno tím, že při provozu na střídavý proud do nich pronikají střídavé magnetické toky, což způsobuje značné magnetické ztráty.

      Univerzální motor

      Rozdělení budícího vinutí je způsobeno potřebou změnit počet závitů budicího vinutí za účelem přiblížení výkonových charakteristik při provozu elektromotoru ze stejnosměrných a střídavých sítí [2].

      Univerzální schéma motoru

      Univerzální komutátorový elektromotor lze vyrobit jak se sériovým, tak paralelním a nezávislým buzením.

      V současnosti se univerzální komutátorové elektromotory vyrábí pouze se sériovým buzením.

      Výsledný elektromagnetický točivý moment, když motor běží na střídavý proud, tedy pulzuje. Pulsace elektromagnetického točivého momentu prakticky nenarušují chod motoru. To je vysvětleno skutečností, že při významné frekvenci pulsace elektromagnetického točivého momentu () a velkém momentu setrvačnosti kotvy se rotace kotvy ukazuje jako rovnoměrná.

      Univerzální ovládání motoru