Двигатели малой мощности — виды, применение , устройство, фото ,описание

Что такое двигатель малой мощности?

Двигатель малой мощности — это двигатель переменного (AC) или постоянного (DC) тока, который производит менее одной лошадиной силы при номинальной мощности 746 Вт или менее. Низкий уровень мощности двигателей малой мощности делает их идеальными для небольшой электроники и простых бытовых устройств. Когда они являются частью большого механизма, такого как автомобиль, они продолжают работать, даже если питание устройства прекращается.

 

Двигатели малой мощности имеют множество применений. Поскольку они производят мало вибраций, их можно использовать в оборудовании, требующем исключительно высокой точности. Два типа двигателей малой мощности — шаговые и серводвигатели, которые обеспечивают точный уровень входного сигнала. Двигатели малой мощности широко используются в робототехнике благодаря своей точности и управляемости.

Типы двигателей малой мощности

Хотя двигатели малой мощности очень малы, они обладают теми же характеристиками, что и более крупные электродвигатели. Они широко используются, поскольку могут устанавливаться в любое устройство. Как и в случае с большими электродвигателями, двигатели малой мощности используют электромагнитное поле для преобразования электричества в механическую энергию.

Типы двигателей малой мощности подразделяются по типу используемого ими тока, способу использования тока и их конструкции. Они бывают самых разных размеров и типов. Этот особый аспект делает их достаточно универсальными для применения в любых областях.

Типы двигателей малой мощности

Двигатели серии Brush

Двигатели серии Brushed были первыми электродвигателями и относятся к середине первой промышленной революции. Хотя бесщеточные двигатели пришли им на смену, они по-прежнему используются в определенных областях применения. Современный щеточный двигатель состоит из оси, ротора, коллектора, статора, магнитов и щеток.

В щеточном двигателе снаружи расположены постоянные магниты, а внутри — якорь, который вращается. Постоянные магниты — это статор, а вращающийся якорь — это ротор. В якоре находится электромагнит, который при питании от электричества создает магнитное поле, притягивающее и отталкивающее магниты в статоре. Это позволяет якорю вращаться всего на 180 °.

Для поддержания вращения якоря необходимо менять полюса электромагнита, что выполняется щетками, которые меняют полярность и передают мощность на коммутатор, питающий обмотки. Щетка через коллектор входит в контакт с вращающимися электродами якоря и меняет магнитную полярность.

 

Бесщеточный двигатель

Бесщеточный двигатель — это синхронный электродвигатель, в котором используется контроллер шагового двигателя, который создает вращение для преобразования электрической энергии в механическую. Одним из отличий щеточных двигателей от бесщеточных является отсутствие коллектора.

Обмотки бесщеточного двигателя расположены на статоре, что устраняет необходимость в щетках. В отличие от двигателей с щеткой со стационарными магнитами и вращающимися проводами, бесщеточный двигатель имеет неподвижные провода и вращающиеся магниты. Отсутствие щеток и коллектора устраняет трение, уменьшает количество тепла, выделяемого двигателем, и повышает эффективность.

 

Постоянный разделительный конденсатор

Двигатель малой мощности с постоянным разделенным конденсатором имеет сепараторный ротор и две обмотки, которые являются основной и вспомогательной, как у двухфазного двигателя. Один конденсатор подключен последовательно к пусковой обмотке, а другой конденсатор, «С», постоянно подключен к цепи в условиях запуска и эксплуатации. Двигатель работает как сбалансированный двухфазный двигатель с равномерным крутящим моментом и бесшумной работой. Поскольку конденсатор постоянно подключен к цепи и разделяет однофазное питание на двухфазное, он работает с автоматическим запуском.

 

Реактивный двигатель

Реактивный двигатель работает как однофазный асинхронный двигатель с кольцами на обоих концах двигателя. Как и у всех электродвигателей, центральными компонентами реактивного двигателя малой мощности являются его статор и ротор, которые разделены воздушным зазором. Они работают с прецизионным вращающимся магнитным полем, согласовывая частоту вращения ротора с магнитным полем статора.

Уникальная конструкция реактивного двигателя малой мощности позволяет им обеспечивать высокую мощность при очень низких затратах. Концепция двигателя основана на принципе, согласно которому, когда магнитный материал находится в магнитном поле, он приводится в соответствие с ним с меньшим сопротивлением.

 

Серийный двигатель

Особенностью серийных двигателей малой мощности является их способность выдавать высокий крутящий момент при запуске. Обмотка двигателя выполнена последовательно с обмоткой якоря, что отличается от конструкции других электродвигателей. Большие проводники в якоре и обмотках возбуждения обеспечивают единственное сопротивление протеканию тока, которое является низким из-за их размера. Размер проводников позволяет им пропускать большое количество тока, который насыщает катушки и создает сильное магнитное поле.

 

Серводвигатель

Серводвигатель — это вращающийся двигатель, который обеспечивает точный контроль углового положения, ускорения и скорости. Серводвигатели чаще всего используются в системах управления с замкнутым контуром, таких как робототехника и станки с числовым программным управлением. Серводвигатель использует позиционную обратную связь для управления частотой вращения, движением и позиционированием.

Входной сигнал управления определяет положение вала, которое контроллер корректирует, если положение не соответствует первоначальным спецификациям. Серводвигатели расположены между системой ввода и технологическим процессом и используют обратную связь от процесса для управления своим позиционированием.

 

Двигатель с затененным полюсом

Двигатель с заштрихованным полюсом является самым простым из двигателей переменного тока и состоит из узла ротора и полюса статора. Помимо ротора и полюса, двигатели с заштрихованным полюсом имеют обмотки, которые заштрихованы и не заштрихованы. Заштрихованная часть обмотки двигателя представляет собой медное кольцо, которое действует как его вторичная обмотка. Незатененная обмотка создает магнитное поле меньшей напряженности. Магнитный поток, создаваемый взаимодействием обмоток, увеличивает крутящий момент после его запуска. Двигатели с затененным полюсом движутся в одном направлении и используются в стиральных машинах.

 

Раздельная фаза

Двухфазный двигатель малой мощности имеет одинарный ротор и статор с двумя обмотками, разделенными на основную и пусковую. Обмотки смещены на 90o. Основная обмотка имеет низкое сопротивление и высокое индуктивное сопротивление, в то время как пусковая обмотка имеет противоположное значение с высоким сопротивлением и низким индуктивным сопротивлением.

Резистор подключен последовательно со вспомогательной обмоткой, из-за чего ток в обмотках неодинаков, что приводит к неравномерности поля вращения. Пусковой момент в 1,5-2 раза превышает рабочий момент. Как только двигатель достигает соответствующей синхронной скорости, пусковая обмотка автоматически отключается.

 

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель малой мощности — это двигатель постоянного тока, который движется ступенчато и имеет несколько катушек, расположенных по фазам. Когда фазы подаются последовательно, двигатель вращается. Обычно их выбирают для применений, требующих точного управления движением, таких как автоматизация и робототехника.

 

Синхронный двигатель малой мощности

В синхронном двигателе малой мощности вращение вала совпадает с приложенным током. Общее количество оборотов вала равно току и совпадает с циклами переменного тока. Синхронный двигатель имеет на статоре многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле. Постоянный магнит синхронизирован с вращающимся магнитным полем.

Конструкция двигателя малой мощности

Двигатели малой мощности — это универсальные двигатели, используемые в качестве необходимого компонента в широком спектре применений. Они идеально подходят для условий ограниченного пространства, но при этом важна исключительная производительность. В большинстве случаев двигатели малой мощности представляют собой двигатели постоянного тока, используемые для точного и автоматизированного применения.

При проектировании двигателя малой мощности необходимо учитывать несколько факторов, причем крутящий момент и частота вращения являются двумя наиболее важными. Также в процесс принятия решения входит выбор между щеточным или бесщеточным двигателем, который лучше всего подходит для данного применения.

Конструкция двигателя малой мощности

Мощность двигателя

Двигатели малой мощности имеют выходную мощность 746 Вт или менее при размере рамы менее 104 мм2. Стандартный диапазон мощности для каждого типа двигателей составляет от 1/20 л.с. до 1 л.с. для двигателей переменного тока, от 1/100 л.с. до 1/2 л.с. для двигателей постоянного тока, от 1/35 до 1/2 л.с. для бесщеточных двигателей и от 1/100 л.с. до 2 1/2 л.с. для универсальных двигателей. Меньшие версии двигателей с дробной мощностью классифицируются как субфракционные или микромоторы.

Микромоторы очень маленькие и легкие, рассчитаны на низкое энергопотребление и ограниченные электромагнитные помехи. Они предназначены для компактных и сложных помещений с ограниченным энергопотреблением. Микромоторы могут быть щеточными или бесщеточными, каждый из которых имеет свои преимущества для конкретных применений.

 

Источник питания

Источником питания для двигателей малой мощности может быть переменный или постоянный ток, при этом переменный ток может быть однофазным или трехфазным. Большинство двигателей малой мощности переменного тока являются однофазными, то есть с заштрихованным полюсом или разделенной фазой. Поскольку однофазный двигатель работает на пульсирующем токе, ему требуется дополнительный ток для запуска пульсирующего движения. Однофазные двигатели не обладают таким же высоким КПД, как трехфазные двигатели переменного тока, но служат дольше и практически не требуют технического обслуживания.

Двигатели постоянного тока могут быть щеточными или бесщеточными. Бесщеточные двигатели синхронны и используют контроллер с замкнутым контуром для переключения постоянного тока.

 

Характеристики мощности

Три фактора, влияющих на мощность двигателя малой мощности, — это мощность, крутящий момент и частота вращения. Мощность — это показатель работы двигателя, а крутящий момент — это угловое усилие, которое он будет прилагать. Частота вращения двигателя определяет, насколько быстро он вращается.

Скорость, умноженная на крутящий момент, напрямую зависит от мощности двигателя. Мощность двигателя должна соответствовать типу рабочей нагрузки, которую он будет выполнять. Хотя мощный двигатель может показаться логичным, для достижения максимальной эффективности лучше подбирать нагрузку в соответствии с мощностью.

Приведенная ниже формула предназначена для расчета мощности в лошадиных силах. Константа 5252 представляет собой преобразование начальных 33 000 фут-фунтов в минуту Джеймса Уоттса в Ньютон (N) метров в секунду.

Мощность в лошадиных силах (л.с.) = (Крутящий момент × частота вращения)/5252

Назначение корпуса

Назначение корпусов — содержать элементы двигателя и защищать механизм от повреждений. Существует большое разнообразие корпусов, от пластиковых до алюминиевых и стальных. Существует десять классов корпусов малой мощности, которые защищают от капель (ODP), полностью закрытых вентиляторных систем (TEFC), полностью закрытых воздухозаборников (TEAO), полностью закрытых невентилируемых (TENV), полностью закрытых принудительно вентилируемых (TEFV), атмосферостойких 1-го уровня (WP!), атмосферостойких 2-го уровня (WP2), с полностью закрытым воздухоохлаждением (TEAAC), с полностью закрытым водяно-воздушным охлаждением (TEWAC) и взрывозащищенных (XP).

• Защита от открытых капель (ODP) – этот кожух позволяет воздуху проходить через двигатель. На подшипники, роторы и обмотки могут попадать твердые частицы, что может вызвать серьезные проблемы.
• Полностью закрытые с вентиляторным охлаждением (TEFC) – эти корпуса имеют чугунную раму для охлаждения двигателя и предотвращения перекручивания рамы. Воздух поступает от вентилятора, расположенного на раструбе двигателя.
• Полностью закрытый воздухозаборник (TEAO) – Используются там, где достаточно воздуха. Это пылезащитный корпус.
• Полностью закрытые невентилируемые (TENV) – в них для охлаждения используются теплопроводность и конвекция. Корпус не является герметичным и используется в средах с чистым воздухом.
• Полностью закрытая принудительная вентиляция (TEFV) – двигатель охлаждается вентилятором с постоянной частотой вращения. Воздух нагнетается вентилятором по воздуховодам.
• Защита от атмосферных воздействий 1 (WP1) – они аналогичны корпусам ODP, но имеют экраны для блокирования крупных частиц
• Защита от атмосферных воздействий 2 (WP2) – Эти корпуса аналогичны корпусам WP1, но имеют дополнительные каналы для вентиляции и резко перенаправляют поток воздуха. Их можно использовать на открытом воздухе при сильном ветре и дожде.
• Полностью закрытый воздухоохладитель (TEAAC) – Воздух в двигателе пропускается через теплообменник, в то время как внешний воздух также пропускается через теплообменник. Обмен наружным и внутренним воздухом отсутствует.
• Полностью закрытый корпус с водяным воздушным охлаждением (TEWAC) – этот тип корпуса аналогичен корпусу TEAAC, но вода используется для отвода тепла от теплообменника.
• Взрывозащищенные (XP) – Как и все взрывозащищенные корпуса, корпуса XP бывают трех классов. Класс 1 используется там, где есть горючий газ или пары. Класс 2 используется там, где есть электропроводящая пыль. Класс 3 используется там, где имеются легковоспламеняющиеся волокна или ткань.

Различные подшипники

Подшипники являются неотъемлемой частью электродвигателей как способ снижения трения и износа. Они позволяют валам вращаться с высокой скоростью с небольшими потерями мощности и заменяют движение скольжения движением качения. Два наиболее распространенных типа подшипников — шариковые и цилиндрические.

Шарикоподшипники обеспечивают движение качения за счет шариков, расположенных в кольцевом кольце или сепараторе. Они рассчитаны на высокую скорость и низкое трение и могут выдерживать нагрузки от легких до средних. В электродвигателях они используются в системах с прямым подключением для обработки радиальных или осевых нагрузок.

Цилиндрические роликовые подшипники предназначены для работы с большими нагрузками на исключительно высоких скоростях. Они размещены в сепараторе, который предотвращает их соприкосновение и снижает трение. Высокие эксплуатационные характеристики цилиндрических подшипников обусловлены увеличенной поверхностью контакта подшипников.

 

 Применение двигателей малой мощности

Двигатели малой мощности используются в приложениях, требующих точности. Несмотря на свои небольшие размеры, они оснащены высокоэффективной системой передач, способной выполнять широкий спектр процессов с безупречной стабильностью. Двигатели малой мощности — это сложные двигатели, которые разрабатываются с учетом навыков и опыта.

Двигатели мощностью до нескольких лошадиных сил находят бесконечное применение во всем спектре применений, от тех, которые предназначены для раздачи лекарств, до тех, которые используются для открывания и закрывания дверей. Множество разновидностей двигателей малой мощности позволяют адаптировать их к любым условиям и назначениям.

Использование двигателей малой мощности

Двигатель вентилятора

Вентиляторные двигатели имеют простую конструкцию и могут быть синхронными или асинхронными. Существует несколько разновидностей вентиляторных двигателей, различающихся по размеру и типу. К двигателю вентилятора подключен преобразователь частоты для изменения частоты вращения вентилятора. Большинство вентиляторных двигателей работают на постоянном токе.

 

Компьютерные двигатели

Компьютеры используют двигатели малой мощности для вращения жесткого диска, чтобы прокручивать диск для чтения сохраненных данных. Необходимой деталью компьютера является вентилятор, который охлаждает компоненты во время работы компьютера. В обоих случаях двигатели очень малы и компактны для установки в корпус компьютера, но при этом исключительно точны и надежны.

 

Двигатели для кондиционеров

В кондиционерах используется несколько двигателей малой мощности, включая двигатель воздуходувки и двигатель воздушного компрессора. Магистрали хладагента управляются компрессором и являются ядром кондиционера. Вентилятор кондиционера продувает воздух через конденсаторный блок, ускоряя передачу тепла от хладагента к наружному воздуху.

 

Двигатель стеклоочистителя лобового стекла

Двигатель малой мощности стеклоочистителя — это небольшой трубчатый электродвигатель, который соединен с рычагом стеклоочистителя. Для подключения двигателя к обоим рычагам стеклоочистителя используется рычажный механизм. Двигатель подключается к лезвию стеклоочистителя с помощью рычага стеклоочистителя. Когда в автомобиле активируется выключатель, на двигатель стеклоочистителя подается сигнал с помощью предохранителя. В сигнале указывается скорость, с которой двигатель будет перемещать рычаг.

 

Силовые двигатели для сидений

Существует несколько двигателей малой мощности, используемых для правильного расположения сиденья водителя или пассажира. При нажатии кнопок, расположенных сбоку от сиденья, двигатели малой мощности перемещают сиденье вперед или назад, вверх или вниз, устанавливают подголовник и наклоняют сиденье. Двигатели включаются реле, реагирующими на сигналы от переключателей сиденья.

 

Двигатели для робототехники

Два типа двигателей малой мощности, используемых при производстве роботов, — это двигатели постоянного тока и серводвигатели. Шаговые двигатели также используются для специальных роботизированных функций. Многие типы двигателей, используемых в робототехнике, управляют движением, включая вертикальное, радиальное, вращательное, движение по тангажу, крену, рысканию и другие движения.

Двигатели малой мощности идеально подходят для использования в робототехнике благодаря своим размерам и точности. Широкий выбор двигателей малой мощности позволяет подобрать двигатель для любой функции робота, его движения и условий эксплуатации.

 

Шесть перечисленных выше областей применения двигателей малой мощности — это лишь небольшая выборка из множества применений этого надежного и ценного инструмента. Везде, где требуется небольшой двигатель, весьма вероятно, используется двигатель малой мощности.

Заключение

• Двигатель малой мощности — это двигатель переменного (AC) или постоянного (DC) тока, который производит менее одной лошадиной силы при номинальной мощности 746 Вт или менее.
• Поскольку они производят мало вибраций, двигатели малой мощности можно использовать в оборудовании, требующем исключительно высокой точности.
• Хотя двигатели малой мощности очень малы, они обладают теми же характеристиками, что и электродвигатели большего размера.
• Двигатели малой мощности — это универсальные двигатели, используемые в качестве необходимого компонента в широком спектре применений. Они идеально подходят для условий ограниченного пространства, но при этом важна исключительная производительность.
• При проектировании двигателя малой мощности необходимо учитывать несколько факторов, при этом крутящий момент и частота вращения являются двумя наиболее важными.