Классификация и виды электродвигателей

электродвигатель

Сегодня мы рассмотрим несколько типов двигателей. Мы будем говорить о контексте, в котором каждый из них полезен. Я не буду вдаваться в подробности по поводу моторов,  много информации о моторах вы можете отыскать в Интернете, так что бистрый поиск вам в помощь.

Мы сосредоточимся на недорогих, легко доступных моторах, которые вы вероятно либо удалили из старого оборудования либо приобрели по небольшой цене. Есть много различных видов экзотических двигателей, но они, как правило, очень дорогие и сложные.

 

Двигатель переменного тока

Двигатель переменного напряжения Двигатель переменного напряженияДвигатель переменного напряжения

Существуют различные типы двигателей переменного тока. Некоторые из них синхронизируются с источником переменного тока (синхронные), другие с переменной скоростью (индукция). В общем, электродвигатели переменного тока являются хорошим выбором, если вам просто нужна постоянная частота вращения вала. 

Существует достаточно много двигателей переменного напряжения, которые вы по большей части уже могли встречать,  ниже приведем их плюсы и минусы.

  • Плюсы: мощные, надежные, могут работать вечно, простое подключение, вездесущий (вентиляторы, электроинструменты, бытовая техника). 
  • Плохо: управление от электроники возможно, прямое питание от сети может быть опасным (высокое напряжение!), как правило довольно большие и тяжелые в исполнении.

 
Электродвигатели переменного тока обычно просто подключаются к сети. Часто им нужен запуск от конденсатора, который необходимо подключить к сети переменного тока в связке с двигателем.

В некоторых двигателях есть встроеный конденсатор, хотя в некоторых случаях он и вовсе не нужен. Конденсатор используется для передачи крутящего момента двигателя, чтобы при запуске преодолеть нагрузку первоначальный инерции.

Большинство электродвигателей переменного тока будет иметь по два проводника для подключения, а также этикетку с указанием рабочего напряжения и частоты.

 

Компактный, простой Мотор DC (постоянного тока) 

Мотор постоянного напряженияДвигатель постоянного напряжения

Это компактные, простые двигатели постоянного тока, такие двигатели можно найти во многих устройствах потребительской електронной продукции.

Такие двигатели применяются в качестве виброзвонка для сотового телефона, в механизированных игрушках, лотках-эджекторах CD, и т.д.

Все такие устройства содержат маленькие двигатели постоянного тока. Чтобы использовать их, вам надо просто подключить к электродвигателю соответствующие напряжения источника постоянного тока (обычно 3-12v) по двум проводам. Такие двигатели, как правило, крутятся быстро, что может быть хорошим или плохим в зависимости от сферы применения.

Их скорость можно регулировать (в пределах сравнительно небольшого диапазона) путем изменения напряжения питания, но производительность (крутящий момент) пострадают при более низких напряжениях. 

  • Плюсы: широкодоступные, недорогие, простые в использовании, безопасные. 
  • Минусы: не очень сильны, остановить легко, дешево сделаны, маленькие и тонкие валы, с ними может быть трудно работать. 

 
Просто подключите + / - вашего источника питания или батареи к клеммам двигателя и он начнет работать. Задание полярности изменит направление вращения двигателя. 
 
Как правило, такой двигатель представляет из себя небольшой стальной и с двумя тонкими проводами корпус из которого виднеется тонкий вал. Корпус может иметь етикетку с параметрами двигателя и производителя.

 

 Двигатель постоянного напряжения (DC) с редуктором

Двигатель постоянного напряжения с редуктором Двигатель постоянного напряжения с редуктором

Двигатель постоянного напряжения с редуктором Двигатель постоянного напряжения с редуктором

Двигатель с редуктором постоянного тока - ето более мощная версия двигателя постоянного тока, но с набором передач которые закреплены на валу и встроены в корпус мотора.

Обычно вы можете четко видеть две части - моторная и трансмиссионный редууктор. Цель редуктора заключается в снижении скорости и увеличения крутящего момента оси двигателя постоянного тока. 

Мотори-редуктори постоянного тока очень часто используются в робототехнике и других ситуациях, системах контроля, когда вам нужно небольшая двигатель с большим количеством энергии.

Скорость, как правило, контролируется с помощью величины фиксированного входного напряжения. Диапазон входных напряжений от 3-30v или около того.

Как правило, двигатели с более высоким напряжением питания дадут вам больше крутящего момента, хотя специфика редуктора играет здесь свою роль.

Редуктор двигателя постоянного тока будет иметь некоторую передачу, что является конечной скоростью вала после запуска через редуктор.

Вы обычно не знаете фактической скорости самого мотора. Напряжение спецификации двигателя не скажут вам ничего о скорости двигателя, так как конечная скорость определяется деталями редуктора. Максимальные скорости могут варьироваться от 1(а то и мньше) до нескольких сотен оборотов в минуту. 

  • Плюсы: мощные и доступные во многих диапазонах скоростей, простое подключение, хорошее соотношение питание/размер, легко управлять. 
  • Минусы: может быть достаточно дорогим, особенно новый. Редуктор может быть шумным, механизмы могут работать плохо и изнашиватся.

Для подключения нужно подключить +/- источника питания или батареи к клеммам двигателя. Задние полярности изменится направление вращения двигателя. 

Идентифицировать такие двигатели очень просто: очевидные две части тела (двигатель и редуктор), 2 соединительных провода. Иногда этикетка с напряжением / RPM информацией будет на корпусе.

 

Хобби сервомотор

сервомотор

Серводвигатели Хобби, как правило, используется в небольших системах дистанционного управления, таких как самолеты RC, лодки и т.д.

Они могут быть очень маленькими, легкими и достаточно мощными для своего размера. Такие двигатели бывают самых различных размеров - от самых маленьких до достаточно массивных. Хобби сервопривода имеют маленькие редуктора и работают от постоянного тока со встроеной схемой контроля. 

В своем первоначальном виде они используются для перемещения вала к определенной позиции в целях перемещения некоторых частей конструкции, для изменения положения руля в игрушках и т.д.

Такие сервоприводы не могут вращаться на угол 360 градусов, они, как правило вращаются в диапазоне 180-270 градусов. Положение вала устанавливается с помощью сигнала PWM, положение вала изменяется в зависимости от ширины сигнала PWM. Управляющий сигнал PWM подается отдельно от линий питания, который поступает все время, и обычно составляет величину напряжением около 6V. 

Хобби сервоприводов зачастую вращаются на 360 градусов, что управляется своей внутренней электроникой. Процесс прост и описан на бесчисленных ресурсов робототехники.

Эти двигатели часто полезны для маленьких платформ робототехники. Преимущество использования даного сервопривода является то, что вам не нужны дополнительные схемы драйвера, вы просто подключите питание двигателя, а затем подаете PWM сигнал управления непосредственно с микроконтроллера. 

Хобби сервоприводы, как правило, приобретают новые, или если у вас есть широкий доступ к большому количеству сломанных игрушек RC.

Цены могут быть достаточно высокими, особенно для сервоприводов высокого качества. "Высокое качество" обычно означает, что они имеют более сильную (металл) передачу, а не пластиковые шестерни. 
 

  • Плюсы: Может быть очень мал, легко управлять непосредственно с микроконтроллера, легко позиционировать довольно точно, поставляются с различными муфтами для вала для простых механических соединений, стандартные размеры / орган конфигураций, что делает монтаж проще. 
  • Минусы: Относительно дорогой; редуктора часто изнашиваются при постоянном использовании; шумные;


Хобби сервопривода имеют три провода: +, землю и контроль. Предназначение и цвет проводов не нормирован, так что вы должны иметь информацию по конкретным сервоприводам чтобы его правильно подключить.

Провод питания (+) идет на ваш двигатель питания (вероятно, 6В), земля-земля, и провод управления идет на сигнал PWM, исходящее от микроконтроллера.

Большинство хобби сервоприводы поставляются с 3-х штирьковым разьемом, что позволяет легко подключить / отключить двигатель от стандартного 3-х штырькогового разъема SIP. 
 
Почти всегда сервоприводы имеют квадратную форму с тремя соединительными проводами, оканчивающиеся на 3pin разъем. Не путайте хобби сервопривода с промышленными серводвигателями. 

Шаговые двигатели

шаговый двигатель от принтера шаговый двигательмощный шаговый двигатель

В отличие от большинства других двигателей, в шаговых моторах вал не вращается постоянно, наоборот, вращение осуществляется в малых приращеваниях (шагах).

Активизация действий позволяет легко вращать вал точно и повторять шаги сколько нужно, например подобное может быть трудно осуществить с другими типами двигателей.

Многие бытовые приборы, компьютера, принтеры, сканеры и факсы содержат один или несколько шаговых двигателей внутри. Шаговые двигатели, как правило, используется для точного позиционирования печати / перемещения головы сканера или для перемещения листа бумаги в некоторое положение.

В робототехнике шаговые двигатели часто используются чтобы точно ориентировать части некоторого механизма. 

Управление шаговым двигателем сложнее чем обычный контроль двигателя постоянного тока. Особенности определения последовательности активизации поведения (вперед, назад, 1 / 2 шага на время и т.д.) - компромисс для повышенной сложности управления более точного контроля позиции вала.

Обратите внимание на погрешность шагового двигателя, если вы сообщите двигателю вращатся по часовой стрелке , но сила недостаточна поскольку все упирается в физические нагрузки, он не сможет успешно завершить все шаги.

Здесь нужна какая-то система обратной связи (как правило, оптический кодировщик с диска на валу двигателя), чтобы отслеживать, сколько шагов было действительно принято. Шаговые двигатели, сами по себе не знают ничего о своей позиции и не имеет встроенной обратной связи. 

  • Плюсы: Повсеместные, многих размеров на выбор; хорошо управляемые; надежные. 
  • Минусы: Потребуются дополнительные ресурсы для управления в сравнении с другими двигателями (код + оборудование); нестандартный интерфейс - подключить более трудно. 


Есть два основных типа шаговых двигателей: моно-и биполярные. Однополярный содержит 5 или 6 проводов, биполярные  - четыре.

Там нет стандартных разводок проводов, так что вам придется сделать некоторые эксперименты чтобы удостоверится что  двигатель работает корректно. К счастью, есть достаточно много информации в Интернете по подключению шаговых двигателей. Но будьте готовы к некоторым разочарованиям, особенно при использовании  двигателей которые извлечены из оборудования. 

Шаговый двигетель (степпер) может иметь от 4 до 7 проводов. Они обычно тише, чем другие типы двигателей. Если вы удалите двигатель из оборудования и он имеет более чем три провода, то это, вероятно степпер. Попробуйте вращать вал, если вы чувствуете шаги,  то это так и есть скорее всего степпер.

Перевод с Английского.

6 3654 Автоматика и управление
электродвигатель справочник
кэшбек