Электрический двигатель, являясь незаменимым устройством преобразования энергии в современной промышленности и быту, встречается в самых разных областях — от бытовой техники до крупного оборудования. От простого вращения вентилятора до сложного привода высокоточной техники электродвигатель благодаря своей эффективности и надежности поддерживает функционирование современного общества. Данная статья призвана подробно рассмотреть механизм работы электродвигателя, помогая читателям понять научные принципы, лежащие в основе этого выдающегося устройства.

#### 1. Основные компоненты электродвигателя

Основные компоненты электродвигателя включают, в основном, статор, ротор, обмотку, подшипник и торцевую крышку. Статор, являясь неподвижной частью электродвигателя, обычно состоит из железного сердечника и обмоток, в которые встроены многофазные (обычно трёхфазные) изолированные провода для создания вращающегося магнитного поля. Ротор является вращающейся частью электродвигателя и может быть разделён на типы — ротор короткозамкнутого типа и ротор с обмоткой — в зависимости от конструкции. Ротор короткозамкнутого типа имеет простую структуру: алюминиевые или медные стержни, встроенные в пазы сердечника, образуют замкнутые кольца; ротор с обмоткой имеет изолированные провода, намотанные на сердечник ротора, и его скорость можно регулировать с помощью внешних резисторов или инверторов. Подшипники поддерживают ротор, уменьшают трение и обеспечивают плавное вращение.

#### 2. Принцип работы электродвигателя

Принцип работы электродвигателя основан на законах электромагнитной индукции и принципе силы Лоренца. Когда к обмоткам статора подводится переменный ток, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в воздушном зазоре между статором и ротором возникает вращающееся магнитное поле. Это вращающееся магнитное поле движется относительно проводников ротора (железных прутьев или обмоток типа «клетка буфера»), вызывая в них электродвижущую силу по закону Ленца, что, в свою очередь, приводит к появлению индукционного тока. Взаимодействие индукционного тока с вращающимся магнитным полем создает силу Лоренца на проводниках, определяемую правилом левой руки, — именно она приводит ротор во вращение. Следует отметить, что направление вращения ротора зависит от направления вращения магнитного поля статора, то есть от последовательности фаз тока.

#### 3. Классификация и характеристики электродвигателя

Электрические двигатели можно классифицировать на различные типы в зависимости от принципов работы и конструктивных особенностей, включая двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели переменного тока, синхронные двигатели переменного тока и шаговые двигатели. Двигатели постоянного тока достигают периодических изменений направления тока с помощью коллектора, создавая непрерывный крутящий момент, что обеспечивает широкий диапазон скоростей и высокий пусковой момент, однако их конструкция сложна, а эксплуатационные расходы высоки. Асинхронные двигатели переменного тока являются наиболее распространённым типом, отличающимся простотой конструкции и надежностью работы; они широко используются в нагрузках с постоянной скоростью. Синхронные двигатели в основном применяются в случаях, требующих точной синхронной работы, например, в генераторах и приводах прецизионного оборудования. Шаговые двигатели обеспечивают точное позиционирование и поступательное движение за счёт управления импульсными сигналами, что делает их подходящими для систем ЧПУ и автоматизированного оборудования.

#### 4. Запуск и регулирование скорости электродвигателя

Способ пуска электродвигателя напрямую влияет на его пусковой ток, пусковой момент и воздействие на энергосеть. Распространённые способы пуска включают прямой пуск, пуск по схеме «звезда-треугольник», пуск через автотрансформатор и плавный пуск. Прямой пуск прост, но вызывает высокий пусковой ток, что может повлиять на энергосеть; пуск по схеме «звезда-треугольник» снижает пусковой ток за счет изменения соединения обмоток; пуск через автотрансформатор использует трансформатор для уменьшения напряжения и пускового тока; плавные пускатели применяют силовую электронику, такую как тиристоры, для плавной регулировки пускового напряжения и тока, обеспечивая мягкий пуск.

Контроль скорости является важным аспектом управления электродвигателями, непосредственно влияющим на эффективность работы оборудования и энергопотребление. Способы регулирования скорости для асинхронных двигателей переменного тока включают управление с изменением частоты, управление путём изменения числа полюсов и управление за счёт изменения скольжения. Среди них управление с изменением частоты стало основным благодаря широкому диапазону регулирования, высокой эффективности и значительному энергосберегающему эффекту. За счёт изменения частоты питающего напряжения можно изменять синхронную скорость электродвигателя, сочетая это с регулировкой напряжения для достижения постоянного момента или постоянной мощности при регулировании скорости.

#### 5. Обслуживание и устранение неисправностей электродвигателя

Долговременная стабильная работа электродвигателя зависит от качественного технического обслуживания и устранения неисправностей. Регулярно проверяйте смазку подшипников и вовремя заменяйте сильно изношенные подшипники; очищайте обмотки и радиаторы от пыли, чтобы обеспечить хорошее теплоотведение; проверяйте электрические соединения, чтобы убедиться в их надежном контакте и предотвратить перегрев. К распространенным неисправностям относятся перегрев подшипников, пробой обмоток, а также чрезмерные вибрация и шум, которые можно устранить путем наблюдения, измерений и анализа причин неисправностей с последующим принятием соответствующих мер.

В резюме, как сердце современной промышленности, механизм работы электродвигателя включает в себя несколько дисциплин, таких как электромагнетизм, механика и силовая электроника. Глубокое понимание принципа работы электродвигателя, его классификационных особенностей, пускового режима и регулирования скорости, а также технического обслуживания имеет большое значение для повышения эффективности эксплуатации оборудования, снижения энергопотребления и обеспечения безопасности производства. С развитием технологий проектирование и технологии управления электродвигателями будут продолжать инновации, способствуя устойчивому развитию человеческого общества.