Виды электродвигателей: асинхронные, синхронные, коллекторные и BLDC

Классификаций несколько, и они пересекаются. На практике смотрят на три вещи: род тока питания, принцип создания вращающегося поля и наличие электрического контакта с ротором.

• Род тока: переменный (асинхронные, синхронные) и постоянный (коллекторные, вентильные).
• Принцип: асинхронный — поле индуцирует ток в роторе; синхронный — ротор вращается вместе с полем.
• Ротор: короткозамкнутый, фазный, на постоянных магнитах, с обмоткой возбуждения.
• Регулировка: нерегулируемый, частотно-регулируемый, с фазным ротором, шаговый, серво.

Для ремонта важно знать, есть ли в двигателе щётки, коллектор или электроника. Обмотку статора можно перемотать почти всегда, а сгоревший драйвер или магнитный ротор ремонтируют редко — их меняют.

Асинхронный двигатель — тот самый, что стоит на 80–90 % насосов, вентиляторов и станков. Он питается трёхфазным переменным током, а ток в роторе наводится магнитным полем статора. Электрического контакта между ротором и статором нет, поэтому изнашиваться почти нечему.

С короткозамкнутым ротором

Самый массовый тип: «беличья клетка» из медных или алюминиевых стержней, залитая по торцам кольцами. Плюсы — простота, цена, надёжность, минимум обслуживания. Минусы — большой пусковой ток (5–7 номиналов) и ограниченный пусковой момент. Решается частотным преобразователем или схемой «звезда-треугольник».

С фазным ротором

Обмотка ротора выведена на контактные кольца, в её цепь включают пусковые резисторы. Это даёт высокий пусковой момент при умеренном токе — то, что нужно дробилке или крану с тяжёлым грузом. Минус — щёточный узел и кольца требуют обслуживания. В современном приводе фазный ротор всё чаще заменяют частотником с асинхронным двигателем.

По исполнению асинхронные двигатели бывают защищёнными (IP23), закрытыми обдуваемыми (IP44/IP55), взрывозащищёнными и специальными — для кранов, лифтов, шпинделей станков. Подробнее о параметрах — в статье «Характеристики электродвигателя».

У синхронного двигателя ротор вращается с той же скоростью, что и поле: он «сцеплен» с ним через постоянные магниты или обмотку возбуждения. Скольжения нет, поэтому КПД выше, а скорость жёстко привязана к частоте питания.

Синхронные машины с электромагнитным возбуждением — это крупные промышленные агрегаты: компрессоры, прокатные станы, генераторы. Они требуют возбудителя и сложной автоматики, поэтому в небольшом приводе встречаются редко.

Вентильные двигатели (BLDC, PMSM) — синхронные машины с постоянными магнитами и электронным коммутатором вместо коллектора. Они компактнее, тише и экономичнее асинхронных, легко регулируются и широко используются в насосах, вентиляторах, станках, электротранспорте и бытовой технике. Минус — цена и чувствительность магнитов к перегреву: при температуре выше допустимой они размагничиваются, и восстановить ротор уже нельзя.

Частный случай — вентильный реактивный двигатель (SRM), где нет ни магнитов, ни обмотки ротора вообще. Он живуч, но требует специального преобразователя и пока нишев.

Коллекторный двигатель подводит ток к обмотке ротора через щётки и коллектор. Это позволяет просто и дешёво регулировать скорость изменением напряжения, а пусковой момент у него высокий. Отсюда применение: электроинструмент, бытовая техника, стартеры, лебёдки, старые станки и краны.

Минусы очевидны: щётки и коллектор изнашиваются, искрят и требуют обслуживания, а пыль от щёток оседает внутри корпуса. Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) до сих пор встречаются в приводах, где нужен широкий диапазон регулирования, но их всё активнее вытесняют частотники и BLDC.

Универсальные коллекторные двигатели работают и от переменного, и от постоянного тока — их легко узнать по коллектору и щёткодержателям. Перемотка возможна, но экономически оправдана не всегда: обмотка ротора сложнее, а щёточный узел нужно восстанавливать отдельно.

• Шаговые — поворачиваются на фиксированный шаг, без обратной связи. Точная механика, 3D-принтеры, дозаторы. Момент небольшой, зато позиционирование без энкодера.
• Сервоприводы — двигатель с энкодером и драйвером, держит скорость и позицию с высокой точностью. Станки, роботы, упаковка.
• Взрывозащищённые — обычный асинхронный двигатель в специальном корпусе с повышенной степенью защиты. Обязательны в газовой, нефтяной и химической отрасли.
• Краново-металлургические — рассчитаны на частые пуски и высокую температуру, часто с фазным ротором или частотным управлением.
• Шпиндельные — высокие обороты, повышенная точность балансировки, специальная система охлаждения.

В ремонте специальные исполнения требуют отдельного подхода: взрывозащищённый двигатель нельзя «собрать из чего было», а шпиндель — перебалансировать на обычном станке. Поэтому перед перемоткой важно понимать, к какому классу относится машина.

Есть простое правило: если нет особых требований по регулировке и пуску — берите асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и, при необходимости, частотный преобразователь. Это самое ремонтопригодное, распространённое и предсказуемое решение.

• Тяжёлый пуск под нагрузкой — фазный ротор, частотник или двигатель с повышенным пусковым моментом.
• Точная скорость и позиция — синхронный сервопривод или BLDC с драйвером.
• Автономное питание, инструмент — коллекторный двигатель или BLDC.
• Взрывоопасная среда — только взрывозащищённое исполнение с соответствующим сертификатом.

Если двигатель уже сгорел и вы решаете, ремонтировать его или менять, посмотрите на тип: асинхронную машину почти всегда выгоднее перемотать, а вот электронику и магниты восстанавливать бессмысленно. В нашем цеху перематывают асинхронные двигатели и коллекторные машины, включая специальные исполнения.