Kapitola 1: Úvod Elektromagnety vs. elektromotory
Mezi nejpoužívanější elektromagnetická zařízení v průmyslové automatizaci, spotřební elektronice, zdravotnických zařízeních a výrobních strojích patří elektromagnety a elektromotory. Obě tato zařízení pracují s využitím elektřiny a magnetických polí. Účely obou těchto technologií se však velmi liší. Elektromagnet je zařízení, které přeměňuje elektřinu na magnetické pole a lze jej zapínat a vypínat. Elektromotor je zařízení, které přeměňuje elektřinu na rotační mechanický pohyb.
Struktury obou zařízení zahrnují cívky a magnetické materiály; proto mnoho inženýrů, nákupčích manažerů a produktových designérů má tendenci tyto dvě technologie zaměňovat. Rozdíl mezi nimi však hraje důležitou roli při výběru správné součástky pro projekt.
V této příručce o elektromagnetech a elektromotorech budou popsány pracovní principy, struktury, aplikace, výhody, nevýhody a tipy, jak vybrat vhodnou součástku pro váš projekt.
Kapitola 2: Co je to elektromagnet?
Elektromagnety jsou magnety, které fungují pouze tehdy, když jejich cívkou protéká proud a vytváří magnetické pole. Elektromagnety lze okamžitě zapnout a vypnout [na rozdíl od permanentních magnetů, které to nemohou]. Proto jsou ideální pro automatizované řídicí systémy.
Magnetická síla závisí na:
Počet závitů drátu
Proud protékající cívkou
Obsah jádra
Vzdušný prostor
Dodávané napětí
Elektromagnety se široce používají v:
Solenoidy
Elektromagnetický zámek
Magnety pro zvedání
Průmyslové pohony
Lékařské vybavení
Třídící zařízení
Kapitola 3: Co je to elektromotor?
Elektromotor je elektromechanické zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na nepřetržitou mechanickou rotační energii.
Na rozdíl od elektromagnetu vytváří elektromotor rotující magnetická pole, která pohánějí hřídel.
Elektromotory se široce používají v:
Ventilátory a čerpadla
Dopravní systém
CNC stroj
Roboti
Elektrická auta
Domácí spotřebiče
Kapitola 4: Jak funguje elektromagnet?
4.1 Princip fungování elektromagnetu spočívá v Ampérově zákonu.
Propouštěním elektrického proudu měděnou cívkou vytváříme kolem vodiče magnetické pole.
Magnetické pole je výrazně zesíleno přítomností měkkého železného jádra. Magnetická permeabilita železa je vysoká.
Pokud dojde k výpadku proudu:
Magnetické pole mizí.
Gravitace nebo pružina vrátí píst nebo přitahovaný předmět do jeho původní polohy.
Díky jednoduchému zapínání a vypínání jsou elektromagnety vynikající pro lineární ovládání.
4.2 Součásti
Bydlení
Píst (pokud existuje)
Měděná cívka
Měkké železné jádro
Jaro (pokud existuje)
4.3 Manipulováno magnetickou silou
Napětí
Odpor cívky
Vzduchová mezera
Počet otáček
Kapitola 5: Princip činnosti elektromotorů
Elektromotory pracují na principu Lorentzovy síly.
Průchod proudu cívkami v magnetickém poli vytváří sílu.
Interakce magnetických polí statoru a rotoru vytváří konstantní točivý moment.
Komutace se provádí různými způsoby v závislosti na typu motoru:
Štětce
Elektronická řídicí jednotka
Regulace frekvence střídavého proudu
Elektromotory nejen vytvářejí tažnou sílu, ale také se neustále otáčejí.
Primární výstup
Rychlost
točivý moment
Mechanická energie
Průmyslové aplikace
Aplikace elektromagnetu
Téměř neexistuje automatizační systém, u kterého by nebyl potřeba řízený lineární pohyb nebo magnetické uchycení; a proto se pro tyto účely široce používají elektromagnety.
Příklady typických aplikací jsou:
Elektromechanické ventily
Zámky dveří
Automatické bankomaty
Textilní stroje
Lékařské analytické vybavení
Balicí stroje
Třídicí systémy
Automatizační průmysl
Magnetické výtahy
Systémy vstřikování paliva
Automobilové aktuátory
Doba odezvy v řádu milisekund činí elektromagnety ideálními pro rychlé spínání.
Kapitola 6: Elektromagnety vs. elektromotory: struktura a složení vlastností
6.1 Porovnání struktur
| Složka | Elektromagnet | Elektromotory |
| Cívka | Ano | Ano |
| Železné jádro | Ano | Ano |
| Stálý magnet | volitelný | Často |
| rotor | Ne | Ano |
| Šachta | Ne | Ano |
| Ložisko | Ne | Ano |
| Komutátor | Ne | Někdy |
| Pohyb | Lineární přitažlivost | Nepřetržité otáčení |
| kontrolor | Jednoduché ZAP/VYP | Řízení otáček a točivého momentu |
Elektromotory mají výrazně více mechanických součástí než elektromagnety.
Funkce 6.2 Porovnání
| vlastnost | Elektromagnet | Elektromotory |
| Účel | Vytvořte magnetickou sílu | Vytvořte rotační pohyb |
| Výstup | Táhnout, držet, tlačit | Rotace |
| Pohyb | Lineární | Rotační |
| Odpověď | Extrémně rychlý | rychlý |
| ovládání | prostý | Složitější |
| Přeměna energie | Elektrické → Magnetické | Elektrické → Mechanické |
| Údržba | Velmi nízký | Středně |
| Životnost | Velmi dlouhá | Záleží na ložiskách |
| Stát | Spodní | Vyšší |
Kapitola 7: Aplikace elektromotorů
Pro zajištění plynulého mechanického pohybu se používají elektromotory.
Mezi odvětví, kde se elektromotory široce používají, patří:
Výroba
Vytápění, větrání, klimatizace a chlazení
Robotické zemědělské stroje
Elektrická vozidla Elektrická vozidla
Letecký a vesmírný průmysl
Domácí přístroje
Vodní pumpy
Dopravní pásy.
Strojové nástroje
Kompresory a
Elektromotory produkují nepřetržitý točivý moment a mají vysokou mechanickou účinnost při dlouhodobém provozu.
Kapitola 8: Výhody elektromagnetů
Jednoduchá konstrukce
Nízké náklady na výrobu
Rychlá doba odezvy
Základní ovládání ZAP/VYP
vysoká spolehlivost
Kompaktní velikost
Vyžaduje jen malou péči
Dlouhý život
Snadná integrace s automatizačními systémy
Vysoká přídržná síla pro danou velikost
Kapitola 9: Nevýhody elektromagnetů
Nelze provést trvalou rotaci
Čím větší zdvih, tím menší síla
Nepřetržitá spotřeba energie a generování tepla
Včasné pro velké síly
Krátká cestovní vzdálenost
Ztráta přídržné síly v případě výpadku napájení (pokud se nejedná o západkovou konstrukci)
Kapitola 10: Výhody elektromotorů
Neomezený pohyb
Vysoká účinnost
Vysoký točivý moment
Pohon s proměnnými otáčkami
Dlouhá životnost
Vynikající pro náročné aplikace
Celá řada velikostí
Osvědčená technologie
Dobré vlastnosti vhodné pro automatizaci
Kapitola 11: Nevýhody elektromotorů
Nákladnější
Velká velikost
Opotřebení
Ložiska potřebují údržbu
Složitější řídicí obvody
Vyšší pořizovací cena
Vibrace a hluk
Kapitola 12: Jaký je rozdíl v životnosti mezi elektromagnety a elektromotory?
Elektromagnety a elektromotory mají odlišné mechanické struktury, takže mají i různou životnost. Elektromagnety obecně vydrží déle, protože mají málo nebo žádné pohyblivé části, zatímco u elektromotorů dochází k opotřebení ložisek, kartáčů (u kartáčových motorů) a dalších mechanických součástí.
12.1 Proč elektromagnety vydrží déle
Elektromagnety jsou relativně jednoduchá zařízení, která se skládají z:
Měděná drátová cívka Železné jádro Pouzdro Volitelný píst a vratná pružina
Mechanické opotřebení je malé, protože neexistují žádné neustále se rotující součásti. Při správném návrhu a provozu v rámci jmenovitého pracovního cyklu a teplotních limitů jsou hlavními příčinami poruch:
Průraz izolace cívky, Přehřátí, Koroze
Mechanická únava vratné pružiny (pokud je namontována)
Opotřebení pístu při vysokých cyklech
Průmyslové solenoidy jsou například často dimenzovány pro:
Standardní modely: 500 000 až 5 000 000 cyklů.
10 až více než 100 milionů cyklů pro špičkové konstrukce s využitím optimalizovaných materiálů a mazání.
Elektromagnety ovládané jinými osobami nemají téměř žádné pohyblivé části a lze se na ně spolehnout, že budou fungovat více než 20 let.
12.2 Jak se opotřebovávají elektromotory
Elektromotory mají mnohem více pohyblivých částí, jako například:
Ložiska hřídele rotoru, spojky chladicího ventilátoru, těsnění
Kartáče a komutátor (pro kartáčové stejnosměrné motory)
Tyto díly jsou neustále vystaveny tření, vibracím a tepelným cyklům, což postupně zkracuje jejich životnost.
12.3 Faktory ovlivňující dlouhověkost
Stejné provozní podmínky ovlivňují elektromagnety a elektromotory:
Pracovní cyklus (teplota okolního vzduchu) Stabilita napětí
Provozní (pracovní) proud
Chladicí výkon
Podmínky zatížení
Vystavení prachu a vlhkosti
Vibrace koroze
Instalace a údržba
Neobsahují žádné pohyblivé části, což znamená, že elektromagnety podléhají minimálnímu mechanickému opotřebení. Při správném návrhu a v rozsahu provozních parametrů stanovených výrobcem mohou být nejčastějšími příčinami selhání:
12.4 Porovnání životnosti
| vlastnost | Elektromagnety | Elektrické motory |
| Typická životnost | 5–20+ let | 5–15+ let |
| Provozní cykly | 500 000 až více než 100 milionů cyklů (v závislosti na provedení) | 10 000–60 000 provozních hodin (typické průmyslové motory) |
| Pohyblivé části | Pouze volitelný píst | Rotor, hřídel, ložiska, chladicí ventilátor |
| Mechanické opotřebení | Velmi nízký | Středně |
| Údržba | Minimální | Pravidelné mazání a kontrola ložisek |
| Hlavní režim selhání | Stárnutí nebo přehřátí izolace cívky | Opotřebení ložisek, stárnutí izolace, opotřebení kartáčů (pokud je to relevantní) |
Kapitola 13: Elektromagnety nebo elektromotory: Který z nich si vybrat
Volba správného zařízení závisí na požadovaném pohybu, síle, rychlosti a provozních podmínkách.
13.1 Kdy zvolit elektromagnet:
Musí existovat lineární pohyb.
Potřebujete ovládání okamžitého ZAP/VYP.
Je potřeba uchopit nebo uvolnit předmět.
Prostor je omezen.
Údržba by měla být minimální.
Cena je klíčovým faktorem.
Typickými příklady jsou:
Solenoidové ventily *
Zámky dveří
Automatické prodejní automaty
Lékařské nástroje.
Třídicí stroje
13.2 Kdy zvolit elektromotor:
Neustálá rotace je nezbytná.
Musí pracovat vysokou rychlostí.
Je potřeba k přenosu mechanické energie.
Točivý moment je vysoký.
Očekává se, že provozní cykly budou dlouhé.
Typickými příklady jsou:
Ventilátory Čerpadla
Dopravníkové systémy
Robotika
Elektrická motorová vozidla
Průmyslové stroje
Kontrolní seznam pro výběr projektu
13.3 Před výběrem elektromagnetu nebo elektromotoru odpovězte na následující otázky:
✔ Je vyžadován lineární nebo rotační pohyb?
✔ Jaká je potřebná síla nebo krouticí moment?
✔ Jak dlouho bude zařízení fungovat po jednom nabití?
✔ Jaký je zdroj dodávaného napětí (stejnosměrného nebo střídavého)?
Chcete regulaci rychlosti?
✔ Jaký je přípustný nárůst teploty?
✔ Jaký je potřebný pracovní cyklus (10 %, 25 %, 50 % nebo 100 %)?
Jakým podmínkám prostředí (prach, vlhkost, vibrace) bude zařízení vystaveno?
✔ Kolik prostoru mám pro instalaci?
✔ Jaký je rozpočet projektu?
Správný výběr zařízení ve fázi návrhu sníží náklady na údržbu, zlepší účinnost systému a prodlouží životnost zařízení.
Kapitola 14: Elektromagnety a elektromotory – budoucí trendy
Obě tyto technologie se neustále vylepšují díky pokroku v materiálech, elektronice a výrobě.
Nedávný vývoj je:
Bezkartáčové motory s vysokou účinností
Chytré elektromagnety s integrovanými senzory
Systémy řízení motorů založené na umělé inteligenci
Permanentní magnety bez vzácných zemin
Miniaturizované aktuátory pro lékařské přístroje
Vysokorychlostní průmyslová automatizace
Elektromagnetická řešení pro energetickou účinnost
Prediktivní údržba a integrace Průmyslu 4.0
S tím, jak se továrny stávají chytřejšími a propojenějšími, zůstanou elektromagnety a elektromotory nepostradatelnými prvky průmyslové automatizace.
Kapitola 15: Často kladené otázky k Elektromagnety vs. elektromotory
1. Jaký je rozdíl mezi elektromotorem a elektromagnetem?
Elektromagnet je zařízení, které vytváří řiditelné magnetické pole pro přitahování nebo udržování předmětu. Elektromotor je zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na nepřetržitou rotaci hřídele.
2. Mohu nahradit elektromotor elektromagnetem?
Ne. Elektromagnet vytváří lineární magnetickou sílu, elektromotor vytváří nepřetržitý rotační pohyb.
3. Které zařízení spotřebovává více energie?
Elektromotory mají tendenci spotřebovávat více energie, protože vytvářejí nepřetržitý mechanický pohyb. Elektromagnety obvykle vyžadují energii pouze tehdy, když jsou pod napětím (i když existují konstrukce s nepřetržitým provozem a značnou spotřebou energie).
4. Jsou elektromagnety spolehlivé?
Elektromagnety jsou vysoce spolehlivé a vyžadují jen velmi malou údržbu, protože se skládají z malého počtu pohyblivých částí.
5. Který z nich je lepší pro průmyslovou automatizaci?
Záleží na aplikaci. Elektromagnety jsou ideální pro spínání, blokování a ovládání. Elektromotory jsou skvělé pro pohon rotačních strojů.
6. Mohou být elektromagnety napájeny nepřetržitě?
Ano, pokud mají jmenovitý pracovní cyklus 100 % a jsou vybaveny dobrým odvodem tepla.
7. Která průmyslová odvětví používají elektromagnety a elektromotory?
Obě tyto technologie se široce používají společně v automobilovém průmyslu, robotice, balení, zdravotnických prostředcích, automatizaci továren, leteckém průmyslu, logistice a výrobě.
8. Jak si vyberu správné řešení pro svůj projekt?
Nejprve byste měli definovat požadovaný pohyb (lineární nebo rotační), sílu nebo točivý moment, pracovní cyklus, napájení, provozní prostředí a dostupný instalační prostor. Tyto faktory určí, zda byste si měli vybrat elektromagnet nebo elektromotor.
Kapitola 16: Závěr
Přestože elektromagnety a elektromotory jsou založeny na elektromagnetických principech, jsou navrženy pro velmi odlišné účely. Elektromagnety vytvářejí řiditelné magnetické pole pro lineární pohyb, držení nebo spínání. Elektromagnety jsou ideální pro solenoidy, ventily, zámky a automatizační systémy. Elektromotory transformují elektrickou energii na nepřetržitou rotaci hřídele. Používají se k pohonu průmyslových strojů, dopravníkových systémů, elektrických vozidel a domácích spotřebičů.
Vaše volba mezi elektromagnety a elektromotory je nakonec určena požadavky na pohyb vaší aplikace.
