Электромагнитный двигатель принцип работы: Принцип работы электродвигателя — полезная информация от специалистов ООО ПТЦ «Привод»

Содержание

Электромагнитные двигатели: схема, принцип работы

Электромагнитные двигатели — это устройства, которые работают по принципу индукции. Некоторые люди называют их электромеханическими преобразователями. Побочным эффектом данных устройств считается обильное выделение тепла. Существуют модели постоянного и переменного типа.

Также устройства различают по типу ротора. В частности, есть короткозамкнутые и фазные модификации. Сфера применения электромагнитных двигателей очень широкая. Встретить их можно в бытовых приборах, а также промышленных агрегатах. Активно используются они и в самолетостроении.

Схема двигателя

Схема электромагнитного двигателя включает в себя статор, а также ротор. Коллекторы, как правило, применяются щеточного типа. Ротор состоит из вала, а также наконечника. Для охлаждения системы часто устанавливаются вентиляторы. Для свободного вращения вала имеются роликовые подшипники. Также существуют модификации с магнитопроводами, которые являются неотъемлемой частью статора. Над ротором располагается контактное кольцо. В мощных модификациях используется втягивающее реле. Непосредственно подача тока осуществляется через кабель.

Принцип работы двигателя

Как говорилось ранее, принцип действия построен на электромагнитной индукции. При подключении модели образуется магнитное поле. Затем на обмотке возрастает напряжение. Под силой действия магнитного поля в действие приводится ротор. Частота вращения устройства в первую очередь зависит от количества магнитных полюсов. Коллектор в данном случае играет роль стабилизатора. Подача тока в цепь происходит через статор. Также важно отметить, что для защиты двигателя используются кожухи и уплотнители.

Как сделать своими руками?

Сделать обычный электромагнитный двигатель своими руками довольно просто. В первую очередь следует заняться ротором. Для этого придется найти металлический стержень, который будет играть роль вала. Также потребуется два мощных магнита. На статоре должна находиться обмотка. Далее останется лишь установить щеточный коллектор. Электромагнитные двигатели-самоделки подсоединяются к сети через проводник.

Модификации для машин

Электромагнитные двигатели для автомобилей изготавливаются только коллекторного типа. Мощность их в среднем составляет 40 кВт. В свою очередь, параметр номинального тока равняется 30 А. Статоры в данном случае используются двухполюсные. У некоторых модификаций имеется клеммная коробка. Для охлаждения системы применяются вентиляторы.

Также в устройствах предусмотрены специальные отверстия для циркуляции воздуха. Роторы в двигателях устанавливаются с металлическими сердечниками. Для защиты вала используются уплотнители. Статор в данном случае находится в кожухе. Электромагнитные двигатели для машин с втягивающими реле встречаются редко. В среднем диаметр вала не превышает 3.5 см.

Устройства для самолетов

Работа двигателей данного типа построена на принципе электромагнитной индукции. Для этого статоры применяются трехполюсного типа. Также электромагнитные двигатели летательных аппаратов включают в себя бесщеточные коллекторы. Клеммные коробки в устройствах располагаются над контактными кольцами. Неотъемлемой частью статора является якорь. Вал вращается благодаря роликовым подшипникам. У некоторых модификаций применяются щеткодержатели. Также важно упомянуть о различных типах клеммных коробок. В данном случае многое зависит о мощности модификации. Электромагнитные двигатели для самолетов с целью охлаждения оборудуются вентиляторами.

Двигатели-генераторы

Электромагнитные двигатели-генераторы выпускаются со специальными бендиксами. Также схема устройства включает в себя втягивающие реле. Для запуска ротора применяются сердечники. Статоры в устройствах используются двухполюсного типа. Непосредственно вал у них крепится на роликовых подшипниках. У большинства двигателей имеется резиновая заглушка. Таким образом, ротор изнашивается медленно. Еще есть модификации с щеткодержателями.

Модели с короткозамкнутым ротором

Электромагнитный двигатель с короткозамкнутым ротором часто устанавливается в бытовых приборах. Мощность моделей в среднем равняется 4 кВт. Непосредственно статоры используются двухполюсного типа. Роторы крепятся в задней части двигателя. Вал у моделей применяется небольшого диаметра. На сегодняшний день чаще всего выпускаются асинхронные модификации.

Клеммные коробки в устройствах отсутствуют. Для подачи тока используются специальные полюсные наконечники. Также схема двигателя включает в себя магнитопроводы. Крепятся они возле статоров. Еще важно отметить, что выпускаются устройства с щеткодержателями и без них. Если рассматривать первый вариант, то в данном случае устанавливаются специальные зубчатые передачи. Таким образом, статор ограждается от магнитного поля. Устройства без щеткодержателя имеют уплотнитель. Бендиксы в двигателях устанавливаются за статором. Для их фиксации применяются шпонки. Недостатком данных устройств считается быстрый износ сердечника. Возникает он из-за повышенной температуры в двигателе.

Модификации с фазным ротором

Электромагнитный двигатель с фазным ротором устанавливается на станки и часто используется в тяжелой промышленности. Магнитопроводы в данном случае имеются с якорями. Отличительной чертой устройств принято считать большие валы. Непосредственно напряжение на обмотку подается через статор. Для вращения вала используется щеткодержатель. В некоторых из них установлены контактные кольца. Также важно отметить, что мощность моделей в среднем составляет 45 кВт. Непосредственно питание двигателей может осуществляться только от сети с переменным током.

Коллекторный электромагнитный двигатель: принцип работы

Коллекторные модификации активно применяются для электроприводов. Принцип действия у них довольно простой. После подачи напряжения в цепь задействуется ротор. Электромагнитное поле запускает процесс индукции. Возбуждение обмотки заставляет вал ротора вращаться. Тем самым приводится в действие диск устройства. Для уменьшения силы трения используются подшипники. Также важно отметить, что в моделях устанавливаются щеткодержатели. В задней части устройств часто имеется вентилятор. Для того чтобы вал не терся об уплотнитель, применяется защитное кольцо.

Бесколлекторные модификации

Бесколлекторные модификации в наше время не являются распространенными. Используются они для вентиляционных систем. Отличительной их особенностью считается бесшумность. Однако следует учитывать, что модели выпускаются небольшой мощности. В среднем указанный параметр не превышает 12 кВт. Статоры в них часто устанавливаются двухполюсного типа. Валы используются короткие. Для ограждения ротора применяются специальные уплотнители. Иногда двигатели заключаются в кожух, у которого имеются вентиляционные каналы.

Модели с независимым возбуждением

Модификации данного типа отличаются клеммными магнитопроводами. В данном случае устройства работают в сети только с переменным током. Непосредственно напряжение в первую очередь подается на статор. Роторы у моделей изготавливаются с коллекторами. У некоторых модификаций мощность достигает 55 кВт.

По типу якорей устройства отличаются. Щеткодержатели часто устанавливаются на стопорном кольце. Также важно отметить, что коллекторы в устройствах используются с уплотнителями. Диски в данном случае располагаются за статорами. У многих двигателей бендиксы отсутствуют.

Схема двигателя с самовозбуждением

Электромагнитные двигатели данного типа способны похвастаться высокой мощностью. В данном случае обмотки имеются высоковольтного типа. Подача напряжения происходит через клеммные контакты. Непосредственно ротор крепится за щеткодержателем. Уровень рабочего тока в устройствах составляет 30 А. В некоторых модификациях применяются якоря с щеткодержателями.

Также есть устройства с однополюсными статорами. Непосредственно вал находится в центре двигателя. Если рассматривать устройства большой мощности, то у них применяются вентилятор для охлаждения системы. Также на кожухе располагаются небольшие отверстия.

Модели с параллельным возбуждением

Электромагнитные двигатели данного типа изготавливаются на базе щеточных коллекторов. Якоря в данном случае отсутствуют. Вал в устройствах крепится на роликовых подшипниках. Также для уменьшения силы трения используются специальные лапы. У некоторых конфигураций есть магнитопроводы. Подключаться модели могут только к сети с постоянным током.

Еще важно отметить, что на рынке в основном представлены трехтактные модификации. Щеткодержатели в устройствах выполнены в форме цилиндров. По мощности модели отличаются. В среднем параметр рабочего тока на холостом ходе не превышает 50 А. Для усиления электромагнитного поля применяются роторы с высоковольтной обмоткой. У некоторых конфигураций используются наконечники на магнитопроводах.

Устройства последовательного возбуждения

Принцип работы двигателей данного типа довольно простой. Непосредственно напряжение подается на статор. Далее ток проходит по обмотке ротора. На данном этапе происходит возбуждение первичной обмотки. Вследствие этого приводится в действие ротор. Однако следует учитывать, что работать двигатели способны только в сети с переменным током. Наконечники в данном случае применяются с магнитопроводом.

Некоторые устройства оснащены щеткодержателями. Мощность моделей колеблется от 20 до 60 кВт. Для фиксации вала используются стопорные кольца. Бендиксы в данном случае располагаются в нижней части конструкции. Клеммники отсутствуют. Также важно отметить, что вал устанавливается различного диаметра.

Двигатели смешанного возбуждения

Электромагнитные двигатели данного типа могут использоваться только для приводов. Ротор здесь чаще всего устанавливается с первичной обмоткой. В данном случае показатель мощности не превышает 40 кВт. Номинальная перегрузка системы составляет около 30 А. Статор в устройствах применяется трехполюсного типа. Подключать указанный двигатель можно только в сеть с переменным током. Клеммные коробки у них используются с контактами.

Некоторые модификации оснащены щеткодержателями. Также на рынке представлены устройства с вентиляторами. Уплотнители чаще всего располагаются над статорами. Действуют устройства по принципу электромагнитной индукции. Первичное возбуждение осуществляется на магнитопроводе статора. Также важно отметить, что в устройствах применятся высоковольтная обмотка. Для фиксации вала используются защитные кольца.

Устройства переменного тока

Схема модели данного типа включает статор двухполюсного типа. В среднем мощность устройства равняется 40 кВт. Ротор здесь применяется с первичной обмоткой. Также есть модификации, у которых имеются бендиксы. Устанавливаются они у статора и играю роль стабилизатора электромагнитного поля.

Для вращения вала применяется ведущая шестерня. В данном случае лапы устанавливаются для уменьшения силы трения. Также используются полюсные наконечники. Для защиты механизма применяются кожухи. Магнитопроводы у моделей устанавливаются лишь с якорями. В среднем рабочий ток в системе поддерживается на уровне 45 А.

Синхронные устройства

Схема синхронного двигателя включает в себя двухполюсный статор, а также щеточный коллектор. В некоторых устройствах применяется магнитопровод. Если рассматривать бытовые модификации, то в них используются щеткодержатели. В среднем параметр мощности составляет 30 кВт. Устройства с вентиляторами встречаются редко. У некоторых моделей применяются зубчатые передачи.

Для охлаждения двигателя на кожухе имеются вентиляционные отверстия. В данном случае стопорное кольцо устанавливается у основания вала. Обмотка используется низковольтного типа. Принцип работы синхронной модификации построен на индукции электромагнитного поля. Для этого в статоре устанавливаются магниты разной мощности. При возбуждении обмотки вал начинается вращаться. Однако частотность у него невысокая. Мощных модели имеют коллекторы с реле.

Схема асинхронного двигателя

Асинхронные модели являются компактными и часто используются в бытовых приборах. Однако в тяжелой промышленности они также являются востребованными. В первую очередь следует отметить их защищенность. Роторы в устройствах применяются только однополюсного типа. Однако статоры устанавливаются с магнитопроводами. В данном случае обмотка применяется высоковольтного типа. Для стабилизации электромагнитного поля есть бендикс.

Крепится он в устройстве благодаря шпонке. Втягивающее реле в них располагается за якорем. Вал устройства вращается на специальных роликовых подшипниках. Также важно отметить, что есть модификации с бесщеточными коллекторами. Используются они в основном для приводов различной мощности. Сердечники в данном случае установлены удлиненные, и располагаются они за магнитопроводами.

Как работают двигатели постоянного и переменного тока

Содержание

Принцип работы электродвигателя
Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока
Классификация электродвигателей
Двигатели постоянного тока
Двигатели пульсирующего тока
Двигатели переменного тока (ПТ)
Универсальный коллекторный электродвигатель (УКД)
Синхронный электродвигатель возвратно-поступательного движения
Использование асинхронных двигателей в однофазной цепи
УКД: принцип работы и характеристики
Синхронный принцип работы электродвигателя
Электродвигатель у бактерий
Формула мощности трехфазного двигателя
Видео
Принцип работы электродвигателя
Как устроен классический электродвигатель
Основные типы электродвигателей
Особенности работы электромоторов постоянного тока
Принцип работы электродвигателя переменного тока
Как действуют асинхронные электромоторы
Конструкция асинхронного двигателя
Принцип действия и устройство электродвигателя
Видео

Принцип работы электродвигателя

Одними из основных потребителей электроэнергии на производстве являются электромоторы. Электрический ток, поданный на такую машину, заставляет её работать. Это явление превращения электричества во вращение вала двигателя в сотни раз повысило эффективность технологического процесса. Как устроены электродвигатели, станет понятно после изучения их устройства.

Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока

Машины, осуществляющие свою работу при присоединении к ним тока, не меняющего свою полярность, называют машинами постоянного тока. Они превращают электричество в механическую энергию.

Принцип работы электродвигателя всякой конструкции опирается на использование закона электромагнитной индукции и явления самоиндукции.

Информация. В замкнутом контуре или рамке, помещённой в магнитное поле (МП) постоянных магнитов, возникает электродвижущая сила (ЭДС). Это происходит в результате пронизывания рамки электромагнитными линиями МП, если крутить магниты или саму рамку.

В основе работы электродвигателя лежит образование крутящего момента при подаче напряжения на катушки якоря. Его ещё называют синхронным двигателем постоянного тока (ДПТ). Устройство простейшей машины вмещает в себя:

Внимание! У такого двигателя две «мёртвые точки» (крайние положения). В этих точках невозможно самозапускание, а крутящий момент такого ДПТ неравномерен.

Статор, он же – индуктор, располагает в основном двумя парами основных полюсов. В случае необходимости на нём устанавливают добавочные. Это улучшает переключение на коллекторе якоря.

Ротор, он же – якорь, должен иметь как минимум три зубца, чтобы двигатель мог сам запускаться из каждой точки. При этом в зону подключения стабильно попадает один из зубцов.

На щёточно-коллекторный узел выведены все катушки якоря, какие есть. Коллектор является кольцом из изолированных ламелей (пластин), размещённых по длине оси ротора. По ним скользят щётки и подают или снимают напряжение.

Важно! Двигатель вращается благодаря силе Ампера, которая действует на проводник, находящийся в МП, когда в нём протекает электрический ток. При этом источник тока должен поддерживать его неизменное значение.

Все ДПТ обладают свойствами саморегулирования, поддерживая вращающий момент равным моменту сопротивления на валу. Это происходит автоматически, и частота вращения постоянна.

Классификация электродвигателей

Электрические машины можно разбить на две группы, обращая внимание на особенности образования момента вращения: магнитоэлектрические и гистерезисные. Вторая группа применяется редко, у них вращение происходит за счёт перемагничивания ротора.

Магнитоэлектрические моторы подразделяются по роду тока на модели:

Универсальными моторы называются, потому что могут потреблять для работы, как постоянный, так и переменный ток.

Двигатели постоянного тока

Несмотря на то, что такие моторы могут питаться, как постоянным, так и переменным током, в основном на их обмотки подают постоянное напряжение.

Внимание! Способ переключения фаз позволяет разделять ДПТ на коллекторные и вентильные. Присутствие обратных связей по току, напряжению и скорости допускает наличие регулируемого электропривода.

Коллекторные машины имеют проблемное место: щёточно-коллекторный узел (ЩКУ), который создаёт сложность в облуживании и некоторую ненадёжность в работе.

Вентильные электромоторы лишены коллектора, фазы переключает инвертор (электронный блок). У таких машин возможна обратная связь через датчик позиции ротора.

Двигатели пульсирующего тока

Подобные аппараты используются на электровозах. Питание мотора осуществляется от пульсирующего тока. От ДПТ их конструктивно отличает следующее:

К сведению. Такой ток получается в результате сложения двух токов: постоянного и переменного, потому имеет обе составляющие. Он не меняет направления, а пульсирует, кратковременно меняя значения от максимума до минимума и не во всех случаях до нуля.

Двигатели переменного тока (ПТ)

По способу работы такие машины делятся на двигатели: синхронные и асинхронные.

Почему синхронные? Потому что скорость ротора и скорость вращающегося в статоре МП абсолютно совпадают. У асинхронных моторов скорость вращения МП в статоре выше, чем у ротора.

Универсальный коллекторный электродвигатель (УКД)

Такой тип применяется в электроинструментах: это отрезная машинка, дрель, триммер и др. Незаменим там, где нужны высокие обороты (выше 3000 об./мин.), маленькие размеры и небольшой вес. Двигатель работает от обоих видов тока и обладает последовательно включённой обмоткой возбуждения. В электронную схему входит линейный преобразователь напряжения.

Внимание! При использовании постоянного тока напряжением 220В обмотка возбуждения подключается полностью, при переменном токе и аналогичном напряжении включение частичное.

Синхронный электродвигатель возвратно-поступательного движения

Принцип действия электродвигателя заключается в том, что на штоке, который движется, установлены магниты постоянной природы. В корпус мотора вмонтирован магнитопровод с катушками, на которые подаётся ПТ. Катушки установлены так, что создаваемое ими МП заставляет двигаться шток туда-сюда.

Использование асинхронных двигателей в однофазной цепи

Отличительной чертой при запуске такого мотора является ручное включение. Это вызвано наличием пусковой обмотки или фазосдвигающей цепи. В отличие от трёхфазного собрата, который запускается автоматически, за счёт сдвига трёх фаз, однофазному нужен начальный толчок.

К сведению. Можно включить и трёхфазный асинхронный мотор в сеть 220 В. При этом обмотки соединяются в «звезду» или «треугольник». Концы двух обмоток подсоединяют к сети, конец третьей – через последовательно присоединённый пусковой конденсатор большой ёмкости кратковременно (во избежание сгорания) подключают к одной из них.

Чтобы повысить мощность электродвигателя, формула которого включает в себя cosϕ, коэффициент мощности, следовательно, и коэффициент полезного действия (КПД), в цепь включают рабочую ёмкость. Она включена постоянно. Так, трёхфазный двигатель на 2 квт, при включении подобным образом, будет отдавать только 45-60% заявленной мощности. Мощность любого трехфазного двигателя по формуле вычислить несложно.

УКД: принцип работы и характеристики

Это однофазные двигатели, работающие на высоких оборотах при любом типе подводимого электричества.

Ответ на вопрос, почему такое устройство работает от переменного тока, заключается в том, что направление вращающего момента не меняется. Полярность полюсов статора меняется практически одновременно с изменением токового направления в якорной обмотке.

Важно! Для этого применяют последовательное возбуждение двигателя. Следовательно, ток возбуждения и ток якоря – один и тот же.

Потому при смене положительных и отрицательных полупериодов практически одновременно изменяются и ток в якорной обмотке Iа, и магнитный поток Ф.

Синхронный принцип работы электродвигателя

Особенности синхронной работы моторов зависят от того, какой двигатель рассматривается. Они бывают:

Есть гибридные модели: реактивные с ПМ и реактивно-гистерезисные.

Независимо от того, какие двигатели рассматривать, условие синхронности базируется на взаимодействии МП полюсов индуктора (статора) и МП якоря.

К сведению. Если конструктивное строение обратить (расположить якорь и индуктор наоборот), то синхронный двигатель превращается в генератор.

Двигатель работает следующим образом: постоянный ток прикладывается к обмотке возбуждения (от внешнего источника питания), а переменный – к трёхфазной обмотке якоря. Якорная обмотка создаёт вращающееся МП, которое вступает во взаимосвязь с МП обмотки возбуждения. Результат – электромагнитный момент, вращающий ротор.

Электродвигатель у бактерий

Вращение жгутика у бактерии выполняется молекулярным двигателем. Он состоит из некоторого количества молекул, которые преобразуют электроток, создаваемый движением протонов, в энергию вращения жгутика бактерии.

Формула мощности трехфазного двигателя

Для того чтобы определить мощность двигателя, формула выглядит так:

Составляющие формулы:

Если величина Iн неизвестна, ее нужно найти, применив соответствующую формулу.

Асинхронные двигатели, используемые для трёхфазной сети, – наиболее стабильные и надёжные машины. Однако частотный предел переменного тока 50 Гц не позволяет им развивать скорость вращения более 3000 об./мин. Поэтому универсальные коллекторные ДПТ – эффективный выход для механических процессов, требующих от мотора способности вращать вал с более высокой частотой.

Видео

Источник

Принцип работы электродвигателя

В настоящее время существует множество устройств, способных преобразовывать различные виды энергии. Среди них ведущее место занимают различные типы электродвигателей, преобразующих энергию электрического тока во вращательное движение вала. Механизмы с электродвигателями получили широкое распространение в промышленности и в быту. Для того чтобы наиболее эффективно использовать эти устройства, необходимо понимать принцип работы электродвигателя.

Как устроен классический электродвигатель

Каждый такой агрегат по своей сути является своеобразной технико-механической системой, с основной функцией, направленной на трансформацию электрической энергии во вращательное движение вала. Физическое действие двигателей основано на всем известном явлении электромагнитной индукции. В состав электромотора входят статор и ротор, которые соответственно являются неподвижной и движущейся частью.

В стандартных двигателях статор служит их наружной оболочкой, где происходит формирование неподвижных полей, обладающих магнитными свойствами. Роторная конструкция помещается внутри статора. Она включает в себя определенное число постоянных магнитов, сердечник в виде обмоток из проволоки, коллектор и щетки. Ток проходит по этим обмоткам, изготовленным из проводников, расположенных в виде многочисленных витков.

Когда электрический мотор, в том числе и с короткозамкнутым ротором, присоединяется к источнику питания, статорные и роторные поля начинают взаимодействовать между собой. Это приводит к возникновению момента вращения, вызывающего движение роторного вала агрегата. В свою очередь, энергия вращающегося вала подается к рабочему органу всего технического устройства, составной частью которого является тот или иной двигатель.

В процессе преобразования электричества в механическое движение, возникают определенные энергетические потери. Это связано с силой трения, намагничиванием сердечников, нагревом проводниковых элементов и другими факторами. На КПД электродвигателя оказывает влияние даже сопротивление воздуха деталям, находящимся в движении.

Тем не менее, благодаря современным технологиям, коэффициент полезного действия агрегатов нового поколения может доходить до 90%. Кроме того, эти устройства отличаются экологической чистотой и высокими эксплуатационными характеристиками.

Основные типы электродвигателей

Существуют различные типы и модификации электрических двигателей, отличающихся типом питания, напряжением, пределом мощности, количеством оборотов в минуту. Они могут быть с фазным или с короткозамкнутым ротором. Эти показатели считаются основными, однако во многих случаях особое значение придается размерам и массе, а также энергетическим показателям.

Классификация основных типов электродвигателей выглядит следующим образом:

Особенности работы электромоторов постоянного тока

Основной действующий принцип работы электродвигателя постоянного тока состоит в следующих процессах. К обмотке возбуждения, называемой также индукторной обмоткой, осуществляется подача постоянного тока. В результате, создается постоянное магнитное поле, используемое для возбуждения. В моторах с использованием постоянных магнитов, создание поля происходит под их воздействием.

Поступление постоянного тока происходит и в якорную обмотку. Здесь он попадает под влияние магнитного поля, созданного статором, создавая момент вращения. В результате такого воздействия, ротор совершает поворот на 90 градусов, затем его обмотки вновь коммутируются и вращающиеся движения продолжаются.

Двигатели, работающие на постоянном токе классифицируются в соответствии со способом возбуждения:

Устройство и принцип работы мотора постоянного тока зависит от многих факторов. Если подключение выполнено напрямую, то во время пуска якорный ток многократно превышает номинальное значение. Для выравнивания этих величин в цепь с якорем устанавливается пусковое сопротивление, выполненное в виде реостата. Плавность в время пуска обеспечивается ступенчатой конструкцией этого устройства. На первом этапе оказываются включены все ступени и сопротивление достигает максимального значения.

По мере того как двигатель разгоняется, возникает сила, противоположная ЭДС. Она постепенно возрастает, а якорный ток снижается за счет последовательного выключения ступеней. Подача электроэнергии на якорь и обмотки возбуждения может быть отрегулирована тиристорными преобразователями, известными как приводы постоянного тока.

Принцип работы электродвигателя переменного тока

Основным отличием этих агрегатов от других устройств считается возможность трансформации электрической энергии в механическую и обратно. Вращательное движение вызывают взаимодействующие магнитные поля. Одно из них относится к категории динамического или вращающегося, а другое считается статическим или постоянным, статическим. В результате их взаимодействия, вал электродвигателя начинает вращаться.

На каждом статоре электромотора наматываются обмотки в количестве трех. К каждой из них соответственно подключаются три фазы. Трехфазный ток характеризуется плавно изменяющимися параметрами напряжения и тока, течение которых имеет вид синусоидального графика. Максимальная мощность в обмотке плавно перетекает из одной ее точки в другую. На концах синусоиды, расположенных на максимальном удалении, значение этой мощности будет наименьшим.

Когда напряжение с трех фаз подается к обмоткам статора, это приводит к образованию магнитного поля, вращающегося с такой же частотой, как и в сети, то есть, 50 Гц. Внутри статора расположен ротор, в котором также образуется магнитное поле. Оно отталкивается от поля статора и создает момент вращения. В общих чертах это принцип работы большинства аналогичных технических устройств.

Как действуют асинхронные электромоторы

Среди всех агрегатов переменного тока, чаще всего во многих сферах используются асинхронные двигатели трехфазного тока. Общий принцип работы асинхронного мотора очень простой и будет рассмотрен ниже. Их количество составляет примерно 90% от всех выпускаемых изделий этого типа. Данные устройства широко используются в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и многих других областях.

Агрегаты асинхронного типа также, как и другие, выпускаются и используются для трансформации переменного тока в механическую работу вала. Если объяснять по-простому, для чайников, понятие асинхронный возникло из-за разницы, возникающей между частотами, с которыми вращаются магнитные поля статоров и роторов. Частота у статора во всех случаях превышает частоту вращения ротора.

Конструкция асинхронного двигателя

В конструкцию асинхронного электродвигателя входят две основные детали – статор и ротор.

Для изготовления статора используются стальные листы, а сам он имеет форму цилиндра. В пазы конструкции укладываются обмотки из медных проводников. Их оси сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 120 градусов. Соединение между собой концов каждой обмотки осуществляется по разным вариантам – в виде звезды или треугольником.

Роторные части асинхронных моторов изготавливаются в двух вариантах. В первом случае это изделия с короткозамкнутым ротором, собираемым в форме сердечника из стальных пластинок. В его пазы заливается алюминий в расплавленном виде, что приводит к образованию стержней, коротко замкнутых с торцевыми кольцами. В агрегатах повышенной мощности алюминиевый расплав по технологии заменяется медью.

Второй вариант представляет собой фазный ротор, имеющий такую же трехфазную обмотку, аналогичную обмотке у статора. Как правило, соединение обмоток в этом случае осуществляется звездой, а их свободные концы соединяются с контактными кольцами. Эти же кольца соединяются со щетками, обеспечивающими использование добавочного резистора. Данный элемент уменьшает слишком высокое значение пусковых токов.

Когда к обмотке трехфазного статора подается напряжение, во всех фазах возникает магнитный поток, изменяющийся с такой же частотой, как и в поступающем напряжении. У всех магнитных потоков имеется сдвиг на 120 градусов по отношению друг к другу. В результате образуется общий магнитный поток, который и обеспечивает собственное вращение. Он оказывает влияние на проводники роторных обмоток и создает в них ЭДС.

Образовавшийся ток начинает взаимодействовать с магнитным потоком статора, что, в результате, приводит к возникновению пускового момента электромотора. То есть, ротор устремляется к повороту в том же самом направлении, в каком осуществляется вращение магнитного поля статора. После того как пусковой момент превысит тормозной момент ротора, вал двигателя начнет вращаться.

Тяговый электродвигатель: назначение и применение

Виды электродвигателей: устройство, принцип работы

Подключение асинхронного электродвигателя

Схема реверса электродвигателя с магнитным пускателем

Источник

Любой электрический двигатель предназначен для совершения механической работы за счет расхода приложенной к нему электроэнергии, которая преобразуется, как правило, во вращательное движение. Хотя в технике встречаются модели, которые сразу создают поступательное движение рабочего органа. Их называют линейными двигателями.

В промышленных установках электромоторы приводят в действие различные станки и механические устройства, участвующие в технологическом производственном процессе.

Внутри бытовых приборов электродвигатели работают в стиральных машинах, пылесосах, компьютерах, фенах, детских игрушках, часах и многих других устройствах.

Основные физические процессы и принцип действия

На движущиеся внутри магнитного поля электрические заряды, которые называют электрическим током, всегда действует механическая сила, стремящаяся отклонить их направление в плоскости, расположенной перпендикулярно ориентации магнитных силовых линий. Когда электрический ток проходит по металлическому проводнику или выполненной из него катушке, то эта сила стремится подвинуть/повернуть каждый проводник с током и всю обмотку в целом.

На картинке ниже показана металлическая рамка, по которой течет ток. Приложенное к ней магнитное поле создает для каждой ветви рамки силу F, создающую вращательное движение.

Это свойство взаимодействия электрической и магнитной энергии на основе создания электродвижущей силы в замкнутом токопроводящем контуре положено в работу любого электродвигателя. В его конструкцию входят:

обмотка, по которой протекает электрический ток. Ее располагают на специальном сердечнике-якоре и закрепляют в подшипниках вращения для уменьшения противодействия сил трения. Эту конструкцию называют ротором;

статор, создающий магнитное поле, которое своими силовыми линиями пронизывает проходящие по виткам обмотки ротора электрические заряды;

корпус для размещения статора. Внутри корпуса сделаны специальные посадочные гнезда, внутри которых вмонтированы внешние обоймы подшипников ротора.

Упрощенно конструкцию наиболее простого электродвигателя можно представить картинкой следующего вида.

При вращении ротора создается крутящий момент, мощность которого зависит от общей конструкции устройства, величины приложенной электрической энергии, ее потерь при преобразованиях.

Величина максимально возможной мощности крутящего момента двигателя всегда меньше приложенной к нему электрической энергии. Она характеризуется величиной коэффициента полезного действия.

По виду протекающего по обмоткам тока их подразделяют на двигатели постоянного или переменного тока. Каждая из этих двух групп имеет большое количество модификаций, использующих различные технологические процессы.

Электродвигатели постоянного тока

У них магнитное поле статора создается стационарно закрепленными постоянными магнитами либо специальными электромагнитами с обмотками возбуждения. Обмотка якоря жестко вмонтирована в вал, который закреплен в подшипниках и может свободно вращаться вокруг собственной оси.

Принципиальное устройство такого двигателя показано на рисунке.

На сердечнике якоря из ферромагнитных материалов расположена обмотка, состоящая из двух последовательно соединенных частей, которые одним концом подключены к токопроводящим коллекторным пластинам, а другим скоммутированы между собой. Две щетки из графита расположены на диаметрально противоположных концах якоря и прижимаются к контактным площадкам коллекторных пластин.

На нижнюю щетку рисунка подводится положительный потенциал постоянного источника тока, а на верхнюю — отрицательный. Направление протекающего по обмотке тока показано пунктирной красной стрелкой.

Ток вызывает в нижней левой части якоря магнитное поле северного полюса, а в правой верхней — южного (правило буравчика). Это приводит к отталкиванию полюсов ротора от одноименных стационарных и притяжению к разноименным полюсам на статоре. В результате приложенной силы возникает вращательное движение, направление которого указывает коричневая стрелка.

При дальнейшем вращении якоря по инерции полюса переходят на другие коллекторные пластины. Направление тока в них изменяется на противоположное. Ротор продолжает дальнейшее вращение.

Простая конструкция подобного коллекторного устройства приводит к большим потерям электрической энергии. Подобные двигатели работают в приборах простой конструкции или игрушках для детей.

Электродвигатели постоянного тока, участвующие в производственном процессе, имеют более сложную конструкцию:

обмотка секционирована не на две, а на большее количество частей;

каждая секция обмотки смонтирована на своем полюсе;

коллекторное устройство выполнено определенным количеством контактных площадок по числу секций обмоток.

В результате этого создается плавное подключение каждого полюса через свои контактные пластины к щеткам и источнику тока, снижаются потери электроэнергии.

Устройство подобного якоря показано на картинке.

У электрических двигателей постоянного тока можно реверсировать направление вращения ротора. Для этого достаточно изменить движение тока в обмотке на противоположное сменой полярности на источнике.

Электродвигатели переменного тока

Они отличаются от предыдущих конструкций тем, что электрический ток, протекающий в их обмотке, описывается по синусоидальному гармоническому закону, периодически изменяющему свое направление (знак). Для их питания напряжение подается от генераторов со знакопеременной величиной.

Статор таких двигателей выполняется магнитопроводом. Его делают из ферромагнитных пластин с пазами, в которые помещают витки обмотки с конфигурацией рамки (катушки).

На картинке ниже показан принцип работы однофазного двигателя переменного тока с синхронным вращением электромагнитных полей ротора и статора.

В пазах статорного магнитопровода по диаметрально противоположным концам размещены проводники обмотки, схематично показанные в виде рамки, по которой протекает переменный ток.

Рассмотрим случай для момента времени, соответствующего прохождению положительной части его полуволны.

В обоймах подшипника свободно вращается ротор с вмонтированным постоянным магнитом, у которого ярко выражены северный «N рот» и южный «S рот» полюса. При протекании положительной полуволны тока по обмотке статора в ней создается магнитное поле с полюсами «S ст» и «N ст».

Между магнитными полями ротора и статора возникают силы взаимодействия (одноименные полюса отталкиваются, а разноименные — притягиваются), которые стремятся повернуть якорь электродвигателя из произвольного положения в окончательное, когда осуществляется максимально близкое расположение противоположных полюсов относительно друг друга.

Если рассматривать этот же случай, но для момента времени, когда по рамочному проводнику протекает обратная — отрицательная полуволна тока, то вращение якоря будет происходить в противоположную сторону.

Для придания непрерывного движения ротору в статоре делают не одну обмотку-рамку, а определенное их количество с таким учетом, чтобы каждая их них питалась от отдельного источника тока.

Принцип работы трехфазного двигателя переменного тока с синхронным вращением электромагнитных полей ротора и статора показан на следующей картинке.

В этой конструкции внутри магнитопровода статора смонтированы три обмотки А, В и С, смещенные на углы 120 градусов между собой. Обмотка А выделена желтым цветом, В — зеленым, а С — красным. Каждая обмотка выполнена такими же рамками, как и в предыдущем случае.

На картинке для каждого случая ток проходит только по одной обмотке в прямом или обратном направлении, которое показано значками «+» и «-».

При прохождении положительной полуволны по фазе А в прямом направлении ось поля ротора занимает горизонтальное положение потому, что магнитные полюса статора формируются в этой плоскости и притягивают подвижный якорь. Разноименные полюса ротора стремятся приблизиться к полюсам статора.

Когда положительная полуволна пойдет по фазе С, то якорь повернется на 60 градусов по ходу часовой стрелки. После подачи тока в фазу В произойдет аналогичный поворот якоря. Каждое очередное протекание тока в очередной фазе следующей обмотки будет вращать ротор.

Если к каждой обмотке подвести сдвинутое по углу 120 градусов напряжение трехфазной сети, то в них будут циркулировать переменные токи, которые раскрутят якорь и создадут его синхронное вращение с подведенным электромагнитным полем.

Их запуск начинает вращательное движение, а прекращение в определенный момент времени обеспечивает дозированный поворот вала и остановку на запрограммированный угол для выполнения определенных технологических операций.

В обеих описанных трехфазных системах возможно изменение направления вращения якоря. Для этого надо просто поменять чередование фаз «А»-«В»-«С» на другое, например, «А»-«С»-«В».

Скорость вращения ротора регулируется продолжительностью периода Т. Его сокращение приводит к ускорению вращения. Величина амплитуды тока в фазе зависит от внутреннего сопротивления обмотки и значения приложенного к ней напряжения. Она определяет величину крутящего момента и мощности электрического двигателя.

Эти конструкции двигателей имеют такой же статорный магнитопровод с обмотками, как и в ранее рассмотренных однофазных и трехфазных моделях. Они получили свое название из-за несинхронного вращения электромагнитных полей якоря и статора. Сделано это за счет усовершенствования конфигурации ротора.

Его сердечник набран из пластин электротехнических марок стали с пазами. В них вмонтированы алюминиевые либо медные тоководы, которые по концам якоря замкнуты токопроводящими кольцами.

Когда к обмоткам статора подводится напряжение, то в обмотке ротора электродвижущей силой наводится электрический ток и создается магнитное поле якоря. При взаимодействии этих электромагнитных полей начинается вращение вала двигателя.

У этой конструкции движение ротора возможно только после того, как возникло вращающееся электромагнитное поле в статоре и оно продолжается в несинхронном режиме работы с ним.

Асинхронные двигатели проще в конструктивном исполнении. Поэтому они дешевле и массово применяются в промышленных установках и бытовой домашней технике.

Взрывозащищенный электродвигатель ABB

Многие рабочие органы промышленных механизмов выполняют возвратно-поступательное или поступательное движение в одной плоскости, необходимое для работы металлообрабатывающих станков, транспортных средств, ударов молота при забивании свай …

Перемещение такого рабочего органа с помощью редукторов, шариковинтовых, ременных передач и подобных механических устройств от вращательного электродвигателя усложняет конструкцию. Современное техническое решение этой проблемы — работа линейного электрического двигателя.

У него статор и ротор вытянуты в виде полос, а не свернуты кольцами, как у вращательных электродвигателей.

Принцип работы заключается в придании возвратно-поступательного линейного перемещения бегуну-ротору за счет передачи электромагнитной энергии от неподвижного статора с незамкнутым магнитопроводом определенной длины. Внутри него поочередным включением тока создается бегущее магнитное поле.

Оно воздействует на обмотку якоря с коллектором. Возникающие в таком двигателе силы перемещают ротор только в линейном направлении по направляющим элементам.

Линейные двигатели конструируются для работы на постоянном или переменном токе, могут работать в синхронном либо асинхронном режиме.

Источник

Видео

Как работают двигатели постоянного и переменного тока (русские субтитры)

Электродвигатель постоянного тока. Принцип работы.

Схема двигателя постоянного тока. Устройство и принцип работы.

Принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока

Как работает ЭЛЕКТРОВОЗ переменного тока простыми словами

Универсальные электродвигатели. Как они работают?

Если подать переменку на двигатель постоянного тока

Синхронный и асинхронный двигатели. Отличия двигателей

Принцип работы синхронного электродвигателя

Как работают ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ переменного тока? АСИНХРОННЫЙ и СИНХРОННЫЙ. Понятное объяснение!

9 типичных неисправностей электродвигателя и способы их устранения

В этом обзоре мы рассмотрим типичные неисправности трехфазных асинхронных электродвигателей и способы их предупреждения и устранения.

Электрические неисправности электродвигателя

Электрические неисправности двигателя всегда связаны с обмоткой.

Межвитковое замыкание может возникнуть при ухудшении изоляции в пределах одной обмотки. Возможные причины: перегрев обмотки, некачественная изоляция, износ изоляции вследствие вибрации. Определить межвитковое замыкание бывает сложно. Основной метод диагностики – сравнение сопротивления и рабочего тока всех трех обмоток. Первые симптомы межвиткового замыкания – повышенный нагрев двигателя и падение момента на валу. При этом по одной из фаз ток больше, чем по двум другим.

Замыкание между обмотками происходит из-за смещения обмоток, механической вибрации и ударов. При отсутствии должной электрической защиты может возникнуть короткое замыкание и пожар.

Замыкание обмотки на корпус. При данной неисправности электродвигатель может продолжать работать, если неправильно выполнены заземление и защита от короткого замыкания. Однако в работе он будет смертельно опасен, так как его потенциал будет находиться под фазным напряжением.

Обрыв обмотки. Эта неисправность равносильна пропаданию фазы. Если обрыв происходит в работе, то двигатель резко теряет мощность и начинает перегреваться. При правильно выполненной защите двигатель отключится, поскольку ток по другим фазам будет повышен.

Для устранения большинства из этих поломок требуется перемотка двигателя.

Механические неисправности электродвигателя

Механические неисправности электродвигателя связаны с его конструкцией.

Износ и трение в подшипниках. Проявляется в повышении механической вибрации и шума при работе. В этом случае требуется замена подшипников, иначе неисправность приведет к перегреву и падению производительности двигателя.

Проворачивание ротора на валу. Ротор может вращаться в магнитном поле статора, а вал будет неподвижен. Требуется механическая фиксация ротора на валу.

Зацепление ротора за статор. Эта проблема связана с механической поломкой подшипников, их посадочных мест или корпуса двигателя. Кроме того, подобная неисправность приводит к повреждению обмотки статора. Практически не подлежит ремонту.

Повреждение корпуса двигателя. Может происходить из-за ударов, повышенных нагрузок, неправильного крепления или низкого качества двигателя. Ремонт является трудоемким из-за трудностей соосной установки переднего и заднего подшипников.

Проворачивание или повреждение крыльчатки обдува. Несмотря на то, что двигатель продолжит работать, он будет перегреваться, что существенно сократит срок его службы. Крыльчатку необходимо закрепить (для этого используется шпонка или стопорное кольцо) или заменить.

Аварийные ситуации при работе электродвигателя

Существуют неисправности, не связанные непосредственно с двигателем, но влияющие на его работу, характеристики и срок службы. Большинство этих неисправностей вызваны механической перегрузкой, увеличением тока, и, как следствие, перегревом обмоток и корпуса.

Увеличение нагрузки на валу вследствие заклинивания привода либо приводимых механизмов.

Перекос напряжения питания, который может быть вызван проблемами питающей сети либо внутренними проблемами привода.

Пропадание фазы, которое может произойти на любом участке питания двигателя – от питающей трансформаторной подстанции до обмотки двигателя.

Проблема с обдувом (охлаждением). Может возникнуть из-за повреждения крыльчатки двигателя при собственном охлаждении, из-за останова вентилятора внешнего принудительного охлаждения или вследствие значительного повышения температуры окружающей среды.

Способы защиты электродвигателя

Для защиты электродвигателя от внутренних и внешних неисправностей, а также для минимизации дальнейших трудозатрат по его ремонту применяют различные устройства.

1. Мотор-автоматы и тепловые реле

Мотор-автоматы (автоматы защиты двигателя) и тепловые реле используют для обнаружения превышения тока по одной или всем фазам двигателя. В случае превышения через некоторое время происходит отключение привода.

В отличие от мотор-автомата, у теплового реле нет силовой коммутации. Оно имеет только управляющий контакт, который размыкает питание силовой цепи. Мотор-автомат является самостоятельным коммутационным устройством, способным выключать двигатель.

Минус теплового реле заключается в отсутствии защиты от короткого замыкания. Мотор-автомат имеет защиту от перегрузки и электромагнитную защиту от короткого замыкания, которая мгновенно срабатывает и выключает двигатель при превышении тока уставки в 10-20 раз.

Данные устройства используются наиболее широко и при правильной установке и настройке способны с большой долей вероятности защитить электродвигатель и оборудование от поломки и других негативных последствий.

2. Электронные реле защиты двигателей

Данный вид защиты обеспечивает большой выбор различных защит. Основным элементом таких реле является микропроцессор, который анализирует мгновенные значения напряжения и тока и принимает решения на основе заданных настроек. Это может быть выдача сигнала на индикацию либо на отключение двигателя.

3. Термисторы и термореле

Когда по какой-то причине не сработала тепловая защита по перегрузке, последний рубеж обороны — термозащита. Внутрь обмотки устанавливается термочувствительный элемент (как правило, термистор или позистор), который меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. При пересечении порога срабатывает соответствующая защита, и двигатель отключается.

Возможно применение более простых дискретных термореле (термоконтактов), которые размыкают контрольную или тепловую цепь, что приводит к аварийной остановке электродвигателя.

4. Преобразователи частоты

Обычно преобразователи частоты располагают несколькими видами защиты – по превышению момента и тока, по превышению напряжения, обрыву фазы и проч. Кроме того, возможно ограничение момента и тока. В этом случае на двигатель будет подаваться напряжение с меньшим уровнем и частотой, если будет обнаружена перегрузка. При этом будет выдано соответствующее сообщение оператору, а двигатель может продолжать работать.

Также производители частотных преобразователей рекомендуют устанавливать защитный автомат на входе ПЧ, тепловое реле на выходе и термисторную защиту.

Другие полезные материалы:
Выбор электродвигателя для компрессора
Как определить параметры двигателя без шильдика?
Выбор мотор-редуктора для буровой установки

Урок 36 (дополнительный материал). Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы

Принцип действия электродвигателя.

Электродвигатель – это просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую.

В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных класса: AC и DC.

Электродвигатели класса AC (Alternating Current) требуют для работы источник переменного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой электрической розетке в доме).

Электродвигатели класса DC (Direct Current) требуют для работы источник постоянного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой батарейке).

Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.

Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии одинаков для всех типов.

Устройство и принцип работы простейшего электродвигателя.

В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Один из первых двигателей, нашедших практическое применение, был двигатель Бориса Семеновича Якоби (1801 –1874), приводивший в движение катер с 12 пассажирами на борту. Однако для широкого использования электродвигателя необходим был источник дешевой электроэнергии — электромагнитный генератор.

Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором.

Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная — статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит — статором.

Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.

Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.

Простейший электродвигатель

Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (от батарейки). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

В некоторых двигателях для создания магнитного поля вместо постоянного магнита служит электромагнит. Витки проволоки такого электромагнита называются обмоткой возбуждения.

Электродвигатели используются повсюду. Даже дома вы можете обнаружить огромное количество электродвигателей. Электродвигатели используются в часах, в вентиляторе микроволновой печи, в стиральной машине, в компьютерных вентиляторах, в кондиционере, в соковыжималке и т. д. и т. п. Ну а электродвигатели, применяемые в промышленности, можно перечислять бесконечно. Диапазон физических размеров – от размера со спичечную головку до размера локомотивного двигателя.

Показанный ниже промышленный электродвигатель работает и на постоянном, и на переменном токе. Его статор – это электромагнит, создающий магнитное поле. Обмотки двигателя поочередно подключаются через щетки к источнику питания. Одна за другой они поворачивают ротор на небольшой угол, и ротор непрерывно вращается.

Промышленный электродвигатель

Электроизмерительные приборы.

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Группа электромагнитных приборов является наиболее распространенной. Принцип их действия, использованный впервые еще Ф. Кольраушем в 1884 году, основан на перемещении подвижной железной части под влиянием магнитного потока, создаваемого катушкой, по которой пропускается ток. Практическое осуществление этого принципа отличается разнообразием.

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах, вольтметрах и др.

Устройство прибора магнитоэлектрической системы

Измерительный прибор магнитоэлектрической системы устроен следующим образом.

Берут лёгкую алюминиевую рамку 2 прямоугольной формы, наматывают на неё катушку из тонкого провода. Рамку крепят на двух полуосях О и О’, к которым прикреплена также стрелка прибора 4. Ось удерживается двумя тонкими спиральными пружинами 3. Силы упругости пружин, возвращающие рамку к положению равновесия в отсутствие тока, подобраны такими, чтобы были пропорциональными углу отклонения стрелки от положения равновесия. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита М с наконечниками формы полого цилиндра. Внутри катушки располагают цилиндр 1 из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (см рисунок).

В результате при любом положении катушки силы, действующие на нее со стороны магнитного поля, максимальны и при неизменной силе тока постоянны. Векторы F и –F изображают силы, действующие на катушку со стороны магнитного поля и поворачивающие ее. Катушка с током поворачивается до тех пор, пока силы упругости со стороны пружины не уравновесят силы, действующие на рамку со стороны магнитного поля. Увеличивая силу тока в рамке в 2 раза, рамка повернётся на угол, вдвое больший. Это происходит потому, что F_m~I.

Силы, действующие на рамку с током прямо пропорциональны силе тока, то есть можно, проградуировав прибор, измерять силу тока в рамке.

Точно так же можно прибор настроить на измерение напряжения в цепи, если проградуировать шкалу в вольтах, причём сопротивление рамки с током должно быть выбрано очень большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряем напряжение.

Дополнительные материалы.

1. Видео-ролик «Принцип работы электродвигателя»

2. Презентация «Электроизмерительные приборы» скачать с Яндекса

Медиа-материалы из Единой коллекции Цифровых Образовательных Ресурсов:

Рисунок «Вольтметр» 8_140
Рисунок-плакат «Электродвигатель» 8_224
Слайд-шоу «Работа электродвигателя» 8_225
Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор электродинамической системы» 8_227
Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор» 8_228
Слайд-шоу «Работа амперметра» 8_229
Слайд-шоу «Работа электроизмерительного прибора» 8_230

Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном

Принцип работы электродвигателя основывается на эффекте обнаруженном Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита, может возникнуть непрерывное вращение.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент. На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

Простыми словами о сложном

На самом деле там векторное произведение, дифференциалы и т.п. но это детали, а у нас упрощённый случай. И так…

Рис. 1 Основа работы электрического двигателя

Направление силы ампера определяется правилом левой руки.

Рис. 2 Правило левой руки

Мысленно ставим левую ладонь на верхний рисунок и получаем направление сил Ампера. Она типа растягивают рамку с током в том положении как нарисовано на рис.1. И никуда вертеться тут ничего не будет, рамка в равновесии, устойчивом.

А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:

Рис. 3 Рамка

Здесь уже равновесия нет, сила Ампера разворачивает противоположные стенки так, что рамка начинает вращаться. Появляется механическое вращение. Это основа электрического двигателя, самая суть, дальше только детали.

Далее.

Теперь что будет делать рамка с током на рис.3?. Если система идеальная, без трения, то очевидно будут колебания. Если трение присутствует, то колебания постепенно затухнут, рамка с током стабилизируется и станет как на рис.1.

Но нам нужно постоянное вращение и достичь его можно двумя принципиально разными способами и отсюда и возникает разница между двигателями постоянного и переменного трёхфазного тока.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Способ 1. Смена направления тока в рамке.

Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

Наблюдаем за картинками. Пусть наш двигатель обесточен и рамка с током ориентирована как-то хаотично, вот так например:

Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка

На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

Рис. 4.2

В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

Рис. 4.3

И вот рамка достигает положения, когда момента вращения нет. И если сейчас не отключить ток, то сила Ампера будет уже тормозить рамку и в конце полуоборота рамка остановится и начнёт вращение в противоположном направлении. Но нам ведь этого не надо.

Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

Рис. 4.4

И вот после пересечения этого положения, рамка с поменянным направлением тока уже не тормозится, а снова разгоняется.

Рис. 4.5

А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

Рис. 4.6

И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

Вот так и получается постоянное вращение. Красиво? Красиво. Нужно только менять направление тока два раза за оборот и всего делов.

А делает это, т.е. обеспечивает смену тока специальный узел – щёточно-коллекторный узел. Принципиально он устроен так:

Рис. 5

Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

Очень важная особенность щёточно-коллекторного узла – его малый ресурс. Из-за трения. Например, вот движок ДПР-52-Н1 – минимальная наработка 1000 часов. В то же время срок службы современных бесколлекторных двигателей более 10000 часов, а двигателей переменного тока (там тоже нет ЩКУ) более 40000 часов.

Принцип работы электродвигателя переменного тока

Способ 2. Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

Рис. 6 Статор электродвигателя

А есть значит 3 фазы переменного тока.

Рис. 7

Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

Эти три фазы укладывают в статор специальным образом, чтобы они геометрически были повернуты друг к дружке на 120°.

Рис. 8

И тогда при подаче трёхфазного питания получается само собой за счёт складывания магнитных потоков от трёх обмоток вращающееся магнитное поле.

Рис. 9 Вращающееся магнитное поле

Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель).

Подаём значит на рамку напряжение (постоянное), рамка выставляется по магнитному полю. Помните рис.1 из самого начала? Вот так рамка и становится.

Рис. 10 (Рис.1)

Но поле магнитное у нас тут вращается, а не просто так висит. Рамка чего будет делать? Тоже будет вращаться, следуя за магнитным полем.

Они (рамка и поле) вращаются с одинаковой частотой, или синхронно, поэтому такие двигатели называются синхронными двигателями.

Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель).

Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

Когда мы начинаем вращать магнитное поле, по законам электромагнетизма в рамке наводится ток. От этого тока и магнитного поля получается сила Ампера. Но сила Ампера будет возникать только если рамка движется относительно магнитного поля (известная история с опытами Ампера и его походами в соседнюю комнату).

Так что рамка всегда будет отставать от магнитного поля. А то, если она его вдруг почему-то догонит, то пропадёт наводка от поля, пропадёт ток, пропадёт сила Ампера и всё вообще пропадёт. То есть, в асинхронном двигателе рамка всегда отстаёт от поля и частота у них значит разная, то есть вращаются они асинхронно, поэтому и двигатель называется асинхронным.

Смотрите также по этой теме:

Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

В результате рамка повернется в горизонтальное положение, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.

На рисунке выше это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

Простыми словами о сложном

Рис. 1 Основа работы электрического двигателя

Направление силы ампера определяется правилом левой руки.

Рис. 2 Правило левой руки

А если рамка с током повернута по-другому, то вот что будет:

Рис. 3 Рамка

Далее.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Способ 1. Смена направления тока в рамке

Этот способ используется в двигателях постоянного тока и его потомках.

Рис. 4.1 Случайно расположенная рамка

На случайно расположенную рамку действует сила Ампера и она начинает вращаться.

Рис. 4.2

В процессе движения рамка достигает угла 90°. Момент (момент пары сил или вращательный момент) максимальный.

Рис. 4.3

Поэтому мы на рис.3 делаем хитрый ход – меняем направление тока в рамке.

Рис. 4.4

Рис. 4.5

А когда рамка подходит к следующему положению равновесия, мы меняем ток ещё раз.

Рис. 4.6

И рамка опять продолжает ускоряться куда нам надо.

Рис. 5

Рисунок понятен и без пояснений. Рамка трётся то об один контакт, то об другой и так вот ток и меняется.

Принцип работы электродвигателя переменного тока

Способ 2.

Вращается магнитный поток, т.е. магнитное поле

Вращающееся магнитное поле получают с помощью переменного трёхфазного тока. Вот есть статор.

Рис. 6 Статор электродвигателя

А есть значит 3 фазы переменного тока.

Рис. 7

Между ними как видно на Рис. 7 120 градусов, электрических градусов.

Рис. 8

Рис. 9 Вращающееся магнитное поле

Далее вращающееся магнитное поле влияет силой Ампера на нашу рамку и она вращается.

Но здесь есть тоже различия, два разных способа.

Способ 2а. Рамка запитывается (синхронный двигатель)

Рис. 10 (Рис.1)

Способ 2б. Рамка не запитывается (асинхронный двигатель)

Фишка в том, что рамка не запитывается, совсем не запитывается. Просто проволока такая замкнутая.

Смотрите также по этой теме:

Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Источник: https://powercoup.by/kak-eto-ustroeno/printsip-rabotyi-elektrodvigatelya

Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.

Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.

Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.

В двигателях большой мощности физически существующих магнитов не используют из-за их большого веса. Для создания постоянного магнитного поля статора используется несколько металлических стержней, каждый из которых имеет собственную обмотку из проводника, подключенного к плюсовой или минусовой питающей шине. Одноименные полюса включаются последовательно друг другу.

Количество пар полюсов на корпусе двигателя может быть равно одной или четырем. Число токосъемных щеток на коллекторе якоря должно ему соответствовать.

Также существует три схемы подключения двигателя постоянного тока:

с параллельным возбуждением;
последовательным;
смешанным.

Параллельное возбуждение – это когда параллельно обмотке якоря включается еще одна независимая, обычно регулируемая (реостат). Такой способ подключения позволяет очень плавно регулировать скорость вращения и достигать ее максимальной стабильности. Его используют для питания электродвигателей станков и кранового оборудования.

Последовательная – в цепь питания якоря дополнительная обмотка включена последовательно. Такой тип подключения используется для того, чтобы в нужный момент резко нарастить вращающее усилие двигателя. Например, при трогании с места железнодорожных составов.

Двигатели постоянного тока имеют возможность плавной регулировки частоты вращения, поэтому их применяют в качестве тяговых на электротранспорте и грузоподъемном оборудовании.

Двигатели переменного тока — в чем отличие?

Вращающееся магнитное поле возникает в трех обмотках статора двигателя сразу, как только они подключаются к цепи питающего напряжения. Ротор такого электромотора в традиционном исполнении не имеет никаких обмоток и представляет собой, грубо говоря, кусок железа, чем-то напоминающий беличье колесо.

Магнитное поле статора провоцирует возникновение в роторе тока, причем очень большого, ведь это короткозамкнутая конструкция. Этот ток вызывает возникновение собственного поля якоря, которое «сцепляется» с вихревым магнитным потом статора и заставляет вращаться вал двигателя в том же направлении.

Магнитное поле якоря имеет ту же скорость, что и статора, но отстает от него по фазе примерно на 8–100. Именно поэтому двигатели переменного тока называются асинхронными.

Принцип действия электродвигателя переменного тока с традиционным, короткозамкнутым ротором, имеет очень большие пусковые токи. Вероятно, многие из вас это замечали – при пуске двигателей лампы накаливания меняют яркость свечения. Поэтому в электрических машинах большой мощности применяется фазный ротор – на нем уложены три обмотки, соединенные «звездой».

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи

Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого используется конденсатор.

Запитать от бытовой розетки можно и промышленный трехфазный двигатель. Для этого в его клеммной коробке две обмотки соединяются в одну, и в эту цепь включается конденсатор. Исходя из принципа работы асинхронных электродвигателей, запитанных от однофазной цепи, следует указать, что они имеют меньший КПД и очень чувствительны к перегрузкам.

Электродвигатели этого типа легко запускаются, но частоту их вращения практически невозможно регулировать.
Они чувствительны к перепадам напряжения, а при «недогрузе» снижают коэффициент полезного действия, становясь источником непропорционально больших затрат электроэнергии. При этом существуют методы использования асинхронного двигателя как генератор.

Универсальные коллекторные двигатели — принцип работы и характеристики

В таких двигателях магнитное поле статора создается за счет питающего напряжения. Только немного изменена конструкция магнитопроводов – она не литая, а наборная, что позволяет уменьшать перемагничивание и нагрев токами Фуко. Последовательно включенная в цепь якоря индуктивность дает возможность менять направление магнитного поля статора и якоря в одном направлении и в той же фазе.

Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.

Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый трансформатор, то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.

Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.

Синхронный принцип работы электродвигателя на видео

Источник: https://elektrik24.net/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/princip-raboty-3.html

Инфофиз — мой мир..

Принцип действия электродвигателя.

Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных класса: AC и DC.

Электродвигатели класса AC (Alternating Current) требуют для работы источник переменного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой электрической розетке в доме).
Электродвигатели класса DC (Direct Current) требуют для работы источник постоянного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой батарейке).
Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.
Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии одинаков для всех типов.
Устройство и принцип работы простейшего электродвигателя.

Один из первых двигателей, нашедших практическое применение, был двигатель Бориса Семеновича Якоби (1801 –1874), приводивший в движение катер с 12 пассажирами на борту.

Однако для широкого использования электродвигателя необходим был источник дешевой электроэнергии — электромагнитный генератор.

Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная — статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит — статором.

При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита.

Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.

Простейший электродвигатель

Электродвигатели используются повсюду. Даже дома вы можете обнаружить огромное количество электродвигателей.

Электродвигатели используются в часах, в вентиляторе микроволновой печи, в стиральной машине, в компьютерных вентиляторах, в кондиционере, в соковыжималке и т. д. и т. п.

Ну а электродвигатели, применяемые в промышленности, можно перечислять бесконечно. Диапазон физических размеров – от размера со спичечную головку до размера локомотивного двигателя.

Промышленный электродвигатель

Электроизмерительные приборы.

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах, вольтметрах и др.
Устройство прибора магнитоэлектрической системы
Измерительный прибор магнитоэлектрической системы устроен следующим образом.

Силы упругости пружин, возвращающие рамку к положению равновесия в отсутствие тока, подобраны такими, чтобы были пропорциональными углу отклонения стрелки от положения равновесия. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита М с наконечниками формы полого цилиндра. Внутри катушки располагают цилиндр 1 из мягкого железа.

Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (см рисунок).

Катушка с током поворачивается до тех пор, пока силы упругости со стороны пружины не уравновесят силы, действующие на рамку со стороны магнитного поля. Увеличивая силу тока в рамке в 2 раза, рамка повернётся на угол, вдвое больший.

Это происходит потому, что Fm~I.

Силы, действующие на рамку с током прямо пропорциональны силе тока, то есть можно, проградуировав прибор, измерять силу тока в рамке.
Точно так же можно прибор настроить на измерение напряжения в цепи, если проградуировать шкалу в вольтах, причём сопротивление рамки с током должно быть выбрано очень большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряем напряжение.
Дополнительные материалы.
1. Видео-ролик «Принцип работы электродвигателя»
2. Презентация «Электроизмерительные приборы» скачать с Яндекса
Медиа-материалы из Единой коллекции Цифровых Образовательных Ресурсов:
Рисунок «Вольтметр» 8_140Рисунок-плакат «Электродвигатель» 8_224Слайд-шоу «Работа электродвигателя» 8_225Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор электродинамической системы» 8_227Рисунок-плакат «Электроизмерительный прибор» 8_228Слайд-шоу «Работа амперметра» 8_229Слайд-шоу «Работа электроизмерительного прибора» 8_230

Источник: http://infofiz.ru/index.php/mirfiziki/fizst/lkf/12-lk47t

Электрический двигатель — принцип работы электродвигателя

Электрические двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Первые их прототипы были созданы в 19 веке, а сегодня эти устройства максимально интегрированы в жизнь современного человечества. Примеры их использования можно встретить в любой сфере жизнедеятельности: от общественного транспорта до домашней кофемолки.

Содержание:

Электрический двигатель: вид в разрезе

Принцип преобразования энергии

Принцип работы электродвигателя любого типа заключается в использовании электромагнитной индукции, возникающей внутри устройства после подключения в сеть. Для того чтобы понять, как эта индукция создается и приводит элементы двигателя в движение, следует обратиться к школьному курсу физики, объясняющему поведение проводников в электромагнитном поле.

Итак, если мы погрузим проводник в виде обмотки, по которому движутся электрические заряды, в магнитное поле, он начнет вращаться вокруг своей оси. Это связано с тем, что заряды находятся под влиянием механической силы, изменяющей их положение на перпендикулярной магнитным силовым линиям плоскости. Можно сказать, что эта же сила действует на весь проводник.

Схема, представленная ниже, показывает токопроводящую рамку, находящуюся под напряжением, и два магнитных полюса, придающие ей вращательное движение.

Именно эта закономерность взаимодействия магнитного поля и токопроводящего контура с созданием электродвижущей силы лежит в основе функционирования электродвигателей всех типов. Для создания аналогичных условий в конструкцию устройства включают:

Ротор (обмотка) – подвижная часть машины, закрепленная на сердечнике и подшипниках вращения. Она исполняет роль токопроводящего вращательного контура.
Статор – неподвижный элемент, создающий магнитное поле, воздействующее на электрические заряды ротора.
Корпус статора. Оснащен посадочными гнездами с обоймами для подшипников ротора. Ротор размещается внутри статора.

Для представления конструкции электродвигателя можно создать принципиальную схему на основе предыдущей иллюстрации:

После включения данного устройства в сеть, по обмоткам ротора начинает идти ток, который под воздействием магнитного поля, возникающего на статоре, придает ротору вращение, передаваемое на крутящийся вал.

Скорость вращения, мощность и другие рабочие показатели зависят от конструкции конкретного двигателя и параметров электрической сети.

Классификация электрических двигателей

Все электродвигатели между собой классифицируют в первую очередь по типу тока, протекающему через них. В свою очередь, каждая из этих групп тоже делить на несколько видов, в зависимости от технологических особенностей.
Двигатели постоянного тока

На маломощных двигателях постоянного тока магнитное поле создается постоянным магнитом, устанавливаемым в корпусе устройства, а обмотка якоря закрепляется на вращающемся валу. Принципиальная схема ДПТ выглядит следующим образом:

Обмотка, расположенная на сердечнике, изготавливается из ферромагнитных материалов и состоит из двух частей, последовательно соединенных между собой. Своими концами они подсоединяются к коллекторным пластинам, к которым прижимаются графитовые щетки. На одну из них подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а на другую – отрицательный.

После подачи питания на двигатель происходит следующее:

Ток от нижней «плюсовой» щетки подается на ту коллекторную пластину, к контактной платформе которой она подключена.
Прохождение тока по обмотке на коллекторную пластину (обозначено пунктирной красной стрелкой), подключенную к верхней «отрицательной» щетке создает электромагнитное поле.
Согласно правилу буравчика, в правой верхней части якоря возникает магнитное поле южного, а в левой нижней — северного магнитного полюса.
Магнитные поля с одинаковым потенциалом отталкиваются друг от друга и приводят ротор во вращательное движение, обозначенное на схеме красной стрелкой.
Устройство коллекторных пластин приводит к смене направления протекания тока по обмотке во время инерционного вращения, и рабочий цикл повторяется вновь.

Самый простой электрический двигатель

При очевидной простоте конструкции существенным недостатком таких двигателей является низкий КПД, обусловленный большими потерями энергии. Сегодня ДПТ с постоянными магнитами используются в простых бытовых приборах и детских игрушках.

Устройство двигателей постоянного тока большой мощности, используемых в производственных целях, не предусматривает использование постоянных магнитов (они занимали бы слишком много места). В этих машинах используется следующая конструкция:

обмотка состоит из большего количества секций, представляющих собой металлический стержень;
каждая обмотка отдельно подключается к положительному и отрицательному полюсу;
количество контактных площадок на коллекторном устройстве соответствует количеству обмоток.

Таким образом, снижение потерь электроэнергии обеспечивается плавным подключением каждой обмотки к щеткам и источнику питания. На следующей картинке представлена конструкция якоря такого двигателя:
Устройство электрических двигателей постоянного тока позволяет легко обратить направление вращения ротора с помощью простой смены полярности на источнике питания.
Функциональные особенности электродвигателей определяются наличием некоторых «хитростей», к которым относится сдвиг токосъемных щеток и несколько схем подключения.

Сдвиг узла токосъемных щеток относительно вращения вала происходит после запуска двигателя и изменения подаваемой нагрузки. Это позволяет компенсировать «реакцию якоря» — эффект, снижающий эффективность машины за счет торможения вала.

Есть три способа подключения ДПТ:

Схема с параллельным возбуждением предусматривает параллельное подключение независимой обмотки, как правило, регулируемой реостатом. Так обеспечивается максимальная стабильность скорости вращения и её плавная регулировка. Именно благодаря этому двигатели с параллельным возбуждением находят широкое применение в грузоподъемном оборудовании, на электрическом транспорте и станках.
Схема с последовательным возбуждением тоже предусматривает использование дополнительной обмотки, но подключается она последовательно с основной. Это позволяет при необходимости резко увеличить крутящий момент двигателя, к примеру, на старте движения железнодорожного состава.
Смешанная схема использует преимущества обоих способов подключения, описанных выше.

Биполярный электрический двигатель

Двигатели переменного тока

Главным отличием этих двигателей от описанных ранее моделей заключается в токе, протекающем по их обмотке. Он описывает по синусоидальному закону и постоянно меняет свое направление. Соответственно и питание этих двигателей осуществляется от генераторов со знакопеременной величиной.

Одним из главных конструктивных отличий является устройство статора, представляющего собой магнитопровод со специальными пазами для расположения витков обмотки.

Двигатели переменного тока классифицируют по принципу работы на синхронные и асинхронные. Коротко говоря, это означает, что в первых частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля в статоре, а во вторых – нет.

Настоятельно рекомендуем прочитать нашу статью об устройстве электродвигателей переменного тока.

Синхронные двигатели

В основе работы синхронных электродвигателей переменного тока тоже лежит принцип взаимодействия полей, возникающих внутри устройства, однако в их конструкции постоянные магниты закрепляются на роторе, а по статору проводится обмотка. Принцип их действия демонстрирует следующая схема:

Проводники обмотки, по которой проходит ток, показанные на рисунке в виде рамки. Вращение ротора происходит следующим образом:

На определенный момент времени ротор с закрепленным на нем постоянным магнитом находится в свободном вращении.
На обмотке в момент прохождения через нее положительной полуволны формируется магнитное поле с диаметрально противоположными полюсами Sст и Nст. Оно показано на левой части приведенной схемы.
Одноименные полюса постоянного магнита и магнитного поля статора отталкиваются друг от друга и приводят двигатель в положение, показанное на правой части схемы.

В реальных условиях для создания постоянного плавного вращения двигателя используется не одна катушка обмотки, а несколько. Они поочередно пропускают через себя ток, благодаря чему создается вращающееся магнитное поле.

Асинхронные двигатели

А асинхронном двигателе переменного тока вращающееся магнитное поле создается тремя (для сети 380 В) обмотками статора. Их подключение к источнику питания осуществляется через клеммную коробку, а охлаждение — вмонтированным в двигатель вентилятором.

Ротор, собранный из нескольких замкнутых между собой металлических стержней, жестко соединен с валом, составляя с ним одно целое. Именно из-за соединения стержней межу собой этот тип ротора называется короткозамкнутым.

Благодаря отсутствию токопроводящих щеток в данной конструкции значительно упрощается техническое обслуживание двигателя, увеличивается срок службы и надежность.

Главной причиной выхода из строя двигателей этого типа является износ подшипников вала.

Принцип работы асинхронного двигателя основывается на законе электромагнитной индукции – если частота вращения электромагнитного поля обмоток статора превышает частоту вращения ротора, в нем наводится электродвижущая сила.

Это важно, поскольку при одинаковой частоте ЭДС не возникает и, соответственно, не возникает вращения.

В действительности нагрузка на вал и сопротивление от трения подшипников всегда замедляет ротор и создает достаточные для работы условия.

Главным недостатком двигателей данного типа является невозможность получения постоянной частоты вращения вала. Дело в том, что рабочие характеристики устройства изменяются в зависимости от различных факторов. К примеру, без нагрузки на вал циркулярная пила вращается с максимальной скоростью.

Когда мы подводим к пильному полотну доску и начинаем её резать, частота вращения диска заметно снижается. Соответственно, снижается и скорость вращения ротора относительно электромагнитного поля, что приводит к наведению еще большей ЭДС.

Это увеличивает потребляемый ток и рабочая мощность мотора увеличивается до максимальной.

Принцип работы электрического мотора

Важно подбирать двигатель подходящей мощности – слишком низкая приведет к повреждению короткозамкнутого ротора из-за превышения расчетного максимума ЭДС, а слишком высокая приводит к необоснованным энергозатратам.

Асинхронные двигатели переменного тока рассчитаны на работу от трехфазной электрической сети, однако могут быть подключены и в однофазную сеть. Так, например, они используются в стиральных машинах и станках для домашних мастерских. Однофазный двигатель имеет примерно на 30% более низкую мощность, по сравнению с трехфазным – от 5 до 10 кВт.

Ввиду простоты исполнения и надежности асинхронные двигатели переменного тока наиболее распространены не только в производственном оборудовании, но и в бытовой технике.

Универсальные коллекторные двигатели

Во многих бытовых электроприборах необходимо наличие высокой скорости вращения двигателя и крутящего момента при малых пусковых токах и плавной регулировке. Всем этим требования удовлетворяют коллекторные двигатели, называемые универсальными. По своему устройству они очень похожи на двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Главным отличием от ДПТ является магнитная система, комплектуемая несколькими изолированными друг от друга листами электротехнической стали, к полюсам которых подсоединены по две секции обмотки. Такая конструкция снижает нагрев элементов токами Фуко и перемагничивание.

Высокая синхронность магнитных полей в универсальных коллекторных двигателях сохраняет высокую скорость вращения даже под большой нагрузкой на вал. Поэтому их используют в маломощном быстроходном оборудовании и домашней технике. При подключении в цепь регулируемого трансформатора появляется возможность плавной настройки частоты вращения.

Главный недостаток таких электромоторов заключается в низком моторесурсе, обусловленном быстрым стиранием графитовых щеток.

Источник: http://TokIdet.ru/elektrooborudovanie/elektrodvigateli/princip-raboty.html

Устройство и принцип работы электродвигателя

Электродвигатель – это электротехническое устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов.

В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться.

В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.

На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .
Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым. Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе.

Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения.

Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС.

Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности.

Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

Износ щетокили их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
Загрязнение коллектора.Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.

Источник: http://elektro-enot.ru/ustrojstvo-i-princip-raboty-elektrodvigatelya/

Устройство и принцип действия синхронного двигателя

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

Устройство синхронного электродвигателя

Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

Неподвижной части (якорь или статор).
Подвижной части (ротор или индуктор).
Вентилятора.
Контактных колец.
Щеток.
Возбудителя.

Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами).

Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная. В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали.

Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения.

Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения.

При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

Характеристики синхронного электродвигателя

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

Работу при высоком значении коэффициента мощности.
Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
Сложность пуска.
Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

Для улучшения коэффициента мощности.
В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

Источник: https://www.szemo.ru/press-tsentr/article/ustroystvo-i-printsip-deystviya-sinkhronnogo-dvigatelya/

Как работает электродвигатель?

Электродвигатель помогает преобразовывать электрическую энергию в механическую. Он основан на принципах электромагнетизма.

Для работы многих устройств требуются вращающиеся детали. Одним из таких используемых устройств является
электродвигатель. Электродвигатель представляет собой вращающееся устройство. Он играет роль в энергетике.
преобразование. Теории электродвигателей изучаются в физике.

Электродвигатель является широко используемым инструментом. Он используется в повседневной жизни.
Электродвигатель полезен для преобразования одного вида энергии в другой. Электрический
двигатель используется в транспортных средствах, устройствах и т. д. Он работает по принципу
электромагнетизм. Эта статья поможет вам понять работу, строительство,
и т. д. электродвигателя.

Что такое электродвигатель?

Электродвигатель — это прибор, преобразующий энергию. Электродвигатель представляет собой тип вращающегося устройства. Он преобразует электрическую форму энергии в механическую. Он работает по принципу электромагнетизма. Он работает из-за взаимодействия между магнитным полем двигателя. Магнитное поле взаимодействует с электрическим током в проводах обмотки. Это взаимодействие создает силу в виде крутящего момента. Этот крутящий момент приложен к валу двигателя.

Постоянный или переменный ток используется для питания электродвигателя. Постоянный ток передается батареями или выпрямителями. Переменный ток передается инверторами, электрическими генераторами и электрическими сетями. Электродвигатели классифицируются на основе многих факторов. Например, тип источника питания, области применения и т. д.

Принцип работы электродвигателя

Каждый инструмент имеет свой принцип. Принцип описывает теорию, по которой работает прибор. Электродвигатель также имеет определенный принцип. Принцип работы электродвигателя заключается в том, что при пропускании тока через прямоугольную катушку, помещенную в магнитное поле, к катушке прикладывается сила. Эта сила отвечает за непрерывное вращение двигателя.

Благодаря этому вращению происходит преобразование энергии. Простыми словами, принцип работы электродвигателя переносится на проводник с током. Этот проводник с током создает магнитное поле. Этот проводник с током расположен перпендикулярно направлению магнитного поля. Благодаря этому он испытывает силу.

Конструкция электродвигателя

Каждое устройство имеет уникальную конструкцию. Необходимо понимание конструкции. Вот объяснение конструкции электродвигателя.

Конструкция электродвигателя

Он имеет прямоугольную катушку провода ABCD.
У него сильный подковообразный магнит. Катушка ABCD расположена перпендикулярно этому магниту.
Концы катушки ABCD соединены с разъемными кольцами P и Q. Эти разъемные кольца играют роль коммутатора. Это помогает изменить направление тока.

Внутренняя часть разрезных колец изолирована. Он прикреплен к оси. Ось свободно вращается.
Внешняя сторона токопроводящих кромок разрезных колец соединена со стационарными щетками. Эти щетки X и Y соединены с аккумулятором. Это завершает схему.

Это общая конструкция электродвигателя.

Детали электродвигателя

Электродвигатель состоит из множества частей. Эти детали необходимы для бесперебойной работы двигателя. Вот описание основных частей электродвигателя.

Детали электродвигателя

Ротор: это движущаяся часть двигателя. Его роль заключается во вращении вала двигателя. Это вращение на валу производит механическую энергию. Ротарь также содержит проводник. По этому проводнику текут токи. Это также помогает в общении с магнитным полем, присутствующим в статоре.
Подшипники: Подшипники используются для поддержки вращателя. Это необходимо для активации оси ротора. С помощью них расширяется вал двигателя. Он распространяется до нагрузки двигателя.

Статор: это неактивная часть электромагнитной цепи двигателя. Он состоит из постоянного магнита и обмотки. Статор можно изготовить из тонких металлических листов. Их называют ламинатами. Они помогают уменьшить потери энергии.
Обмотки: Провода, проложенные внутри катушки электродвигателя, называются обмотками. Обычно они намотаны на гибкий железный магнитный сердечник. Это создает магнитные полюса при подаче тока.

Это были все важные части и их использование в электродвигателе.

Работа электродвигателя

Упомянутый электродвигатель представляет собой вращающееся устройство. Работа электродвигателя объясняет его механизм. Вот несколько шагов, которые объясняют работу электродвигателя.

Работа электродвигателя

Когда аккумулятор двигателя включен, в нем протекает ток. Ток течет через катушку AB от A к B. При этом направление магнитного поля с севера на юг. О правиле левой руки Флеминга сила действует вниз на AB. Подобно этому восходящая сила применяется к CD. Благодаря этому катушка вращается. AB движется вниз, а CD движется вверх.

Теперь обе катушки AB и CD поменялись местами. Теперь поток тока идет от C к D. А направление магнитного поля — с севера на юг. Катушка CD получает направленную вверх силу и движется вверх. Катушка AB движется вниз. Таким образом, обе катушки делают половину оборота.
Электродвигателю для работы требуется полный оборот. Для этого направление тока меняется. Направление тока меняется с помощью коммутатора. Коммутатор имеет два разрезных кольца. Щетки также присоединены к его контуру.

Когда катушка начинает вращаться, кольца тоже вращаются. Как только катушка становится параллельной магнитному полю, щетки касаются зазора между кольцами. Из-за этого цепь разрывается.
Из-за инерции кольцо продолжает двигаться. Противоположный конец кольца подключается к положительному концу провода.
Разрезные кольца P и Q прикреплены к катушке CD и AB соответственно. Благодаря этому направление тока в цепи меняется на противоположное.
Катушка CD слева, катушка AB справа. Ток в катушке CD меняется на противоположный. Теперь ток течет от D к C. На AB действует восходящая сила, а на CD — направленная вниз сила. Это удерживает катушку во вращении.
Эта реверсия электрического тока происходит после каждого полуоборота. Это позволяет катушке вращаться до тех пор, пока батарея не будет отключена.

Это детальная работа электродвигателя.

Преимущества электродвигателя

Электродвигатель имеет множество преимуществ. Это лучше, чем другие устройства преобразования энергии. Есть много преимуществ использования электродвигателя. Вот некоторые из них:

Первоначальная стоимость электродвигателя довольно низкая. Это лучше, чем двигатели, использующие ископаемое топливо.
Электродвигатель имеет различные рабочие части. За счет этого электродвигатель имеет более длительный срок службы.
Двигатель требует меньше обслуживания. Электродвигатель имеет среднюю мощность 30 000 часов.
Электродвигатель имеет автоматическое управление. Он упрощает управление и имеет функции автоматического запуска и остановки. Кроме того, электрические двигатели очень эффективны.
Они не используют ископаемое топливо. Это потому, что им не нужно моторное масло.

Это различные преимущества электродвигателя. Благодаря этим преимуществам он является широко используемым инструментом для преобразования энергии.

Применение электродвигателя

Широко используется электродвигатель. Он получил много приложений. Эти приложения описывают использование электродвигателя. Электродвигатели являются неотъемлемой частью многих приборов. Он имеет множество приложений. Некоторые из них:

Электродвигатель используется в воздуходувках, станках, электроинструментах, насосах и турбинах. Он также используется во вращающихся устройствах, таких как компрессоры, прокатные станы, вентиляторы, корабли, двигатели и т. д.

Применение электродвигателя

Электродвигатель также является обязательным компонентом многих устройств. К ним относятся отопительное и охлаждающее оборудование, различная бытовая техника, а также автомобили.

Вот несколько вариантов применения электродвигателя.

Заключение:

Электродвигатель является широко используемым инструментом. Его основная цель — преобразование энергии. Он эффективен в преобразовании электрической энергии в механическую форму энергии. Его функционирование можно объяснить принципами электромагнетизма.

Имеет различные части и уникальные конструкции. Это дешевле и эффективнее любого другого преобразователя энергии. Он имеет широкий спектр применения. Габаритный электродвигатель представляет собой эффективное устройство.

Двигатель, который может работать от источников переменного и постоянного тока, называется универсальным двигателем.

Электродвигатели, демонстрирующие преобразование энергии переменного тока в механическую, называются двигателями переменного тока. А те, которые показывают преобразование энергии постоянного тока в механическую, называются двигателями постоянного тока.

Нет. В вакууме электродвигатель будет работать некоторое время, а затем остановится, потому что смазочные материалы и изоляционные материалы испарятся из-за низкого давления и вакуума, это явление называется дегазацией.

Электродвигатель

— принцип работы, схема

Последнее обновление Teachoo — 30 апреля 2020 г.
Это вращающееся устройство (устройство, которое вращается или перемещается по кругу)

Он преобразует электрическую энергию в механическую энергию

Они используются в электрических вентиляторах, холодильниках, стиральных машинах, миксерах и т. д.

вот как это выглядит

Принцип работы электродвигателя

Электродвигатель работает по принципу

когда прямоугольную катушку помещают в магнитное поле и через нее пропускают ток,

на катушку действует сила, которая непрерывно вращает ее

Конструкция электродвигателя

Электродвигатель состоит из

Прямоугольная катушка

провода ABCD
А

сильный подковообразный магнит

(или 2 разных магнита) — Если мы возьмем 2 магнита, северный полюс первого магнита обращен к южному полюсу другого магнита, как показано на рисунке. ..
катушка расположена перпендикулярно магниту

как показано на рисунке
Концы катушки соединены с

разрезные кольца

— П и В

Разрезные кольца действуют как

коммутатор

— который меняет направление тока в цепи
Внутренняя сторона разрезных колец

изолированы и прикреплены к оси

(который может свободно вращаться)
Внешние токопроводящие кромки разъемных колец жесткие два

стационарные щетки — X и Y
Эти щетки крепятся к

батарея

чтобы завершить цепь

Работа электродвигателя

Давайте посмотрим на работу электродвигателя.

Когда батарея включена, ток течет через катушку АВ от А к В,

и магнитное поле с севера на юг…

Итак, по правилу левой руки Флеминга к АВ приложена направленная вниз сила.
Точно так же восходящая сила применяется к компакт-диску.

Таким образом, катушка вращается, при этом AB движется вниз, а CD движется вверх
Теперь катушки AB и CD меняются местами,

Так как ток течет от C к D, а магнитное поле от севера к югу

CD получит восходящую силу и двинется вверх
Аналогично, AB будет двигаться вниз

Итак, наша катушка сделала бы половину оборота
Но, мы не хотим половинчатых оборотов,

Нам нужен полный оборот катушки.
Итак, для этого мы изменим направление тока в катушке, когда она сделает половину оборота.
Чтобы изменить направление тока, мы используем коммутатор.

Коллектор состоит из разрезных колец (двух колец с промежутком между ними) и щеток, прикрепленных к цепи.
Теперь, когда катушка вращается, кольца вращаются вместе с ней.

Когда катушка становится параллельной магнитному полю,

щетки X и Y касаются зазора между кольцами

и цепь разрывается
Теперь из-за инерции кольцо продолжает двигаться. .. так что противоположный конец кольца теперь соединен с положительным концом провода.

Разрезное кольцо P подключено к катушке CD, а разрезное кольцо Q подключено к катушке AB.

Который меняет направление тока в цепи.
Теперь, когда CD находится слева, а AB справа..

Ток в CD становится обратным, то есть с D на C.

Итак, сила на CD направлена вниз, а сила на AB направлена вверх

Таким образом, катушка продолжает вращаться
Это реверсирование электрического тока происходит каждые пол-оборота.

, и катушка продолжает вращаться до тех пор, пока батарея не будет отключена.

Примечание —

Если бы разрезное кольцо не использовалось, катушка вращалась бы наполовину по часовой стрелке и наполовину против часовой стрелки.

Следовательно, цель разъемного кольца состоит в том, чтобы изменить направление тока и заставить катушку вращаться в одном направлении.

Чтобы написать «Работа электродвигателя» в экзаменационной работе, отметьте —
NCERT Вопрос 11

Как коммерческие электродвигатели увеличивают производимую мощность и мощность двигателей?

Они увеличивают производимую силу и мощность двигателей на

Использование электромагнита вместо постоянного магнита
Большое количество витков проводящего провода (чем больше витков в проводе, тем больше магнитное поле)
Сердечник из мягкого железа, на котором намотана катушка

Примечание :

Сердечник из мягкого железа, на который намотана катушка вместе с витками, называется

арматура

.

Увеличивает мощность двигателя.

Примечание

: Для тебя

Экзамены,

пожалуйста, напишите принцип, работа, конструкция электродвигателя.

И не забудьте сделать первую цифру (та, что указана в NCERT)

Вопросы

NCERT Вопрос 3 —

Устройство, используемое для получения электрического тока, называется

генератор.
гальванометр.
амперметр.
мотор.

Посмотреть ответ

NCERT Вопрос 6 (а) —

Укажите, верны или нет следующие утверждения.

а) Электрический двигатель преобразует механическую энергию в электрическую.

Посмотреть ответ

NCERT Вопрос 11 —

Нарисуйте маркированную схему электродвигателя. Объясните его принцип и работу. Какова функция разрезного кольца в электродвигателе?

Посмотреть ответ

NCERT Вопрос 12 —

Назовите некоторые устройства, в которых используются электрические двигатели.

Посмотреть ответ

Вопросы 2 Страница 233 —

Каков принцип работы электродвигателя?

Посмотреть ответ

Вопросы 3 Страница 233 —

Какова роль разрезного кольца в электродвигателе?

Посмотреть ответ

Решите все свои сомнения с Teachoo Black (новый ежемесячный пакет уже доступен!)

Присоединяйтесь к Teachoo Black

Принцип работы двигателя постоянного тока – StudiousGuy которые преобразуют электрическую энергию в механическую, такие как фены, игрушечные транспортные средства, крошечные вентиляторы, триммеры и так далее.

Электрическим компонентом, ответственным за это действие, является двигатель постоянного тока (DC), присутствующий внутри этих устройств. Двигатель постоянного тока — это устройство, которое работает на постоянном токе и преобразует его в механическую работу. Официальная заслуга изобретения двигателя постоянного тока принадлежит американскому кузнецу Томасу Давенпорту; однако несколько других ученых, в том числе Уильям Стерджен и Фрэнк Джулиан Спраг, также внесли свой вклад в разработку двигателя постоянного тока. Сегодня двигатели постоянного тока стали неотъемлемой частью промышленного сектора и используются для различных применений, таких как приводы электромобилей, лифты, краны и приводы сталепрокатных станов. Чтобы понять, как работает двигатель постоянного тока, давайте сначала рассмотрим компоненты, используемые в его конструкции.

Индекс статьи (щелкните, чтобы перейти)

Компоненты двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока обычно выглядит как цилиндрическое устройство с выступающим из него валом, который вращается при подаче постоянного тока. Это действие осуществляется путем расположения следующих компонентов определенным образом.

Статор

Статор, или стальное ярмо, представляет собой цилиндрический металлический корпус, внутри которого размещены все остальные элементы двигателя постоянного тока. Одна сторона статора содержит вертикальный вал, выходящий из него, а другая сторона имеет две клеммы, к которым подключен источник питания постоянного тока.

Магниты

Внутри статора двигателя постоянного тока установлены два стационарных постоянных магнита. Они действуют как северный и южный полюса магнита, создавая поперек них горизонтальное магнитное поле.

Якорь

В электротехнике термин якорь относится к структуре вращающихся катушек под действием электромагнитной силы. В двигателе постоянного тока якорь состоит из ротора, расположенного между двумя магнитами. Ротор представляет собой конструкцию из ламинированных дисков, обернутых катушкой проводящего поля. Выступающий из двигателя вал проходит по оси якоря и вращается вместе с ним.

Катушка возбуждения

Катушка возбуждения или обмотка возбуждения в двигателе постоянного тока представляет собой катушку из медных проводов, которая заменяет постоянные магниты, прикрепленные к внутренним стенкам статора. Когда постоянный ток от батареи проходит через эту катушку, он образует электромагнит, полярность которого можно контролировать, создавая желаемое магнитное поле.

Коллектор

Коллектор представляет собой полую цилиндрическую деталь, сегментированную во многих точках для изменения полярности электромагнитной катушки якоря внутри двигателя постоянного тока. Критической частью двигателя является работа от источника постоянного тока. Он сидит на конце якоря вокруг вала. Концы обмотки якоря соединены с коммутатором, а все остальные части, кроме щеток, от него электрически изолированы.

Щетки

Щетки в двигателе постоянного тока — это компоненты, которые соединяют статические клеммы с вращающимися частями двигателя. Обычно они изготавливаются из углеродистого графита, так как он является отличным проводником электричества и обладает отличными смазочными свойствами. Коммутатор расположен между двумя щетками, которые дополнительно подключены к клеммам двигателя, замыкая цепь с источником питания постоянного тока.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока работает по тому принципу, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует магнитная сила, направление которой определяется правилом левой руки Флеминга. Другими словами, двигатель постоянного тока вращается за счет взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем электромагнита с током.

Правило левой руки Флеминга

Правило левой руки Флеминга — это мнемонический инструмент для понимания взаимно перпендикулярной зависимости между током, приложенным магнитным полем и индуктивной силой в электродвигателе. Если вытянуть указательный, средний и большой пальцы левой руки во взаимно перпендикулярных направлениях, совместив средний палец с условным направлением тока внутри тока, а указательный палец с приложенным магнитным полем, то большой палец дает направление силы, действующей на проводник. Чтобы понять, как это действует внутри двигателя постоянного тока, давайте более подробно обсудим работу двигателя постоянного тока.

Работа двигателя постоянного тока

Чтобы понять работу двигателя постоянного тока, давайте сначала возьмем более простой случай с одной прямоугольной проволочной петлей, расположенной внутри северного и южного полюсов постоянного магнита. Когда ток протекает через проволочную петлю, он создает вокруг нее магнитное поле, которое взаимодействует с ранее существовавшим магнитным полем постоянных магнитов, что приводит к возникновению силы отталкивания, направление которой можно определить с помощью правила левой руки Флеминга. Направление тока для отрезка провода возле северного полюса постоянного магнита прямое (от положительного полюса батареи), что приводит к тому, что сила направлена вниз. Точно так же на участке провода возле южного полюса постоянного магнита ток течет в обратном направлении (к отрицательному полюсу батареи), в результате чего сила направлена вверх. Два противоположных направления сил создают вращающий момент в катушке, заставляя ее вращаться вокруг оси.

Тем не менее, одиночная проволочная петля не будет иметь достаточной магнитной силы, чтобы преодолеть магнитный поток постоянных магнитов, и в конце концов остановится, установив равновесие. Интенсивность магнитного поля электромагнита увеличивается за счет его намотки вокруг ветвей ротора. В двигателе постоянного тока ток поступает в катушку через коммутатор, который трется об одну из щеток, подключенных к источнику питания постоянного тока. Когда ток проходит через катушку, ротор начинает вращаться в результате действия на него крутящего момента. Сегментация коммутатора позволяет якорю избежать положения равновесия за счет отключения некоторых катушек от источника питания и обеспечения однонаправленного крутящего момента. Этот цикл периодически повторяется, что приводит к вращению вала, прикрепленного к якорю.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока широко распространены в современном промышленном секторе и используются в различных транспортных средствах малого и среднего размера, от робототехники до транспорта. Из-за их универсальной функциональности на рынке доступно несколько типов двигателей постоянного тока, которые можно разделить на следующие категории в зависимости от их соединений:

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами является типичным примером двигателя постоянного тока. двигатель, в котором постоянные магниты создают поперечное магнитное поле внутри статора. Пара (или пары) радиально намагниченных постоянных магнитов закреплена на внутренних стенках статора, причем северный и южный полюса попеременно обращены друг к другу и создают между собой однородное магнитное поле. В дополнение к удерживанию постоянных магнитов цилиндрическая форма стального статора также служит каналом возврата магнитного потока с низким сопротивлением. Недостатком этих типов двигателей постоянного тока является то, что постоянные магниты могут со временем терять свои магнитные свойства; однако в некоторых усовершенствованных двигателях постоянного тока с постоянными магнитами магниты работают вместе с дополнительными катушками возбуждения для компенсации потери намагниченности.

Применение

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно используются в тех электрических устройствах, которые не потребляют много энергии и не требуют очень эффективного управления скоростью двигателя. Примерами таких электрических устройств являются игрушечные машинки, стеклоочистители, вентиляторы горячего воздуха, дисководы для компакт-дисков и т. д. создать магнитное поле внутри статора. Эти двигатели имеют устройство возбуждения поля, установленное внутри двигателя, которое генерирует магнитное поле с использованием электрического тока. В двигателе постоянного тока с независимым возбуждением цепь, обеспечивающая подачу тока на устройство возбуждения поля, имеет источник напряжения, отличный от той, которая подает ток на обмотки якоря. Другими словами, ток, протекающий по обмоткам якоря, не протекает по обмоткам устройств возбуждения возбуждения. Устройство возбуждения поля работает при постоянном напряжении, тогда как катушки якоря могут иметь переменное напряжение для регулировки скорости двигателя. Кроме того, путем переключения полярности катушек возбуждения можно мгновенно изменить направление вращения вала двигателя. Тем не менее, недостатком является дополнительная стоимость источника напряжения, необходимого для возбуждения катушки возбуждения.

Применение

Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением обычно используются в электроприборах, требующих вращения в обоих направлениях с точным регулированием скорости. Они используются в различных устройствах, в том числе в бумагоделательных машинах, электродвигателях и даже в регуляторах тяги в электропоездах.

Двигатели постоянного тока с самовозбуждением

Как следует из названия, двигатели постоянного тока с самовозбуждением имеют общий источник напряжения для катушек возбуждения и катушек якоря. Обе катушки могут быть соединены либо последовательно, либо параллельно, либо в некоторой комбинации последовательно-параллельной конфигурации. В зависимости от конфигурации подключения двигатели постоянного тока с самовозбуждением подразделяются на следующие три категории:

Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением

В двигателе постоянного тока с последовательным возбуждением катушка возбуждения соединена внутри последовательно с катушкой якоря. Хотя конструкция двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением аналогична конструкции других двигателей постоянного тока с возбуждением, катушка возбуждения двигателя постоянного тока с самовозбуждением содержит относительно меньше витков и имеет более толстый провод, чем катушка якоря, что обеспечивает низкое электрическое сопротивление. В результате электромагнитный крутящий момент, создаваемый в этом случае, намного выше, чем обычно, что приводит к более высокой скорости двигателя. Тем не менее, управление скоростью в двигателях с автовозбуждением с последовательным возбуждением не такое впечатляющее, как в других двигателях с возбуждением.

Области применения

Из-за высокой скорости вращения двигатели с автовозбуждением с последовательным возбуждением обычно используются в качестве стартеров для тяжелых промышленных устройств, таких как краны и подъемники. Кроме того, последовательные двигатели часто используются только в течение короткого промежутка времени, например, несколько секунд, потому что высокий последовательный ток может сжечь последовательные катушки возбуждения, что сделает двигатель бесполезным.

Двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и самовозбуждением

В двигателе постоянного тока с параллельным возбуждением и самовозбуждением катушка возбуждения подключается параллельно обмотке якоря двигателя, что приводит к одинаковому напряжению, но другой величине и расходу тока для обеих катушек. По сравнению с обмоткой якоря двигателя постоянного тока, обмотка возбуждения имеет значительно большее число витков для увеличения полезной связи потока и проводник меньшего диаметра для увеличения сопротивления (меньший ток). Это дает двигателю постоянного тока с самовозбуждением шунтовой обмотки уникальную способность саморегулировать свою скорость при приложении нагрузки к валу клемм ротора. Другими словами, когда двигатель переключается с холостого хода на нагруженный, скорость двигателя существенно не колеблется.

Применение

Двигатели постоянного тока с самовозбуждением и параллельным возбуждением обычно используются в устройствах, работающих с постоянной скоростью. Их способность к саморегулированию скорости пригодится там, где требуется точное регулирование скорости, например, в шлифовальных станках, печатных машинах, токарных станках и т. д. Тем не менее, нагрузка во время запуска двигателя должна быть ограничена, поскольку он не может создавать высокий пусковой момент.

Двигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой и самовозбуждением

Двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой и самовозбуждением, также известный как комбинированный двигатель постоянного тока, представляет собой комбинацию двигателей последовательного и параллельного возбуждения. В составных двигателях постоянного тока катушки возбуждения соединены как последовательно, так и параллельно с катушками якоря. Цель такого конструктивного сочетания – получение лучших качеств обоих типов. Шунтовой двигатель имеет очень эффективное регулирование скорости, тогда как последовательный двигатель имеет очень высокий начальный крутящий момент. В результате составной двигатель постоянного тока является фантастическим компромиссом с точки зрения этих характеристик. Обе катушки возбуждения работают вместе, чтобы обеспечить требуемый магнитный поток и желаемую скорость вращения. В зависимости от соединения катушки возбуждения с катушкой якоря двигатель постоянного тока со смешанной обмоткой можно разделить на два основных типа:

Двигатели постоянного тока с длинной шунтирующей обмоткой — это двигатели, в которых катушка возбуждения с шунтирующей обмоткой соединена параллельно через последовательную комбинацию якоря и катушки возбуждения.

Двигатели постоянного тока с короткой шунтирующей обмоткой — это двигатели, в которых ток сначала проходит через катушку возбуждения с последовательной обмоткой, а затем разделяется на параллельное соединение катушки возбуждения с шунтирующей обмоткой и обмотки якоря.

Кроме того, составные двигатели постоянного тока также можно разделить на две другие категории на основе возбуждения и характеристик соединения:

Накопление: В комбинированном двигателе постоянного тока поток шунтирующего поля, создаваемый катушкой шунтирующего поля, усиливает действие потока основного поля, создаваемого последовательной катушкой возбуждения. Другими словами, поток, создаваемый обмоткой шунтирующей катушки, суммируется с потоком, создаваемым последовательной обмоткой катушки, и дает общий поток.

Дифференциальное комбинирование: Говорят, что двигатель имеет дифференциальное комбинирование, если поток шунтирующего поля уменьшает влияние основной последовательной обмотки. Это происходит из-за противоположных полярностей катушки возбуждения с шунтирующей обмоткой и катушки возбуждения с последовательной обмоткой. Поскольку чистый поток, созданный в этом случае, ниже, чем исходный поток, эта конфигурация вряд ли будет иметь какое-либо практическое применение.

Применение

Подобно двигателям постоянного тока с автовозбуждением, составные двигатели постоянного тока также часто используются в устройствах, требующих быстрой и постоянной скорости вращения. Основное различие в их полезности заключается в том, что составные двигатели постоянного тока могут работать независимо от нагрузки, прикрепленной к валу. Другими словами, в случае составных двигателей постоянного тока нагрузка не имеет большого значения. Обычное применение двигателей постоянного тока с комбинированной обмоткой можно увидеть в таких машинах, как эскалаторы, лифты, штамповочные прессы, прокатные станы, поршневые машины и т. д.

Принцип работы электродвигателя

В настоящее время электродвигатели можно найти в жизни каждого, поскольку они преобразуют электрическую энергию в механическую или кинетическую энергию. Эклектичные двигатели доступны в электромобилях (EV), вентиляторах, часах, миксерах, кофемолках, стиральных машинах и многих других устройствах. Следовательно, знание принципов работы двигателя может помочь каждому более эффективно использовать моторное оборудование. В этой статье обсуждается принцип работы электродвигателя . Затем представлены различные распространенные типы электродвигателей, включая двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели и, наконец, синхронные двигатели.

Электродвигатели работают на основе магнитного поля. Магнитное поле может создаваться магнитом или обмотками вокруг магнитного сердечника. Чтобы начать теорию, объясняется магнитная сила провода с током, который подвергается воздействию магнитного поля. Магнит создает магнитное поле между полюсами N и S, как показано на рисунке 1. Линии магнитного поля выходят из полюса N и входят в полюс S. Это магнитное поле является постоянным, и в магнитном поле нет колебаний, которые могут выглядеть как постоянное магнитное поле.

Рис. 1. Магнитное поле между северным и южным полюсами магнита

Когда проводник с током входит в магнитное поле, на провод действует магнитная сила, которая заставляет провод двигаться. Величина силы зависит от некоторых параметров, которые обсуждаются в этой статье. Первым параметром, влияющим на магнитную силу, является ток, протекающий по проводу. Если ток через ток равен нулю, силы на провод не будет, а сила имеет прямую связь с током. Следовательно, можно написать следующее уравнение.

(1)

где F — магнитная сила, а I — сила тока в проводе. Еще одним параметром является длина провода, который видит магнитное поле. Зависимость между магнитной силой и длиной оголенного провода также является прямой и может быть записана как:

(2)

, где l — длина провода. Последним параметром является напряженность магнитного поля, которая имеет прямую зависимость от магнитной силы как:

(3)

Эти три параметра определяют максимальное значение магнитной силы, которое возникает, когда магнитное поле перпендикулярно проводу. Таким образом, любое отклонение от перпендикулярного положения уменьшает величину силы, прикладываемой к проволоке. Это означает, что магнитная сила на рисунке 2 не достигает своего максимального значения из-за угла между магнитным полем и током в проводнике.

Рисунок 2: Проводник с током среди магнитного поля, создаваемого магнитом

Учитывая все параметры, магнитная сила может быть рассчитана по данному уравнению.

(4)

Теперь вместо одного проводника можно рассматривать петлю между полюсами. Петля может быть любой формы, но для лучшего понимания предполагается, что петля представляет собой прямоугольник, как показано на рисунке 3. В этой ситуации каждая сторона петли несет ток и испытывает магнитную силу. Направление силы можно получить по правилу левой руки.

Рисунок 3. Близкий путь проводника в магнитном поле, создаваемом магнитом

текущее направление, и все эти пальцы перпендикулярны друг другу. Согласно уравнению 4, магнитная сила равна нулю, когда несущий ток параллелен магнитному полю. Таким образом, магнитная сила BC и AD равна нулю. В этом состоянии только AB и CD испытывают магнитную силу. Если применить правило левой руки к путям AB и CD, магнитная сила для пути AB будет направлена вверх, а для пути CD направление силы будет направлено вниз. Эти две противоположные силы вращают петлю, но она не может завершить свое вращение, потому что направление тока в петле постоянно. Это означает, что устойчивое положение петли — это когда петля перпендикулярна магнитному полю. В этом положении направленная вверх и вниз сила нейтрализует друг друга, и проволочная петля не может двигаться. Чтобы решить эту проблему, направление тока в петле должно соблюдаться в каждом полуобороте, чтобы позволить проволочной петле вращаться. Более того, инерция поможет петле продолжить свое вращение и пройти устойчивое положение.

Рис. 4. Коллектор и щетка для изменения направления тока в контуре на противоположное

Для достижения этой цели в схему необходимо добавить угольные щетки и коммутаторы. Поскольку провода батареи не могут вращаться вместе с петлей, две щетки действуют как мост для контакта петли с батареей. Кроме того, коммутаторы изменяют направление тока в петле, когда петля вращается в магнитном поле. Эти принципы относятся к двигателю постоянного тока, поскольку источник постоянного тока подключен к вращающейся части двигателя. Двигатели обычно имеют статическую часть, называемую статором, и подвижную часть, а именно ротор. Обе части состоят из магнитопровода и обмоток. В двигателе постоянного тока в статорной части используется магнит. Однако постоянное магнитное поле можно создать, обмотав провода вокруг статора и подключив клеммы к источнику постоянного напряжения. Кроме того, к коммутаторам подключено множество проволочных петель, чтобы увеличить мощность и помочь двигателю вращаться быстрее. В двигателях постоянного тока воздушный зазор между статором и ротором равномерный.

Теория двигателя переменного тока такая же. Значит, магнитное поле необходимо, и обмотки ротора вынуждены вращаться. Однако в двигателях переменного тока обмотки статора подключены к источнику переменного напряжения, и магниты не могут использоваться для статоров, поскольку магнитное поле, создаваемое магнитом, постоянно. Двигатели переменного тока подразделяются на две основные группы, включая асинхронные двигатели и синхронные двигатели, которые будут обсуждаться в следующих частях. Большинство двигателей в промышленности представляют собой трехфазные асинхронные двигатели, которые используются в вентиляторах, насосах и т. д. Однако однофазные асинхронные двигатели используются в бытовой технике, такой как холодильники, миксеры и т. д.

В асинхронных двигателях воздушный зазор неравномерный, сердечник статора ламинирован из-за потерь на вихри, на внешней поверхности прорезаны пазы. Трехфазные обмотки вставлены в пазы статора для создания магнитного поля переменного тока в воздушном зазоре. Существует два типа обмотки ротора, которые называются типами с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. В асинхронных двигателях нет токонесущих обмоток, потому что вращающееся магнитное поле переменного тока изменяется со временем, и его изменение заставляет обмотки ротора вращаться в направлении магнитного поля. Магнитное поле переменного тока, создаваемое обмотками статора, вращается в воздушном зазоре с синхронной скоростью, но скорость вращения ротора меньше скорости поля в асинхронном двигателе.

В отличие от асинхронного двигателя синхронный двигатель может вращаться с постоянной скоростью в установившемся режиме. Следовательно, синхронные двигатели можно использовать там, где важна постоянная скорость, например, электрические часы, таймеры, или многие другие в больших масштабах можно использовать в качестве насосов. Однако синхронные машины используются в качестве генератора, а не двигателя. На электростанциях есть много синхронных генераторов, но синхронные двигатели имеют ограниченное применение. Структура статора синхронного двигателя аналогична асинхронным двигателям, но по обмотке ротора протекает постоянный ток.

Электродвигатели используются во многих отраслях промышленности. Например, электропоезда работают с двигателями постоянного тока и асинхронными двигателями. Кроме того, в электромобилях используются разные типы двигателей. В прошлом для этой цели широко использовались двигатели серии постоянного тока. В наши дни бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) или синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) используются вместе с асинхронными двигателями. Двигатели даже используются в бытовой технике, такой как кофемолки, миксеры, блендеры, электрические зубные щетки и т. д. Другими распространенными областями применения являются компрессоры, корабли и лифты. В следующем разделе всесторонне представлены электродвигатели Tesla EV.

Tesla как пионер в области электромобилей использует различные типы электродвигателей для достижения более высокой эффективности и удовлетворения потребностей пользователей. Асинхронные двигатели в основном используются в электромобилях, но Tesla представляет новый двигатель для своих новых моделей. В этой статье определены принципы работы асинхронного двигателя, в котором ротор с короткозамкнутым ротором и статор подключены к источнику переменного напряжения. Поскольку основным источником энергии в электромобилях являются батареи, постоянное напряжение батареи преобразуется в переменное напряжение для питания асинхронного двигателя. Асинхронные двигатели эффективны, но от трех до четырех процентов энергии теряется в стержнях несущего винта при длительном движении на крейсерской скорости. Еще один параметр — пусковой крутящий момент, который необходимо повышать в электромобилях. Следовательно, двигатель должен быть улучшен, исходя из этой потребности. Ротор с короткозамкнутым ротором можно заменить постоянным магнитом вокруг сплошного железного цилиндра для создания постоянного магнитного поля в воздушном зазоре. Эта конструкция устраняет потери ротора в предыдущих двигателях, поскольку не требуется индуктивного тока, что повышает эффективность двигателя, и, кроме того, он имеет лучший пусковой момент по сравнению с асинхронным двигателем. Кроме того, ротор с постоянными магнитами работает как синхронный двигатель из-за постоянного магнитного поля, которое позволяет двигателю вращаться с синхронной скоростью. Однако двигатели с постоянными магнитами имеют некоторые ограничения. Они не могут работать на высокой скорости, потому что постоянный магнит создает противо-ЭДС в обмотках статора и значительно снижает его производительность. Кроме того, сильные магниты приводят к потерям магнитных вихревых токов, что увеличивает нагрев двигателя. Для повышения производительности в электромобилях могут использоваться синхронные реактивные двигатели. В этом типе двигателя внутри ротора созданы пазы. Поскольку ротор стремится к низкому магнитному сопротивлению, он сохраняет свое положение с низким магнитным сопротивлением и вращается вместе с магнитным полем. Эта конструкция приемлема для высокоскоростных приложений и не имеет обратной ЭДС. Новейший тип двигателя, который Tesla использует в своих электромобилях, представляет собой комбинацию двигателей с постоянными магнитами и реактивных двигателей, размещая их в слотах реактивных двигателей. Таким образом, двигатель может эффективно работать на любой скорости.

Основы электродвигателей

Основы электродвигателей

Основы http://tristate.apogee.net/mnd/mfunmen.asp

Между моторами и двигателями есть небольшая, но важная разница. Ан
двигатель представляет собой устройство, которое преобразует химическую энергию в виде бензина,
дизельного топлива или природного газа, к вращающейся механической энергии. Электродвигатель – это
устройство, преобразующее электрическую энергию от источника питания во вращающуюся
механическая энергия.

Многие устройства, работающие по принципу вращения, такие как вентиляторы, насосы,
конвейеры и электроинструменты в основном используют электродвигатели. Такой электрический
двигатели играют важную роль во многих современных высокопроизводительных отраслях промышленности,
также способствуя повышению качества жизни в офисах и домах.

В Соединенных Штатах от 50 до 60 процентов всей энергии, продаваемой электрическими
коммунальные услуги используются для питания электродвигателей, которые на самом деле генерируют больше
вращающейся механической энергии, чем все легковые автомобили в США вместе взятые.
Понимание электродвигателей жизненно важно для анализа энергопотребления
и изменение производства таким образом, чтобы экономить энергию и деньги.

Магнетизм

Магнетизм — это сила, которая создает вращение для работы двигателя.
полюса постоянного магнита соединены магнитными силовыми линиями.
принцип магнетизма гласит, что разные полюса притягиваются друг к другу
при этом подобные полюса отталкиваются. По этому принципу работают двигатели переменного тока.

Когда два стержневых магнита находятся в непосредственной близости друг от друга, возникающее притяжение и
отталкивание создает силу. Магнит слева неподвижен и не может двигаться.
Тот, что справа, свободно вращается и вращается. Как «северный» полюс
вращающийся магнит удаляется от одноименного полюса неподвижного магнита,
«Южный» полюс вращающегося магнита притягивается к противоположному полюсу
неподвижный магнит. Так как разные полюса притягиваются, вращающийся магнит вращается
пока полюса «N» и «S» не сойдутся. Когда это происходит, оба магнита
удовлетворены, и никаких дальнейших действий не произойдет.

Как работают электродвигатели

Электродвигатели работают на принципе магнетизма; где как столбы
отталкиваются, а в отличие от полюсов притягиваются.

В простом двигателе свободно вращающийся постоянный магнит установлен между
штыри электромагнита. Поскольку магнитные силы плохо распространяются по воздуху,
электромагнит имеет металлические башмаки, которые плотно прилегают к полюсам постоянного
магнит. Это создает более сильное и стабильное магнитное поле. (Электромагнит
работает как статор, а свободно вращающийся магнит — как ротор.) Колебания
полярность электромагнита заставляет свободно вращающийся магнит вращаться.
полюса меняются путем переключения направления тока в
электромагнит.

Направление тока можно изменить одним из двух способов. В DC
двигателя, необходимо поменять местами соединения на аккумуляторе. переменный ток колеблется на
свой собственный.

Статор в двигателе переменного тока представляет собой проволочную катушку, называемую обмоткой статора. Он построен
в двигатель. Когда эта катушка питается от сети переменного тока, вращающийся магнитный
поле производится.

Когда магнитное поле приближается к проводу, оно производит электрический ток
в том проводе. Это называется индукцией. В асинхронных двигателях индуктивное
магнитное поле обмотки статора индуцирует ток в роторе. Этот
индуцированный ток ротора создает второе магнитное поле, необходимое для ротора
повернуть.

Асинхронные двигатели оснащены беличьими роторами, которые напоминают
Колеса для упражнений часто ассоциируются с домашними грызунами, такими как песчанки. Несколько металлических
стержни размещены внутри торцевых колец по цилиндрической схеме. Потому что бары
соединенные друг с другом этими концевыми кольцами, внутри образуется замкнутая цепь.
ротор.

Рассмотрим крупный план двухполюсного статора и одного из его роторных стержней.
Переменный ток, протекающий в статоре, вызывает быструю смену полюсов,
с севера на юг и обратно. Если ротору дать вращение, стержни разрезаются
силовые линии статора. Это вызывает протекание тока в стержне ротора. Этот
поток тока приводит магнитные силовые линии в круговое движение вокруг ротора
бары. Силовые линии ротора, движущиеся в том же направлении, что и
статор, добавить к магнитному полю и ротор продолжает вращаться.

Электромагнетизм

Как работают электромагниты

Электромагниты похожи на постоянные магниты, но производят намного сильнее.
магнитные поля. Электродвигателям требуется эта дополнительная мощность.

Чтобы сделать электромагнит, железный стержень обматывают изолированной проволокой. Стержень
называется «ядром».

Электрический ток протекает по проводу, когда он подключен к батарее.
Этот ток намагничивает железный сердечник. После намагничивания сердечник имеет обе буквы «N».
и S-образные полюса. Полюса электромагнита можно поменять местами, изменив
направление течения тока.

Когда один или оба конца провода на аккумуляторе
отключается, ток прекращается, и сердечник теряет свой магнетизм.

Переменный ток меняет направление сам по себе, вызывая смешение полюсов.
электромагнит для переключения.

http://tristate.apogee.net/mnd/mfunmen.asp

Электродвигатели и генераторы

Электродвигатели, генераторы, генераторы переменного тока и громкоговорители объясняются с помощью анимации и схем.
Это ресурсная страница от Physclips, многоуровневое мультимедийное введение в физику (скачайте анимацию на этой странице).

Схемы и работа различных типов
двигателя
- Двигатели постоянного тока
- Двигатели и генераторы
- Генераторы
- ЭДС противодействия
- Универсальные двигатели
- Соберите простой двигатель
- Двигатели переменного тока (синхронные и шаговые двигатели)
- Асинхронные двигатели
- Электродвигатели с короткозамкнутым ротором
- Трехфазные асинхронные двигатели
- Линейные двигатели
- Униполярные двигатели и генераторы (отдельная страница).
Громкоговорители
Трансформаторы
Генераторы переменного и постоянного тока
Некоторые веб-ресурсы

Схемы, показанные здесь, идеализированы, чтобы сделать принципы очевидными.
Например, анимация справа имеет только одну проволочную петлю, без подшипников и очень простую
геометрия. В реальных двигателях используются те же принципы, но их геометрия
обычно сложно. Если вы уже понимаете основные принципы
различных типов двигателей, вы можете сразу перейти к
более сложные и тонкие случаи, описанные в разделе Как
работают настоящие электродвигатели, профессор Джон Стори.

Двигатели постоянного тока

Простой двигатель постоянного тока имеет катушку с проволокой, которая может вращаться в магнитном поле.
ток в катушке подается через две щетки, контактирующие с подвижным контактом.
разрезное кольцо. Катушка находится в постоянном магнитном поле. Приложенные силы
на токоведущих проводах создают вращающий момент на катушке.

Сила F, действующая на провод длиной L, по которому течет ток i в магнитном поле
B равно iLB, умноженному на синус угла между B и i, который будет равен 9.0°, если
поле было равномерно вертикальным. Направление F исходит справа
ручное правило*, как показано здесь. Две показанные здесь силы равны и противоположны друг другу.
но они смещены по вертикали, поэтому они создают крутящий момент. (Силы на
две другие стороны катушки действуют вдоль одной и той же линии и поэтому не создают крутящего момента.)

2425924 DL

242425 DL

24242425924. Это происхождение диаграммы, показанной здесь.

Катушку также можно рассматривать как магнитный диполь или маленький электромагнит,
как указано стрелкой SN: согните пальцы правой руки в
направление течения, а ваш большой палец — это северный полюс. В эскизе
справа изображен электромагнит, образованный катушкой ротора.
как постоянный магнит, и тот же крутящий момент (Север притягивает Юг) виден
быть тем, что действует для выравнивания центрального магнита.

Повсюду мы используем синий цвет для Северного полюса и красный цвет для Южного. Это просто условность, чтобы прояснить ориентацию: нет разницы в материале на обоих концах магнита, и они обычно не окрашены в разные цвета.

Обратите внимание на влияние щеток на разрезное кольцо . Когда
плоскость вращающейся катушки станет горизонтальной, щетки разорвут контакт
(потеряно немного, потому что это и так точка нулевого крутящего момента – силы
действовать внутрь). Угловой момент катушки уносит ее мимо этого разрыва.
точка, и ток затем течет в противоположном направлении, которое меняет направление
магнитный диполь. Итак, после прохождения точки останова ротор продолжает
поворачиваться против часовой стрелки и начинает выравниваться в противоположном направлении. в
В следующем тексте я буду в основном использовать картинку «крутящий момент на магните», но
имейте в виду, что использование щеток или переменного тока может привести к тому, что полюса
рассматриваемый электромагнит меняет положение, когда ток меняет направление.

Крутящий момент, создаваемый за цикл, зависит от вертикального разделения
две силы. Следовательно, она зависит от синуса угла между
оси катушки и поля. Однако из-за разъемного кольца всегда
в том же смысле. Анимация ниже показывает его изменение во времени, и вы
может остановить его на любом этапе и проверить направление, прикладывая правую руку
правило.

Двигатели и генераторы

Теперь двигатель постоянного тока также является генератором постоянного тока. Посмотрите следующую анимацию.
катушка, разрезное кольцо, щетки и магнит точно такое же оборудование, как и двигатель
выше, но катушка вращается, что создает ЭДС.

Если вы используете механическую энергию для вращения катушки (N витков, площадь A) с равномерной
угловая скорость ω в магнитном поле B ,
в катушке возникает синусоидальная ЭДС. ЭДС (ЭДС или электродвижущая сила — это почти то же самое, что и напряжение). Пусть θ будет
угол между B и нормаль к катушке, поэтому магнитный поток φ равен
NAB.cos θ. Закон Фарадея дает:

Анимация выше будет называться генератором постоянного тока. Как и в двигателе постоянного тока,
концы катушки соединяются с разъемным кольцом, две половины которого соприкасаются
по кистям. Обратите внимание, что щетки и разрезное кольцо «выпрямляют» создаваемую ЭДС:
контакты организованы так, что ток всегда будет течь в одном и том же
направлении, потому что когда катушка поворачивается мимо мертвой точки, где щетки
встречаются зазор в кольце, соединения между концами катушки и
внешние клеммы перепутаны. ЭДС здесь (без учета мертвой зоны, которая обычно возникает при нуле вольт) равна
|NBAω sin ωt|,
как нарисовано.

Генератор

Если мы хотим AC, нам не нужна повторная проверка, поэтому нам не нужны разрезные кольца. (Этот
это хорошая новость, потому что разрезные кольца вызывают искры, озон, радиопомехи и дополнительный износ. Если хочешь
постоянного тока, часто лучше использовать генератор переменного тока и выпрямлять диодами.)

В следующей анимации две щетки касаются двух непрерывных колец, поэтому
две внешние клеммы всегда подключены к одним и тем же концам катушки.
Результатом является невыпрямленная синусоидальная ЭДС, определяемая NBAω sin ωt,
который показан в следующей анимации.

Это генератор переменного тока. Преимущества переменного и постоянного тока
генераторы сравниваются в разделе ниже. Мы видели выше, что двигатель постоянного тока
также является генератором постоянного тока.

Точно так же генератор переменного тока также является двигателем переменного тока. Однако,
это довольно негибкий. (Смотри как
настоящие электродвигатели работают для более подробной информации.)

Обратная ЭДС

Теперь, как показывают первые две анимации, двигатели постоянного тока и генераторы могут быть
то же самое. Например, двигатели поездов становятся генераторами, когда поезд
замедляется: они преобразуют кинетическую энергию в электрическую и помещают
питание обратно в сеть. В последнее время некоторые производители начали выпускать легковые автомобили.
рационально. В таких автомобилях электродвигатели, используемые для привода автомобиля, также
используется для зарядки аккумуляторов при остановке автомобиля — это называется регенеративным
торможение.

Вот интересное следствие. Каждый двигатель является генератором . Это
правда, в некотором смысле, даже когда он функционирует как двигатель. ЭДС этого двигателя
генерирует называется обратной ЭДС . Противо-ЭДС увеличивается с
скорость по закону Фарадея. Так что, если двигатель без нагрузки, он крутится очень
быстро и разгоняется до противо-ЭДС, плюс падение напряжения из-за потерь,
равно напряжению питания. Обратную ЭДС можно рассматривать как «регулятор»:
он останавливает бесконечно быстрое вращение двигателя (тем самым избавляя физиков от некоторого смущения). Когда двигатель загружен, то
фаза напряжения становится ближе к фазе тока (начинает
выглядеть резистивным), и это кажущееся сопротивление дает напряжение. Итак, спина
ЭДС необходима меньше, и двигатель вращается медленнее. (Чтобы добавить заднюю
ЭДС, которая индуктивная, к резистивной составляющей нужно добавить напряжения
которые не совпадают по фазе. См. AC
схемы.)

Катушки обычно имеют сердечники

На практике (и в отличие от нарисованных нами схем) генераторы и постоянный ток
двигатели часто имеют сердечник с высокой проницаемостью внутри катушки, так что большой
магнитные поля создаются небольшими токами. Это показано слева на
рисунок ниже, на котором статора (магниты стационарные)
являются постоянными магнитами.

Универсальные двигатели

Магниты статора также могут быть выполнены в виде электромагнитов, как показано выше.
справа. Два статора намотаны в одном направлении, чтобы дать
поле в том же направлении, а ротор имеет поле, которое дважды меняет направление
за цикл, потому что он связан со щетками, которые здесь не показаны. Один
Преимущество обмотки статора в двигателе состоит в том, что можно сделать двигатель
который работает на переменном или постоянном токе, так называемый универсальный двигатель . Когда вы едете
такой двигатель с переменным током, ток в катушке изменяется дважды в каждом цикле
(помимо изменений со щеток), но полярность статоров
изменяется одновременно, поэтому эти изменения компенсируются. (К сожалению, кисти все же есть, хоть я и спрятал их в этом наброске. ) За достоинства и
недостатки постоянного магнита по сравнению со статором с обмоткой см. ниже.
Также см. больше
на универсальных двигателях.

Соберите простой мотор

Чтобы построить этот простой, но странный двигатель, вам понадобятся два довольно сильных магнита.
(подойдут редкоземельные магниты диаметром около 10 мм, как и стержень большего размера).
магниты), немного жесткой медной проволоки (не менее 50 см), два провода с крокодилом
зажимы на обоих концах, шестивольтовая батарея для фонаря, две банки из-под безалкогольных напитков, два блока
дерева, клейкой ленты и острого гвоздя.

Сделайте катушку из жесткой медной проволоки, чтобы не требовалось никаких внешних
поддерживать. Намотайте от 5 до 20 витков по кругу диаметром около 20 мм и
два конца направлены радиально наружу в противоположных направлениях. Эти концы будут
быть и осью, и контактами. Если провод имеет лаковую или пластиковую изоляцию,
обрежьте его на концах.

Опоры оси могут быть изготовлены из алюминия, поэтому
чтобы они вступали в электрический контакт. Например, сделать дырки в безалкогольном напитке.
банки с гвоздем, как показано на рисунке. Расположите два магнита с севера на юг,
так что магнитное поле проходит через катушку под прямым углом к
оси. Приклейте или приклейте магниты к деревянным брускам (не показаны).
на схеме), чтобы держать их на нужной высоте, затем переместите блоки
поставить их в положение, довольно близко к катушке. Сначала поверните катушку
так что магнитный поток через катушку равен нулю, как показано на схеме.

Теперь возьмите аккумулятор и два провода с зажимами типа «крокодил». Соединять
две клеммы аккумулятора к двум металлическим опорам для
катушка и она должна крутиться.

Обратите внимание, что у этого двигателя есть по крайней мере одна «мертвая зона»: он часто останавливается
в положении, когда на катушке нет крутящего момента. Не уходи
это слишком долго: это быстро разрядит батарею.

Оптимальное количество витков в катушке зависит от внутренней
сопротивление аккумулятора, качество опорных контактов и
тип провода, поэтому следует поэкспериментировать с разными значениями.

Как было сказано выше, это тоже генератор, но очень
неэффективный. Чтобы сделать большую ЭДС, используйте больше витков (может понадобиться
использовать более тонкую проволоку и рамку, на которую ее можно намотать.) Вы можете использовать
например, электрическая дрель, чтобы быстро повернуть ее, как показано на рисунке выше.
С помощью осциллографа посмотрите на генерируемую ЭДС. Это переменный или постоянный ток?

В этом двигателе нет разрезного кольца, так почему
на ДК работает? Проще говоря, если бы он был точно симметричным, он бы не работал. Однако, если ток в одном полупериоде немного меньше, чем в другом, то средний крутящий момент не будет равен нулю, и, поскольку он вращается достаточно быстро, угловой момент, приобретенный в течение полупериода с большим током, переносит его через полупериод, когда крутящий момент направлен в противоположную сторону. По крайней мере, два эффекта могут вызвать асимметрию. Даже если провода идеально зачищены и провода чистые, контактное сопротивление вряд ли будет точно равным даже в состоянии покоя. Кроме того, само вращение вызывает прерывистый контакт, поэтому, если во время одной фазы происходят более длительные отскоки, этой асимметрии достаточно. В принципе, можно было бы частично зачистить провода таким образом, чтобы за один полупериод ток был равен нулю.

Альтернативная версия простого двигателя от Джеймса.
Тейлор.

Еще более простой двигатель (тот, который также намного проще для понимания!) является униполярным двигателем.

Двигатели переменного тока

С переменным током мы можем изменить направление поля без использования щеток.
Это хорошая новость, потому что мы можем избежать дугового разряда, образования озона и
омические потери энергии, которые могут повлечь за собой щетки. Далее, поскольку щетки
соприкасаются между движущимися поверхностями, они изнашиваются.

Первое, что нужно сделать в двигателе переменного тока, это создать вращающееся поле. ‘Обычный’
Переменный ток от 2- или 3-контактной розетки является однофазным переменным током — он имеет одну синусоидальную форму.
разность потенциалов возникает только между двумя проводами — активным и нейтральным.
(Обратите внимание, что провод заземления не пропускает ток, за исключением случаев
электрические неисправности.) С однофазным переменным током можно создать вращающееся поле
путем создания двух токов, которые не совпадают по фазе, с использованием, например, конденсатора.
В показанном примере два тока равны 90° не по фазе, поэтому вертикальная
составляющая магнитного поля синусоидальная, а горизонтальная — косусоидальная,
как показано. Это дает поле, вращающееся против часовой стрелки.

(* Меня попросили объяснить это: от простого переменного тока
теории, ни катушки, ни конденсаторы не имеют напряжения в фазе с
электрический ток. В конденсаторе напряжение максимально, когда заряд
закончил течь на конденсатор, и вот-вот начнет течь.
Таким образом, напряжение отстает от тока. В чисто индуктивной катушке
падение напряжения наибольшее, когда ток изменяется наиболее быстро, что
также, когда ток равен нулю. Напряжение (падение) опережает ток.
В моторных катушках фазовый угол меньше 90, потому что электрический
энергия превращается в механическую).

В этой анимации графики показывают изменение токов во времени
в вертикальных и горизонтальных катушках. График компонентов поля B _x и
B _y показывает, что векторная сумма этих двух полей представляет собой вращающуюся
поле. На основном рисунке показано вращающееся поле. Он также показывает полярность
магнитов: как и выше, синий представляет северный полюс, а красный — южный полюс.

Если мы поместим постоянный магнит в эту область вращающегося поля, или если мы поместим
в катушке, ток которой всегда течет в одном и том же направлении, то это становится
синхронный двигатель . В широком диапазоне условий двигатель будет
вращаться со скоростью магнитного поля. Если у нас много статоров, вместо
только двух пар, показанных здесь, мы могли бы рассматривать его как шаговый двигатель.
двигатель: каждый импульс перемещает ротор к следующей паре задействованных полюсов.
Пожалуйста, помните мое предупреждение об идеализированной геометрии: настоящие шаговые двигатели
иметь десятки полюсов и довольно сложную геометрию!

Асинхронные двигатели

Теперь, поскольку у нас есть переменное во времени магнитное поле, мы можем использовать ЭДС индукции
в катушке — или даже просто вихревые токи в проводнике — чтобы ротор
магнит. Правильно, если у вас есть вращающееся магнитное поле, вы можете просто
вставьте проводник и он крутится. Это дает несколько преимуществ
асинхронные двигатели : отсутствие щеток или коллектора означает простоту изготовления, отсутствие
износа, отсутствия искр, образования озона и связанных с этим потерь энергии.
с ними. Слева внизу показана схема асинхронного двигателя. (Для фотографий
настоящие асинхронные двигатели и более подробную информацию см. в разделе Индукция
моторы.)

Ваш браузер не поддерживает видео тег.

Анимация справа представляет двигатель с короткозамкнутым ротором . Белка
Клетка имеет (во всяком случае, в этой упрощенной геометрии!) два круглых проводника, соединенных
несколькими прямыми стержнями. Любые два стержня и соединяющие их дуги образуют
катушка — как показано синими черточками на анимации. (Только два из
для простоты показано много возможных схем.)

На этой схеме показано, почему их можно назвать двигателями с короткозамкнутым ротором.
Реальность другая: фотографии и подробности см. в разделе «Индукция».
моторы. Показана проблема с асинхронным двигателем и двигателем с короткозамкнутым ротором.
в этой анимации то, что конденсаторы высокой стоимости и высокого номинального напряжения
дорогие. Одним из решений является двигатель с экранированными полюсами, но его вращение
поле имеет некоторые направления, где крутящий момент мал, и имеет тенденцию
бежать назад при некоторых условиях. Самый простой способ избежать этого
использовать многофазные двигатели.

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока

Однофазный используется в бытовых целях для маломощных приложений, но
у него есть некоторые недостатки. Во-первых, он выключается 100 раз в секунду (вы не
обратите внимание, что флуоресцентные лампы мерцают с такой скоростью, потому что ваши глаза
слишком медленные: даже 25 кадров в секунду на телевизоре достаточно быстро, чтобы дать
иллюзию непрерывного движения.) Во-вторых, это делает его неудобным
для создания вращающихся магнитных полей. По этой причине некоторая большая мощность (несколько
кВт) для бытовых устройств может потребоваться трехфазная установка. Промышленное применение
широко используйте трехфазный двигатель, а трехфазный асинхронный двигатель является стандартным
рабочая лошадка для приложений высокой мощности. Три провода (не считая земли)
несут три возможные разности потенциалов, которые не совпадают по фазе с каждым
другой на 120°, как показано на анимации ниже. Таким образом, три статора дают плавный
вращающееся поле. (Посмотри это
ссылка для получения дополнительной информации о трехфазном питании.)

Если в такой набор статоров поместить постоянный магнит, он станет синхронным.
трехфазный двигатель . На анимации показана беличья клетка, в которой для
простота показана только одна из многих петель индуцированного тока. Без
механической нагрузки, он вращается практически синхронно с вращающимся полем.
Ротор не обязательно должен быть беличьей клеткой: на самом деле любой проводник, который
переносимые вихревые токи будут вращаться, стремясь следовать за вращающимся полем.
Эта договоренность может дать асинхронный двигатель с высокой эффективностью,
высокая мощность и высокий крутящий момент в диапазоне скоростей вращения.

Линейные двигатели

Набор катушек можно использовать для создания магнитного поля, которое перемещается, а не
чем вращается. Пара катушек на анимации ниже пульсирует от
слева направо, поэтому область магнитного поля движется слева направо. А
постоянный или электромагнит будет стремиться следовать за полем. Так бы и простой
пластина из проводящего материала, поскольку в ней индуцируются вихревые токи (не показаны)
содержат электромагнит. В качестве альтернативы мы могли бы сказать, что из теории Фарадея
Согласно закону, в металлической пластине всегда индуцируется ЭДС, препятствующая любым изменениям.
в магнитном потоке, а силы на токи, движимые этой ЭДС, удерживают
поток в плите почти постоянный. (Вихревые токи на этой анимации не показаны.)

В качестве альтернативы мы могли бы иметь наборы активных катушек в подвижной части,
и вызвать вихревые токи в рельсе. В любом случае мы получаем линейный двигатель,
что было бы полезно, скажем, для поездов на магнитной подвеске. (В анимации геометрия
как обычно на этом сайте, сильно идеализирован, и только один вихревой ток
показан.)

Некоторые примечания о двигателях переменного и постоянного тока для мощных приложений

Двигатели переменного тока используются для приложений высокой мощности, когда это возможно. Три
фазные асинхронные двигатели переменного тока широко используются для приложений большой мощности, в том числе
тяжелая промышленность. Однако такие двигатели непригодны, если нет многофазности, т. к.
или трудно доставить. Электрички тому пример: проще строить
линии электропередач и пантографы, если нужен только один активный проводник, так что это
обычно имеет постоянный ток, и многие двигатели поездов работают на постоянном токе. Однако из-за недостатков
постоянного тока для высокой мощности, более современные поезда преобразуют постоянный ток в переменный, а затем запускают
трехфазные двигатели.

Однофазные асинхронные двигатели имеют проблемы с приложениями, объединяющими
высокая мощность и гибкие условия нагрузки. Проблема заключается в производстве
вращающееся поле. Конденсатор можно использовать, чтобы поместить ток в один набор
катушки впереди, но высокая стоимость, высоковольтные конденсаторы дороги. Затененный
вместо них используются полюса, но при некоторых углах крутящий момент невелик. Если человек не может
создают плавно вращающееся поле, и если груз «проскальзывает» далеко за
поле, то крутящий момент падает или даже меняется на противоположное.

В электроинструментах и некоторых бытовых приборах используются щеточные двигатели переменного тока. Кисти представляют
потери (плюс искрение и образование озона). Полярность статора изменена
100 раз в секунду. Даже если материал сердечника выбран для минимизации гистерезиса
потери («железные потери»), это способствует неэффективности и возможности
перегрева. Эти моторы можно назвать «универсальными».
двигатели, потому что они могут работать на постоянном токе. Это решение дешевое, но грубое
и неэффективно. Для приложений с относительно низким энергопотреблением, таких как электроинструменты,
неэффективность обычно не имеет экономического значения.

Если доступен только однофазный переменный ток, можно выпрямить переменный ток и использовать
Двигатель постоянного тока. Раньше сильноточные выпрямители были дорогими, но сейчас
менее дорогие и более широко используемые. Если вы уверены, что понимаете
принципы, пришло время перейти к Как
настоящие электродвигатели работы Джона Стори. Или же продолжить здесь, чтобы найти
про громкоговорители и трансформаторы.

Громкоговорители

Громкоговоритель представляет собой линейный двигатель с небольшим диапазоном. Он имеет одно движение
катушка, которая постоянно, но гибко подключена к источнику напряжения, поэтому
нет кистей.

катушка движется в поле постоянного магнита, который обычно имеет форму
для создания максимальной силы на катушке. Подвижная катушка не имеет сердечника, поэтому
его масса мала, и его можно быстро разогнать, что позволяет
частотное движение. В громкоговорителе катушка прикреплена к легкому грузу.
бумажный конус, который поддерживается на внутреннем и внешнем краях круглыми,
гофрированные бумажные «пружины». На фотографии ниже динамик находится за пределами
нормальный верхний предел его перемещения, поэтому катушка видна над
магнитные полюса.

Для низкочастотного звука с большой длиной волны нужны большие конусы.
Показанный ниже динамик имеет диаметр 380 мм. Динамики, предназначенные для
низкие частоты называются вуферами. Они имеют большую массу и
поэтому трудно быстро ускориться для высокочастотных звуков.
На фотографии ниже часть вырезана, чтобы показать
внутренние компоненты.

ВЧ-динамики — громкоговорители, предназначенные для высоких частот — могут быть только
динамики аналогичной конструкции, но с небольшими диффузорами и катушками малой массы.
В качестве альтернативы они могут использовать пьезоэлектрические кристаллы для перемещения конуса.

Динамики представляют собой линейные двигатели со скромным диапазоном — возможно, десятки
мм. Подобные линейные двигатели, хотя, конечно, без бумажного конуса, часто
используется для радиального перемещения считывающей и записывающей головок на дисководе.

Громкоговорители в качестве микрофонов

На картинке выше вы можете видеть, что картонная диафрагма (диффузор громкоговорителя) соединена с катушкой провода в магнитном поле. Если звуковая волна перемещает диафрагму, катушка будет двигаться в поле, генерируя напряжение. Это принцип динамического микрофона, хотя в большинстве микрофонов диафрагма гораздо меньше, чем диффузор громкоговорителя. Итак, громкоговоритель должен работать как микрофон. Это хороший проект: все, что вам нужно, это громкоговоритель и два провода, чтобы подключить его к входу осциллографа или микрофонному входу вашего компьютера. Два вопроса: как вы думаете, что масса конуса и катушки повлияет на частотную характеристику? Как насчет длины волны звуков, которые вы используете?

Внимание: настоящие моторы сложнее

Эскизы двигателей были схематичными, чтобы показать принципы.
Пожалуйста, не сердитесь, если, когда вы разбираете двигатель, он выглядит более
сложный! (Смотри как
работают настоящие электродвигатели. ) Например, типичный двигатель постоянного тока
вероятно, будет иметь много отдельно намотанных катушек для создания более плавного крутящего момента:
всегда есть одна катушка, для которой синусоидальный член близок к единице.
Это показано ниже для двигателя с обмоткой статора (вверху) и
постоянные статоры (ниже).

Трансформаторы

На фотографии изображен трансформатор, предназначенный для демонстрационных целей:
первичная и вторичная катушки четко разделены и могут быть удалены
и заменяется подъемом верхней секции сердечника. Для наших целей обратите внимание
что в левой катушке меньше витков, чем в правой (вставки
показать крупный план).

На схеме и схеме показан повышающий трансформатор. Чтобы сделать понижающий трансформатор,
нужно только поставить источник справа, а нагрузку слева. ( Важно
примечание по технике безопасности : для настоящего трансформатора вы можете «подключить его только задом наперёд».

только после проверки соответствия номинального напряжения.) Итак, как
трансформатор работает?

Сердечник (заштрихован) имеет высокую магнитную проницаемость, т.е. материал, образующий
магнитное поле гораздо легче, чем свободное пространство, из-за ориентации
атомных диполей. (На фотографии сердечник — ламинированное мягкое железо.)
В результате поле концентрируется внутри ядра и почти
никакие силовые линии не выходят из ядра. Если следует, что магнитные потоки φ через
первичный и вторичный примерно равны, как показано. От Фарадея
закона, ЭДС в каждом витке, будь то в первичной или вторичной обмотке, равна −dφ/dt.
Если пренебречь сопротивлением и другими потерями в трансформаторе, вывод
напряжение равно ЭДС. Для N _р витков первички, это
дает

Для N _s витков вторичной обмотки это дает

_с

Разделение этих уравнений дает уравнение трансформатора

где r — коэффициент поворота. Что с текущим? Если пренебречь потерями в
трансформатора (см. раздел об эффективности ниже), и если мы предположим, что
напряжение и ток имеют одинаковые фазовые соотношения в первичной и
вторично, то из закона сохранения энергии мы можем написать в стационарном состоянии:

Так что ничего даром не получишь: повышаешь напряжение — уменьшаешь
ток (как минимум) на тот же коэффициент. Обратите внимание, что на фотографии
катушка с большим количеством витков имеет более тонкий провод, потому что она рассчитана на меньшее количество витков.
ток, чем тот, с меньшим количеством витков.

В некоторых случаях целью упражнения является уменьшение силы тока. В силе
линиях электропередач, например, мощность, теряемая при нагреве проводов из-за
к их ненулевому сопротивлению пропорционально квадрату тока.
Таким образом, при передаче электроэнергии от электростанции экономится много энергии.
в город на очень высоком напряжении, так что токи только скромные.

Наконец, и снова предполагая, что трансформатор идеален, давайте спросим, что
резистор во вторичной цепи «похож» на первичную цепь.
В первичном контуре:

R/r ² называется отраженным сопротивлением . при условии, что
частота не слишком высока, и при условии наличия сопротивления нагрузки (условия
обычно встречается в практических трансформаторах), индуктивное сопротивление первичной
намного меньше, чем это отраженное сопротивление, поэтому первичная цепь ведет себя
как если бы источник управлял резистором со значением R/r ² .

Эффективность трансформаторов

На практике настоящие трансформаторы имеют КПД менее 100%.

Во-первых, в катушках имеются резистивные потери (мощность потерь I ² .r).
Для данного материала сопротивление катушек можно уменьшить, сделав
их сечение велико. Удельное сопротивление также можно уменьшить, используя
медь высокой чистоты. (См. дрейф
скорость и закон Ома.)
Во-вторых, в сердечнике есть потери на вихревые токи. Это может быть
уменьшается за счет ламинирования сердцевины. Ламинирование уменьшает площадь контуров
в сердечнике, а так уменьшить ЭДС Фарадея, а так ток протекающий
в ядре, и поэтому энергия при этом теряется.
В-третьих, в сердечнике есть гистерезисные потери. намагниченность и
кривые размагничивания для магнитных материалов часто немного отличаются
(гистерезис или зависимость от истории), а это означает, что энергия, необходимая
намагнитить сердечник (пока ток растет) не совсем
восстанавливается при размагничивании. Разница в энергии теряется в виде тепла
в ядре.
Наконец, геометрический дизайн, а также материал сердцевины могут
быть оптимизирована для обеспечения того, чтобы магнитный поток в каждой катушке вторичной обмотки
примерно такой же, как и в каждой обмотке первичной обмотки.

Подробнее о трансформаторах: генераторы переменного и постоянного тока

Трансформаторы работают только от переменного тока, что является одним из больших преимуществ переменного тока. Трансформеры
позволяют снизить напряжение 240 В до удобного уровня для цифровой электроники
(всего несколько вольт) или для других маломощных приложений (обычно 12 В). Трансформеры
повышайте напряжение для передачи, как упоминалось выше, и понижайте для безопасного
распределение. Без трансформаторов потери электроэнергии в распределении
сети, и без того высокие, были бы огромными. Возможно преобразование напряжения
на постоянном токе, но сложнее, чем на переменном токе. Кроме того, такие преобразования часто
неэффективно и/или дорого. Преимущество переменного тока в том, что его можно использовать
на двигателях переменного тока, которые обычно предпочтительнее двигателей постоянного тока для приложений с высокой мощностью.

Другие ресурсы от нас

Как
настоящие электродвигатели работы Джона Стори. На этом сайте много фотографий
реальных моторов и обсуждение их сложностей, преимуществ и
недостатки.
Physclips – волны и звук. Это наш новый проект, который начинается с главы о колебаниях.
Электричество и магнетизм в теории относительности Эйнштейна

Часто задаваемые вопросы для средней школы
физика. Первоначально созданный для учителей и учащихся, использующих New
Программа Южного Уэльса.
Доска вопросов и ответов для
задачи по физике в средней школе. Первоначально созданный для учителей и
студенты, использующие программу Нового Южного Уэльса.
Основной сайт AC.
RC фильтры,
интеграторы и дифференциаторы.
ЖК-резонанс.
Мощность в цепях переменного тока,
среднеквадратичные значения.

Ссылка на Джо
образовательные страницы.

Некоторые внешние ссылки на веб-ресурсы по двигателям и генераторам

Гиперфизика:
Электродвигатели с сайта HyperPhysics в штате Джорджия. Отлично
сайт габаритный, а моторная секция идеально подходит для этой цели. Хороший
использование веб-графики. Использует двигатели постоянного, переменного и асинхронного тока и имеет обширный
ссылки
Громкоговорители..
Еще больше полезного от Гиперфизики штата Джорджия. Хорошая графика, хорошие пояснения
и ссылки. Этот громкоговоритель
сайт также включает вложения.
http://members.tripod.com/simplemotor/rsmotor.htm А
сайт с описанием двигателя, построенного студентами. Ссылки на другие двигатели, построенные компанией
тот же студент и ссылки тоже на сайты про моторы.
http://www.specamotor.com А
сайт, который сортирует двигатели от различных производителей в соответствии со спецификациями, введенными пользователем.

В чем разница между наличием постоянных магнитов?
и наличие электромагнитов в двигателе постоянного тока? Делает ли это его более эффективным или
более могущественный? Или просто дешевле?

Когда я получил этот вопрос на Высшем
Школьная доска объявлений по физике, я отправил ее Джону
Стори, который, будучи выдающимся астрономом, является строителем.
электромобилей. Вот его ответ:

В целом, для небольшого двигателя намного дешевле использовать постоянные магниты.
Материалы для постоянных магнитов продолжают совершенствоваться и стали настолько недорогими
что даже правительство иногда будет присылать вам бессмысленные магниты на холодильник
через пост. Постоянные магниты также более эффективны, потому что
тратится на создание магнитного поля. Так зачем вообще использовать раневое поле
Двигатель постоянного тока? Вот несколько причин:

Если вы строите действительно большой двигатель, вам нужен очень большой магнит и
в какой-то момент раневое поле может подешеветь, особенно если очень
сильное магнитное поле необходимо для создания большого крутящего момента. Имейте это в виду
если вы проектируете поезд. По этой причине большинство автомобилей имеют стартеры.
которые используют раневое поле (хотя в некоторых современных автомобилях сейчас используется постоянное
магнитные двигатели).
С постоянным магнитом магнитное поле имеет фиксированное значение (это
что значит «постоянный»!) Напомним, что крутящий момент, создаваемый двигателем
заданная геометрия равна произведению тока через якорь
и напряженность магнитного поля. С двигателем с раневым полем у вас есть
возможность изменения тока через поле и, следовательно, изменение
характеристики двигателя. Это открывает ряд интересных возможностей;
Вы включаете обмотку возбуждения последовательно с якорем, параллельно,
или кормить его из отдельно контролируемого источника? Пока достаточно
крутящий момент для преодоления нагрузки на двигатель, внутреннего трения и т. д.,
чем слабее магнитное поле, тем *быстрее* будет вращаться двигатель (при фиксированном
Напряжение). Сначала это может показаться странным, но это правда! Итак, если вы хотите
двигатель, который может создавать большой крутящий момент в состоянии покоя, но при этом вращаться до высоких
скорости, когда нагрузка низкая (как продвигается этот дизайн поезда?), возможно,
поле раны является ответом.
Posted inДвигатель
Навигация по записям
Previous Post Установка котлов подогрева двигателя: Установка котлов подогрева двигателя 220В в Иркутске. Цены на установку
Next Post Дизельный двигатель или бензиновый: Бензин или дизель — какой мотор лучше? — журнал За рулем
Copyright 2021 Негосударственное частное образовательное учреждение Учебный технический Центр «Светофор». Все права защищены