Was ist ein Stator für Elektromotoren? Elektromotor - das Funktionsprinzip eines Elektromotors

Ein Elektromotor ist ein elektrisches Gerät zum Umwandeln elektrische Energie ins mechanische. Heutzutage werden Elektromotoren in der Industrie weit verbreitet verwendet, um verschiedene Maschinen und Mechanismen anzutreiben. IN Haushalt sie sind eingebaut Waschmaschine, Kühlschrank, Entsafter, Küchenmaschine, Ventilatoren, Elektrorasierer usw. Elektromotoren setzen damit verbundene Geräte und Mechanismen in Bewegung.

In diesem Artikel werde ich über die gängigsten Arten und Funktionsprinzipien von AC-Elektromotoren sprechen, die in der Garage, im Haushalt oder in der Werkstatt weit verbreitet sind.

Wie ein Elektromotor funktioniert

Der Motor arbeitet effektbasiert 1821 von Michael Faraday entdeckt. Er machte die Entdeckung, dass bei der Interaktion elektrischer Strom Im Leiter und im Magneten kann eine kontinuierliche Rotation auftreten.

Wenn in einem einheitlichen Magnetfeld einfinden vertikale Position den Rahmen und leiten einen Strom durch, dann entsteht um den Leiter herum ein elektromagnetisches Feld, das mit den Polen der Magnete interagiert. Der Rahmen wird von einem abgestoßen und von dem anderen angezogen.

Dadurch dreht sich der Rahmen in eine horizontale Position, in der es keinen Aufprall gibt Magnetfeld zum Dirigenten. Damit die Drehung fortgesetzt wird, müssen Sie einen weiteren Rahmen in einem Winkel hinzufügen oder die Stromrichtung im Rahmen zum richtigen Zeitpunkt ändern.

In der Abbildung geschieht dies über zwei Halbringe, an die die Kontaktbleche der Batterie angrenzen. Als Ergebnis ändert sich nach einer halben Drehung die Polarität und die Drehung wird fortgesetzt.

Bei modernen Elektromotoren Anstelle von Permanentmagneten werden Induktoren oder Elektromagnete verwendet, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Wenn Sie einen Motor zerlegen, sehen Sie aufgewickelte Drahtspulen, die mit Isolierlack beschichtet sind. Diese Windungen sind ein Elektromagnet oder, wie sie auch genannt werden, eine Erregerwicklung.

Zuhause Permanentmagnete werden in batteriebetriebenem Kinderspielzeug verwendet.

In anderen stärker Motoren verwenden nur Elektromagnete oder Wicklungen. Der rotierende Teil mit ihnen wird als Rotor bezeichnet, und der feststehende Teil wird als Stator bezeichnet.

Arten von Elektromotoren

Heute gibt es eine ganze Reihe von Elektromotoren unterschiedlicher Bauart und Bauart. Sie können geteilt werden nach Netzteiltyp:

Wechselstrom Betrieb direkt am Netz.
Gleichstrom die mit Batterien, Batterien, Netzteilen oder anderen Gleichstromquellen betrieben werden.

Nach dem Prinzip der Arbeit:

Synchron, bei dem es Wicklungen auf dem Rotor und einen Bürstenmechanismus gibt, um ihnen elektrischen Strom zuzuführen.
Asynchron, der einfachste und gebräuchlichste Motortyp. Sie haben keine Bürsten und Wicklungen auf dem Rotor.

Ein Synchronmotor dreht sich synchron mit dem Magnetfeld, das ihn dreht, während sich bei einem Asynchronmotor der Rotor langsamer dreht als das rotierende Magnetfeld im Stator.

Das Funktionsprinzip und die Vorrichtung eines asynchronen Elektromotors

In einem asynchronen Paket Motor, Statorwicklungen werden verlegt (für 380 Volt gibt es 3 davon), die ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Ihre Anschlussenden sind an einem speziellen Klemmenblock herausgeführt. Die Wicklungen werden dank eines Lüfters gekühlt, der auf der Welle am Ende des Motors montiert ist.

Rotor, die fest mit der Welle verbunden sind, besteht aus Metallstäbe, die beidseitig geschlossen sind, weshalb man sie kurzgeschlossen nennt.
Dank dieser Konstruktion besteht keine Notwendigkeit für eine häufige periodische Wartung und den Austausch von Stromzufuhrbürsten, Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit werden stark erhöht.

Allgemein, Hauptursache des Scheiterns Asynchronmotor ist der Verschleiß der Lager, in denen sich die Welle dreht.

Arbeitsprinzip. Damit ein Asynchronmotor funktioniert, muss sich der Rotor langsamer drehen als das elektromagnetische Feld des Stators, wodurch im Rotor eine EMF induziert wird (ein elektrischer Strom entsteht). Hier wichtiger Zustand, wenn sich der Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Magnetfeld drehte, dann laut Gesetz darin Elektromagnetische Induktion Es würde keine EMF induziert und daher keine Rotation stattfinden. In Wirklichkeit dreht sich der Rotor jedoch aufgrund von Lagerreibung oder Wellenbelastung immer langsamer.

Die Magnetpole rotieren ständig in den Motorwicklungen und die Stromrichtung im Rotor ändert sich ständig. Beispielsweise wird zu einem Zeitpunkt die Stromrichtung in den Stator- und Rotorwicklungen schematisch in Form von Kreuzen (Strom fließt von uns) und Punkten (Strom zu uns) dargestellt. Das rotierende Magnetfeld ist als gepunktete Linie dargestellt.

Zum Beispiel, Wie funktioniert es eine Kreissäge . Sie hat die höchste Geschwindigkeit ohne Last. Aber sobald wir beginnen, das Brett zu schneiden, nimmt die Drehzahl ab und gleichzeitig beginnt sich der Rotor relativ zum elektromagnetischen Feld langsamer zu drehen und es wird nach den Gesetzen der Elektrotechnik ein noch größerer EMF-Wert induziert drin. Der vom Motor aufgenommene Strom steigt und er beginnt weiter zu arbeiten volle Kraft. Wenn die Belastung der Welle so groß ist, dass sie blockiert, kann es aufgrund des Maximalwerts der darin induzierten EMK zu Schäden am Kurzschlussläufer kommen. Deshalb ist es wichtig, einen Motor mit geeigneter Leistung auszuwählen. Wenn Sie mehr nehmen, sind die Energiekosten nicht gerechtfertigt.

Rotordrehzahl hängt von der Polzahl ab. Bei 2 Polen ist die Rotationsgeschwindigkeit gleich der Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfeldes, maximal gleich 3000 Umdrehungen pro Sekunde bei einer Netzfrequenz von 50 Hz. Um die Drehzahl um die Hälfte zu reduzieren, muss die Polzahl im Stator auf vier erhöht werden.

Ein wesentlicher Nachteil von asynchron Motoren besteht darin, dass sie durch Einstellen der Rotationsgeschwindigkeit der Welle nur durch Ändern der Frequenz des elektrischen Stroms bedient werden. Daher ist es nicht möglich, eine konstante Wellendrehzahl zu erreichen.

Das Funktionsprinzip und das Gerät eines Synchron-Wechselstrommotors

Diese Art von Elektromotor wird im Alltag dort eingesetzt, wo es notwendig ist. konstante Geschwindigkeit Rotation, die Möglichkeit ihrer Einstellung sowie wenn eine Rotationsgeschwindigkeit von mehr als 3000 U / min erforderlich ist (dies ist das Maximum für Asynchron).

Synchronmotoren werden in Elektrowerkzeugen, Staubsaugern, Waschmaschinen etc. verbaut.

Bei einem Synchron Es befinden sich Wechselstrommotorwicklungen (3 in der Abbildung), die auch auf den Rotor oder Anker (1) gewickelt sind. Ihre Abschlüsse sind mit den Sektoren des Schleifrings oder Kollektors (5) verlötet, die mit Hilfe von Graphitbürsten (4) erregt werden. Außerdem sind die Abschlüsse so angeordnet, dass die Bürsten immer nur ein Paar mit Spannung versorgen.

Die meisten häufige Pannen Kollektormotoren ist:

Bürstenverschleiß oder ihr schlechter Kontakt aufgrund der Schwächung der Klemmfeder.
Kollektorverschmutzung. Reinigen Sie entweder mit Alkohol oder Schleifpapier.
Lagerverschleiß.

Arbeitsprinzip. Das Drehmoment im Elektromotor entsteht durch die Wechselwirkung zwischen dem Ankerstrom und dem magnetischen Fluss in der Erregerwicklung. Wenn sich die Richtung des Wechselstroms ändert, ändert sich auch die Richtung. magnetischer Fluss gleichzeitig in Rumpf und Anker, so dass die Drehung immer in die gleiche Richtung erfolgt.

Definition.

Elektromotor- ein Mechanismus oder eine spezielle Maschine zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie, bei der auch Wärme freigesetzt wird.

Hintergrund.

Bereits 1821 demonstrierte der berühmte britische Wissenschaftler Michael Faraday das Prinzip der Transformation elektromagnetisches Feld elektrische Energie in mechanische Energie. Die Installation bestand aus einem aufgehängten Draht, der in Quecksilber getaucht war. Der Magnet wurde in der Mitte des Kolbens mit Quecksilber installiert. Als der Stromkreis geschlossen wurde, begann sich der Draht um den Magneten zu drehen und zeigte, was sich um den Draht herum befand, el. Strom wird ein elektrisches Feld erzeugt.

Dieses Modell des Motors wurde oft in Schulen und Universitäten vorgeführt. Dieser Motor gilt als der einfachste Typ der gesamten Klasse von Elektromotoren. Anschließend erhielt er eine Fortsetzung in Form von Barlov's Wheel. Allerdings hatte das neue Gerät nur Demonstrationscharakter, da die von ihm erzeugte Leistung zu gering war.

Wissenschaftler und Erfinder arbeiteten an dem Motor, um ihn in der Produktion einzusetzen. Sie alle wollten dafür sorgen, dass sich der Kern des Motors in einem Magnetfeld rotatorisch-translational bewegt, wie ein Kolben in einem Zylinder. Dampfmaschine. Russischer Erfinder B.S. Jacobi hat alles viel einfacher gemacht. Das Funktionsprinzip seines Motors war die abwechselnde Anziehung und Abstoßung von Elektromagneten. Einige der Elektromagnete wurden von einer galvanischen Batterie gespeist, und die Richtung des Stromflusses in ihnen änderte sich nicht, während der andere Teil über einen Schalter mit der Batterie verbunden war, wodurch sich die Richtung des Stromflusses bei jeder Umdrehung änderte . Die Polarität der Elektromagnete änderte sich, und jeder der sich bewegenden Elektromagneten wurde von dem entsprechenden stationären Elektromagneten entweder angezogen oder abgestoßen. Die Welle bewegte sich.

Anfangs war die Motorleistung gering und betrug nur 15 W, nach Verbesserungen gelang es Jacobi, die Leistung auf 550 W zu steigern. Am 13. September 1838 fuhr ein mit diesem Motor ausgestattetes Boot mit 12 Passagieren gegen die Strömung die Newa entlang , während er eine Geschwindigkeit von 3 km/h entwickelt Der Motor wurde von einer großen Batterie angetrieben, die aus 320 galvanischen Zellen bestand. Die Leistung moderner Elektromotoren übersteigt 55 kW. Zum Thema Kauf von Elektromotoren.

Funktionsprinzip.

Der Betrieb einer elektrischen Maschine basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion (EMI). Das EMR-Phänomen liegt in der Tatsache begründet, dass bei jeder Änderung des magnetischen Flusses, der einen geschlossenen Stromkreis durchdringt, darin (dem Stromkreis) ein Induktionsstrom gebildet wird.

Der Motor selbst besteht aus einem Rotor (beweglicher Teil – Magnet oder Spule) und einem Stator (fester Teil – Spule). Meistens besteht der Motor aus zwei Spulen. Der Stator ist mit einer Wicklung ausgekleidet, durch die tatsächlich der Strom fließt. Der Strom erzeugt ein Magnetfeld, das auf die andere Spule wirkt. Darin wird aufgrund von EMP auch ein Strom gebildet, der ein auf die erste Spule wirkendes Magnetfeld erzeugt. Und so wiederholt sich alles in einem geschlossenen Kreislauf. Als Ergebnis erzeugt die Wechselwirkung der Rotor- und Statorfelder ein Drehmoment, das den Motorrotor antreibt. Somit findet eine Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie statt, die in verschiedenen Geräten, Mechanismen und sogar in Autos verwendet werden kann.

Motordrehung

Klassifizierung von Elektromotoren.

Zum Essen:

Gleichstrommotoren- werden von Gleichstromquellen gespeist.
Wechselstrommotoren- werden von Wechselstromquellen gespeist.
Universalmotoren- sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben.

Von Entwurf:

Kollektormotor- ein Elektromotor, in dem eine Bürsten-Kollektor-Einheit als Rotorpositionssensor und Stromschalter verwendet wird.

Bürstenlosen Motor- ein Elektromotor bestehend aus geschlossenes System, die verwendet: Steuerungssysteme (Koordinatenwandler), Leistungshalbleiterwandler (Wechselrichter), Rotorpositionssensor (RPS).

Angetrieben von Permanentmagneten;
Mit Parallelschaltung von Anker- und Erregerwicklung;
Mit Reihenschaltung von Anker- und Erregerwicklung;
Mit gemischter Beschaltung von Anker- und Erregerwicklung;

Nach Anzahl der Phasen:

einzelphase- manuell gestartet werden, bzw. haben Anfangswicklung oder eine Phasenverschiebungsschaltung.
Zweiphasig
Drei Phasen
Polyphase

Per Synchronisierung:

Synchronmotor– Wechselstrom-Elektromotor mit synchroner Bewegung des Magnetfelds der Versorgungsspannung und des Rotors.
Asynchronmotor - ein elektrischer Wechselstrommotor mit einer anderen Bewegungsfrequenz des Rotors und dem durch die Versorgungsspannung erzeugten Magnetfeld.

Im Alltag, in der Versorgung, in jeder Produktion sind Elektromotoren ein wesentlicher Bestandteil: Pumpen, Klimaanlagen, Lüfter usw. Daher ist es wichtig, die Typen der gängigsten Elektromotoren zu kennen.

Ein Elektromotor ist eine Maschine, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Dabei entsteht Wärme, was ein Nebeneffekt ist.

Video: Klassifizierung von Elektromotoren

Alle Elektromotoren lassen sich in zwei große Gruppen einteilen:

Gleichstrommotoren
Wechselstrommotoren.

Mit Wechselstrom betriebene Elektromotoren werden Wechselstrommotoren genannt, die zwei Varianten haben:

Synchron- das sind solche, bei denen sich der Rotor und das Magnetfeld der Versorgungsspannung synchron drehen.
Asynchron. Sie unterscheiden sich in der Rotationsfrequenz des Rotors von der Frequenz, die durch die Versorgungsspannung des Magnetfelds erzeugt wird. Sie sind mehrphasig sowie ein-, zwei- und dreiphasig.
Schrittmotoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine endliche Anzahl von Rotorpositionen haben. Die feste Position des Rotors entsteht durch die Stromversorgung einer bestimmten Wicklung. Indem die Spannung von einer Wicklung entfernt und auf eine andere übertragen wird, wird zu einer anderen Position übergegangen.

Gleichstrommotoren sind solche, die mit Gleichstrom betrieben werden. Je nachdem, ob sie eine Bürstenkollektoreinheit haben oder nicht, werden sie unterteilt in:

Kollektor auch, je nach Art der Erregung gibt es mehrere Arten:

Angeregt durch Dauermagnete.
Mit Parallelschaltung von Anschluss- und Ankerwicklungen.
Mit Reihenschaltung von Anker und Wicklungen.
Mit ihrer gemischten Verbindung.

Querschnitt eines Gleichstrommotors. Sammler mit Bürsten - rechts

Welche Elektromotoren gehören zur Gruppe „Gleichstrommotoren“

Wie bereits erwähnt, bilden DC-Motoren eine Gruppe, zu der Kollektor- und bürstenlose Motoren gehören, die als geschlossenes System aufgebaut sind, einschließlich eines Rotorlagesensors, einer Steuerung und eines Leistungshalbleiterumrichters. Das Funktionsprinzip von bürstenlosen Elektromotoren ähnelt dem Funktionsprinzip von Asynchronmotoren. Installieren Sie sie in Haushaltsgeräten wie Ventilatoren.

Was ist ein Kollektormotor?

Die Länge des Gleichstrommotors hängt von der Klasse ab. Zum Beispiel, wenn wir reden bei einem Motor der Klasse 400, dann beträgt seine Länge 40 mm. Der Unterschied zwischen Kollektor-Elektromotoren und bürstenlosen Gegenstücken besteht in der einfachen Herstellung und Bedienung, daher sind die Kosten geringer. Ihr Merkmal ist das Vorhandensein einer Bürstenkollektorbaugruppe, mit deren Hilfe der Rotorkreis mit den Kreisen verbunden ist, die sich im stationären Teil des Motors befinden. Es besteht aus Kontakten, die sich am Rotor befinden - einem Kollektor und dagegen gedrückten Bürsten, die sich außerhalb des Rotors befinden.

Rotor

Diese Elektromotoren werden in funkgesteuerten Spielzeugen verwendet: Durch Anlegen einer Spannung an die Kontakte eines solchen Motors aus einer Gleichstromquelle (derselben Batterie) wird die Welle in Bewegung gesetzt. Und um seine Drehrichtung zu ändern, genügt es, die Polarität der zugeführten Versorgungsspannung zu ändern. Geringes Gewicht und Abmessungen niedriger Preis und die Möglichkeit, den Bürstenkollektormechanismus wiederherzustellen, machen diese Elektromotoren zu den am häufigsten verwendeten in preisgünstigen Modellen, obwohl sie in der Zuverlässigkeit dem bürstenlosen Motor deutlich unterlegen sind, da Funkenbildung nicht ausgeschlossen ist, d.h. übermäßige Erwärmung beweglicher Kontakte und deren schneller Verschleiß, wenn Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit eindringen.

Am Kollektor-Elektromotor ist in der Regel eine Markierung angebracht, die die Drehzahl angibt: Je kleiner sie ist, desto höher ist die Drehzahl der Welle. Er ist übrigens sehr stufenlos einstellbar. Aber es gibt auch Hochgeschwindigkeitsmotoren dieses Typs, die bürstenlosen in nichts nachstehen.

Vor- und Nachteile von bürstenlosen Motoren

Im Gegensatz zu den beschriebenen ist bei diesen Elektromotoren der bewegliche Teil ein Stator mit einem Permanentmagneten (Gehäuse), und der Rotor mit einer Drehstromwicklung ist stationär.

Zu den Nachteilen dieser Gleichstrommotoren gehört eine weniger gleichmäßige Anpassung der Wellendrehzahl, aber sie können in Sekundenbruchteilen die maximale Drehzahl erreichen.

Der bürstenlose Motor ist in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht, daher ist er zuverlässiger unter widrigen Betriebsbedingungen, d.h. er hat keine Angst vor Staub und Feuchtigkeit. Darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit durch den Verzicht auf Bürsten erhöht, ebenso wie die Drehzahl, mit der sich die Welle dreht. Gleichzeitig ist das Design des Motors komplexer, daher kann es nicht billig sein. Seine Kosten im Vergleich zum Kollektor sind doppelt so hoch.

Somit ist ein mit Wechsel- und Gleichstrom betriebener Kollektormotor vielseitig, zuverlässig, aber teurer. Er ist sowohl leichter als auch kleiner als ein Wechselstrommotor gleicher Leistung.

Da Wechselstrommotoren mit 50 Hz (Handelsnetz) keine hohen Frequenzen (über 3000 U/min) zulassen, wird ggf. ein Kollektormotor eingesetzt.

Inzwischen ist seine Ressource geringer als die von Asynchron-Wechselstrommotoren, was vom Zustand der Lager und der Isolierung der Wicklungen abhängt.

Funktionsweise eines Synchronmotors

Synchronmaschinen werden häufig als Generatoren eingesetzt. Er arbeitet synchron zur Netzfrequenz, ist also mit Wechselrichter und Rotorlagesensor ein elektronisches Analogon eines Gleichstrom-Kollektormotors.

Der Aufbau eines Synchronmotors

Eigenschaften

Diese Motoren sind keine Selbststarter, sondern benötigen äußere Einflüsse, um Fahrt aufzunehmen. Sie werden in Kompressoren, Pumpen, Walzmaschinen und ähnliche Geräte Arbeitsgeschwindigkeit die fünfhundert Umdrehungen pro Minute nicht überschreitet, aber eine Leistungssteigerung erforderlich ist. Sie sind ziemlich groß, haben ein "anständiges" Gewicht und einen hohen Preis.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Synchronmotor zu starten:

Verwendung einer externen Stromquelle.
Der Start erfolgt asynchron.

Im ersten Fall mit Hilfe eines Hilfsmotors, der ein Gleichstrom-Elektromotor oder ein Drehstrom-Induktionsmotor sein kann. Anfänglich wird dem Motor kein Gleichstrom zugeführt. Es beginnt sich zu drehen und erreicht nahezu Synchrondrehzahl. An diesem Punkt wird Gleichstrom angelegt. Nach Schließen des Magnetfeldes wird die Verbindung zum Hilfsmotor unterbrochen.

Bei der zweiten Option muss eine zusätzliche kurzgeschlossene Wicklung in den Polschuhen des Rotors installiert werden, über die das magnetische Drehfeld Ströme induziert. In Wechselwirkung mit dem Statorfeld drehen sie den Rotor. Bis es Synchrondrehzahl erreicht. Von diesem Punkt an nehmen das Drehmoment und die EMK ab, das Magnetfeld schließt sich und macht das Drehmoment zunichte.

Diese Elektromotoren sind unempfindlicher gegenüber Spannungsschwankungen als Asynchronmotoren, haben eine hohe Überlastfähigkeit und halten bei jeder Belastung der Welle eine konstante Drehzahl.

Einphasen-Elektromotor: Gerät und Funktionsprinzip

Ein an einem Einphasen-Wechselstromnetz betriebener Elektromotor ist nach dem Start mit nur einer Statorwicklung (Phase) und ohne eigenen Umrichter asynchron oder einphasig.

Ein einphasiger Elektromotor hat einen rotierenden Teil - den Rotor und einen stationären Teil - den Stator, der das für die Drehung des Rotors notwendige Magnetfeld erzeugt.

Von den beiden Wicklungen, die im Statorkern in einem Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet sind, nimmt die Arbeitswicklung 2/3 der Nuten ein. Eine weitere Wicklung, die 1/3 der Rillen ausmacht, wird als Start (Hilfswicklung) bezeichnet.

Der Rotor ist auch eine kurzgeschlossene Wicklung. Seine Stäbe aus Aluminium oder Kupfer sind an den Enden mit einem Ring verschlossen, und der Raum zwischen ihnen ist mit einer Aluminiumlegierung gefüllt. Der Rotor kann in Form eines hohlen ferromagnetischen oder nichtmagnetischen Zylinders hergestellt werden.

Ein einphasiger Elektromotor, dessen Leistung zwischen mehreren zehn Watt und mehreren zehn Kilowatt liegen kann, wird in Haushaltsgeräten verwendet, die in Holzbearbeitungsmaschinen, auf Förderbändern, in Kompressoren und Pumpen installiert sind. Ihr Vorteil ist die Möglichkeit, sie in Räumen einzusetzen, in denen kein Drehstromnetz vorhanden ist. Sie unterscheiden sich konstruktionsbedingt nicht wesentlich von Drehstrom-Asynchron-Elektromotoren.

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion wurde zur Grundlage für die Entstehung und Entwicklung aller elektrische Maschinen. Der Entdecker dieses Phänomens war Ende des 19. Jahrhunderts Michael Faraday, ein englischer Wissenschaftler und Experimentator. Er führte Experimente mit den ersten elektrischen Maschinen durch. Jetzt ist unser Leben ohne sie nicht mehr vorstellbar. Elektromotoren sind zu einer der am weitesten verbreiteten elektrischen Maschinen geworden.

Für den Betrieb eines Elektromotors ist Spannung erforderlich, deren Eigenschaften seine Auslegung bestimmen. Folgende Elektromotoren arbeiten mit Wechselspannung und -strom:

Arbeiten mit konstanter Spannung und Strom:

Kollektor;
einpolig;
Stepper.

Synchron- und Asynchronmotoren

Synchron- und Asynchron-Elektromotoren haben Allgemeine Geschäftsbedingungen für deine Arbeit. Dazu ist ein Magnetfeld erforderlich, dessen Maximalwert sich im Raum bewegt. Ein solches Feld kann durch zwei oder erstellt werden eine große Anzahl Wicklungen. Übliche Konstruktionen von Synchron- und Asynchron-Elektromotoren enthalten zwei oder drei Wicklungen.

Sie sitzen auf massiven ferrimagnetischen Kernen, die das Magnetfeld verstärken. Für drei Wicklungen wird eine dreiphasige Spannung verwendet, für zwei Wicklungen - zweiphasig oder eine Phase mit einem Phasenverschiebungskondensator. Mit einem solchen Kondensator können aber auch Drehstrommotoren an ein einphasiges Netz angeschlossen werden.

Wenn der Rotor eines Elektromotors ein konstantes Magnetfeld erzeugt, entweder von Permanentmagneten oder von einer in den Rotor eingebauten Gleichstromquelle oder von externe Quelle Gleichstromversorgung durch Ringe mit Bürsten, ein solcher Motor ist synchron. Darin sind die Frequenz der Umdrehungen und die Frequenz der Spannung der Stromquelle gleich. Asynchronmotoren verwenden einen amagnetischen Rotor ohne ausgeprägte Pole, Bürstenringe, eingebaute Gleichrichter und kombinierte Teile aus Verschiedene Materialien. Eine Ausnahme bildet der Synchron-Hysteresemotor.

Der Rotor eines Asynchronmotors funktioniert wie die kurzgeschlossene Sekundärwicklung eines Transformators. Aber der Strom in seinem Rotor kann im Vergleich zum Magnetfeld des Stators nur bei einer langsameren Rotation auftreten. Diese Geschwindigkeitsdifferenz wird als Schlupf bezeichnet. Die Einfachheit des Designs und die entsprechende Zuverlässigkeit machen den asynchronen Elektromotor zum am weitesten verbreiteten.

Sammlermaschinen

Synchron- und Asynchron-Elektromotoren haben jedoch einen unüberwindbaren Nachteil - die Frequenz der Versorgungsspannung. Es bestimmt die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfelds und der Welle in diesen Motoren. Keine strukturellen Änderungen in ihnen bei einer gegebenen Frequenz der Versorgungsspannung können keine Wellendrehzahl erhalten, die größer ist als die Frequenz der Versorgungsspannung. Werden höhere Drehzahlen benötigt, kommen Kollektor-Elektromotoren zum Einsatz.

Diese Motoren haben ständiges Schalten Kollektorwicklungen. Jede Wicklung ist im Wesentlichen ein stromdurchflossener Rahmen, der sich, wie aus Faradays Experimenten bekannt ist, in einem Magnetfeld dreht. Aber ein Rahmen wird sich drehen und anhalten. Daher gibt es mehrere Rahmen - Wicklungen, von denen jede einem Plattenpaar im Kollektor entspricht. Strom wird durch Bürsten zugeführt, die entlang des Kollektors gleiten.

Die Konstruktion eines solchen Elektromotors ermöglicht es Ihnen, mit einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle zu arbeiten, die sowohl im Stator als auch im Rotor Strom liefert. Bei einer Wechselspannung ändert sich die Stromrichtung in Stator und Rotor gleichzeitig und somit bleibt die Richtung der Kraft, die den Rotor dreht, erhalten. Die Frequenz der Versorgungsspannung hat keinen Einfluss auf die Rotordrehzahl. Sie hängt nur von der Spannung ab, die den Elektromotor versorgt. Der Schleifkontakt der Bürste mit dem Kommutator schränkt die Möglichkeiten dieser Elektromotoren hinsichtlich Lebensdauer und Einsatzort ein, da eine Funkenbildung in den Bürsten den Schleifkontakt schnell zerstört und bei erhöhter Explosionsgefahr nicht akzeptabel ist.

Unipolare und schrittweise Optionen

Es gibt jedoch Konstruktionen von Gleichstrom-Elektromotoren, bei denen kein Kollektor vorhanden ist. Dies sind unipolare Elektromotoren.

Bei diesen Elektromotoren besteht der Rotor aus einer Scheibe, die sich zwischen den Polen von Permanentmagneten befindet. Diametral gegenüberliegende Bürsten versorgen die Scheibe - den Rotor. Unter dem Einfluss der Lorentzkraft dreht sich die Scheibe. Trotz der attraktiven Einfachheit des Designs hat ein solcher Elektromotor keinen breiten praktischen Nutzen, da er zu hohe Strom- und Magnetfeldwerte erfordert. Es gibt jedoch einzigartige Laborentwicklungen von unipolaren Elektromotoren mit Flüssigmetallbürsten, die Geschwindigkeiten entwickeln, die für andere Motorkonstruktionen undenkbar sind.

Ein Schrittmotor ist ein weiteres DC-betriebenes Design.

Im Allgemeinen ähnelt dieser Motor einem Synchronelektromotor mit einem Permanentmagnetrotor. Der Unterschied besteht darin, dass die Anzahl der Wicklungen hier größer ist und sie durch Tasten gesteuert werden, die jede Wicklung mit Spannung versorgen. Dadurch ändert der Rotor seine Position und wird von der angeschlossenen Wicklung angezogen. Die Anzahl der Windungen bestimmt minimaler Winkel Rotation des Rotors und Kommutatoren - die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors. In einem Schrittmotor kann sich der Rotor fast überall drehen, da die Tasten damit verbunden sind elektronische Schaltung Verwaltung.

Die betrachteten Konstruktionen von Elektromotoren sind grundlegend. Auf ihrer Grundlage wurden viele spezielle Arten von Elektromotoren geschaffen, um bestimmte Probleme zu lösen. Aber das ist eine ganz andere Geschichte...

Inhalt:

Die Verrichtung mechanischer Arbeit ist der Hauptprozess in unserer materiellen Welt. Aus diesem Grund ist das Erscheinen von Elektromotoren geworden großes Ereignis in der Entwicklung der menschlichen Zivilisation. Es waren diese Geräte, die die gesamte Last trugen. industrielle Produktion. Dies sorgte schließlich für die sogenannte wissenschaftlich-technische Revolution. Bei allen Elektromotoren basiert das Design auf der Entdeckung der Wechselwirkung von Drähten mit einem durch sie fließenden elektrischen Strom.

Welche Ergebnisse in der seit dieser Entdeckung verstrichenen Zeit erzielt wurden, wird unseren Lesern mitgeteilt. Denken Sie daran, dass die Wechselwirkung von Drähten, die von elektrischem Strom gespeist werden, 1820 von André Ampère entdeckt wurde. Nach diesem Ereignis wurde ein Design entwickelt, das diese Interaktion verbessern könnte - ein Solenoid. Eine Spule mit ferromagnetischem Kern wirkte bei Annäherung an einen Permanentmagneten oder eine andere ähnliche Spule mit beträchtlicher Kraft auf sie ein. Daher musste nur noch eine konstruktive Lösung gefunden werden, die das Zusammenspiel der Solenoide maximiert und ergibt notwendige Richtung.

Strom in mechanische Arbeit umwandeln

Die beiden Solenoide können sich entweder anziehen oder abstoßen. Ihr Zusammenspiel wird durch die Pole bestimmt. Gleiche Namen stoßen ab, ungleiche ziehen an. Daher ist es nicht schwierig, eine konstruktive Lösung zu erraten, mit der Sie die Drehung der Welle erhalten können:

Die Welle und das Solenoid sind zu einer starren Struktur kombiniert. Der Elektromagnet ist so positioniert, dass die erzeugten Magnetfeldlinien senkrecht zur Rotationsachse der Welle verlaufen. Das resultierende Motorelement wird sowohl als Rotor als auch als Induktor bezeichnet.
Um den Rotor herum befinden sich mehrere andere Solenoide, um ihn anzuziehen. Damit die Richtung explizit festgelegt und die Drehung gleichmäßig ist, müssen mindestens drei davon vorhanden sein. Das resultierende Element des Motors wird als Stator bezeichnet.
Stator oder Rotor verschiedene Designs Motoren können auch den Namen Anker haben. Die Essenz des Elektromotorankers liegt in seiner Ähnlichkeit mit seinem Namensvetter. Ein Schiffsanker zeichnet sich durch eine angebrachte Kette aus, die ihn mit dem Schiff verbindet. Und die Struktur des Ankers eines Elektromotors umfasst entweder einen Rotor oder einen Stator sowie ein daran befestigtes elektrisches Kabel. Es dient zum Anschluss an die Stromversorgung. Das heißt, anstelle eines Ankers mit einer Kette wird ein Rotor oder ein Stator mit einem Netzkabel erhalten - dies ist ihre Ähnlichkeit und der Ursprung des Namens des Motorelements.
Der Stator besteht aus Stahlplatten, die den durch Wirbelströme verursachten Leistungsverlust reduzieren. Das Ergebnis ist eine Struktur aus Wicklungen mit Kernen, die den Rotor umschließen. Sie bilden ein zylindrisches Loch. Es enthält einen zylindrischen Rotor mit einem gewissen Spiel relativ zum Stator. Diese Bauart von Elektromotoren ist am gebräuchlichsten.

Um jedoch einige Probleme zu lösen, ist es notwendig, andere Strukturen zu verwenden. Dies kann beispielsweise die Lage des Rotors außerhalb des Stators oder das Fehlen einer Welle aufgrund der linearen Bewegung der Motorelemente relativ zueinander sein.

Der einfachste Linearmotor ist ein Elektromagnet mit einziehbarem Kern. Um die Bewegung des beweglichen Teils des Lineargleiters genauer zu steuern, verwendet er die erforderliche Anzahl von zusammenwirkenden Magnetelementen. Elektromagnete können entweder alle oder ein Teil davon sein - das sind Permanentmagnete.

Wie aus den betrachteten Beispielen ersichtlich ist, verwendet das Funktionsprinzip eines Elektromotors magnetische Felder. Sie sind eine Folge sowohl von Gleichstrom als auch von Wechselstrom. Das Funktionsprinzip des Elektromotors ist jedoch in jedem Fall die Umwandlung von Elektrizität in Bewegungsenergie.

Wechselstromversorgung

Am weitesten verbreitet ist der Wechselstrommotor. Dies liegt an der Wechselspannung in den meisten Stromnetzen. AC-Motoren werden mit einer minimalen Anzahl von an sie angeschlossen zusätzliche Geräte. Für jedes der Geräte sind Zuverlässigkeit und Langlebigkeit die Hauptqualitäten. Dazu muss das Design ein Minimum an potenziell anfälligen Elementen aufweisen. Kontakte sind die wichtigsten von ihnen. Weniger Kontakte – mehr Zuverlässigkeit.

Das Gerät und das Funktionsprinzip des Elektromotors mit maximaler Zuverlässigkeit basieren auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Dieses Phänomen wird in Transformatoren genutzt. Herstellung von galvanisch getrennt Stromkreise Dies ist ihr wichtigster Zweck. Ebenso werden galvanisch getrennte Stator- und Rotorkreise erzeugt. Nur die Statorwicklungen werden erregt. Die im Rotor entstehende elektromagnetische Induktion führt zur Wechselwirkung magnetischer Felder. Das Funktionsprinzip eines Wechselstrommotors ist jedoch nicht nur Induktion. Darüber hinaus muss eine Bedingung vorhanden sein, die das Entstehen einer unidirektionalen Kraft sicherstellt, ohne die eine Drehung nicht möglich ist. Dies erfordert die räumliche Verschiebung des elektromagnetischen Feldes.

Zu diesem Zweck stellt die Wechselstrommotorvorrichtung eines der folgenden bereit konstruktive Lösungen:

Verwendung einer einphasigen Wechselspannungsquelle mit einem Phasenschieberelement mit zwei Polpaaren;
anschluss an eine dreiphasige Stromquelle von Statorwicklungen mit drei Polpaaren;
die Verwendung eines Schalters, der die zusammenwirkenden Wicklungen umschaltet.

Angetrieben von einem sich bewegenden Magnetfeld

Ein Elektromotor, dessen Funktionsprinzip durch elektromagnetische Induktion bestimmt wird, funktioniert wie folgt. Es gibt keine Kontakte in seinem Rotor. Ein magnetisches Wechselfeld mit einem Maximum, das sich um den Rotor bewegt, verursacht darin Ströme, die ein eigenes elektromagnetisches Feld erzeugen. Das Vorhandensein dieser Ströme ist nur möglich, wenn der Rotor hinter dem sich bewegenden Maximum des elektromagnetischen Feldes des Stators zurückbleibt.

Andernfalls funktioniert die elektromagnetische Induktion nicht, deren Bedingung der Schnittpunkt ist Kraftlinien und Dirigent. Motoren, bei denen sich die Bewegungsgeschwindigkeiten der Stator- und Rotorfelder voneinander unterscheiden, werden als asynchron bezeichnet. Asynchronmotor, dessen Gerät unten gezeigt wird, hat im Grunde die gleiche Statorkonstruktion, aber verschiedene Varianten Rotorleistung.

Am gebräuchlichsten sind der Käfigläufer und sein anderes Design, das als "Käfigläufer" bezeichnet wird. In der letzten Version des Rotors wird eine effizientere Induktion erzielt. Allerdings ist das Design auch weniger technologisch fortgeschritten. Bei diesen beiden Varianten eines Asynchronmotors gibt es jedoch nur einen Nachteil - einen großen Anlaufstrom.

Zur Regelung des Anlaufvorgangs war ein drittes Rotordesign namens „Phase“ erforderlich. Aber wenn es irgendwo ankam, bedeutet das, dass es irgendwo abgereist ist. Der Phasenrotor hat Kontakte - Ringe und Bürsten. Und die Kontakte das Hauptproblem Elektrotechnik. Wenn wir an Effizienz gewinnen, verlieren wir an Haltbarkeit und Betriebskosten. Bürsten und Ringe müssen gewartet und regelmäßig ausgetauscht werden, wodurch der Phasenrotor viel seltener verwendet wird. Das Aufkommen leistungsfähiger Halbleiterbauelemente macht es möglich, jeden Asynchronmotor innerhalb der Schaltfähigkeiten dieser Bauelemente einzustellen. Daher ist der Phasenrotor heute ein archaisches Design.

Wenn der Rotor jedoch aus einem speziellen Material besteht, das eine gewisse Restmagnetisierung aufweist, werden die Geschwindigkeiten des Statorfelds und die Rotation des Rotors gleich. Unter dem Einfluss des Stators im Rotor eines solchen Motors können aufgrund der Materialeigenschaften keine Ströme mit einer für die Bewegung ausreichenden Größe auftreten. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Das Material ist in der Lage, das äußere elektromagnetische Feld zu vervielfachen und zu einem Dauermagneten zu werden. Und ein solcher magnetischer Rotor folgt dem elektromagnetischen Feld des Stators. Ein solcher Motor wird Synchron-Hysterese genannt.

Leider hat der Hystereserotor hohe Materialkosten. Und da die Leistung des Motors direkt mit seiner Größe zusammenhängt, werden große und leistungsstarke Synchronmotoren mit einem Hystereserotor aufgrund seines hohen Preises nicht hergestellt. Stattdessen wird ein permanenter Elektromagnet mit Strom durch die Ringe hergestellt. Also weniger zuverlässig, aber viel billiger.

Die Drehzahl von Synchron- und Asynchronmotoren bestimmt die Frequenz der Versorgungsspannung und die Polpaarzahl. Diese Funktion ist ihr größter Nachteil. Immerhin beträgt die Netzfrequenz 50–60 Hz, und ohne die Verwendung zusätzlicher Geräte, über die der Motor angeschlossen werden muss, ist es unmöglich, sie zu ändern. Und dies verkompliziert und erhöht die Installationskosten erheblich. Aus diesem Grund wird bei einem geregelten Elektroantrieb ein anderer Motor verwendet, um einen weiten Bereich der Drehzahlregelung zu ermöglichen, worauf später noch eingegangen wird.

Um zu verstehen, wie ein Elektromotor mit Kollektor funktioniert, muss man sich Experimenten mit einem Rahmen zuwenden, der sich zwischen den Polen der Magnete befindet. Dies ist ein klassisches Erlebnis, um die Wechselwirkung eines Leiters mit Strom und einem Magnetfeld zu demonstrieren. Die folgenden Bilder zeigen deutlich das Ergebnis dieser Interaktion.

Aber die Kraft, die den Rahmen dreht, hängt von seiner Position relativ zu den Stangen ab. Während Sie sich drehen, nimmt es allmählich ab. Und aus diesem Grund stoppt der Rahmen. Damit die Drehung fortgesetzt werden kann, erfordert ein bestimmtes Rahmendesign mit Magneten mehr Rahmen. Außerdem ist jeder von ihnen mit einem eigenen Schleifkontaktpaar verbunden. Sie bestehen aus einem Paar Bürsten und einem Paar Platten - Lamellen.

Der Motor, der das Prinzip der Rahmendrehung in einem Magnetfeld umsetzt, enthält einen Rotor mit einer großen Anzahl von Wicklungen - Rahmen. Die Lamellen werden in einem Spezial zusammengebaut Strukturelement- Sammler. Wird das Magnetfeld durch Permanentmagnete erzeugt, ist eine Drehung nur bei konstanter Spannung an den Kommutatorbürsten möglich. Dies ist der Gleichstrommotor (abgekürzt DCT).

Die Rotordrehzahl dieses Motors hängt nur von der Spannung an den Kollektorbürsten ab. Wenn stattdessen Dauermagnet Wenden Sie einen Elektromagneten an, erhalten Sie einen Universalmotor, der sowohl mit konstanter als auch mit Wechselspannung betrieben werden kann. Die Polarität von Stator und Rotor ändert sich gleichzeitig, wobei die Richtung der Kraft, die den Rotor dreht, beibehalten wird. Ein Universalmotor ist derselbe Motor, der in Antrieben mit variabler Geschwindigkeit weit verbreitet ist.

Eine Vielzahl von DPT und ein Universalmotor können als unipolarer Motor betrachtet werden. Sein Design hat keinen Sammler, aber es gibt Bürsten. Das Aufkommen leistungsstarker Halbleiterbauelemente ermöglichte die Herstellung von Rotoren ohne Ringe und Kollektoren. Gleichzeitig hat sich das Funktionsprinzip des Elektromotors nicht geändert.