Wat is een elektromotorstator. Elektromotor - het werkingsprincipe van een elektromotor

Een elektromotor is een elektrisch apparaat om te converteren elektrische energie in mechanisch. Tegenwoordig worden elektromotoren veel gebruikt in de industrie om verschillende machines en mechanismen aan te drijven. IN huishouden ze zijn geïnstalleerd in wasmachine, koelkast, sapcentrifuge, voedsel verwerker, ventilatoren, elektrische scheerapparaten, enz. Elektromotoren die apparaten in beweging zetten en daarmee verbonden mechanismen.

In dit artikel zal ik het hebben over de meest voorkomende soorten en werkingsprincipes van AC-elektromotoren, die veel worden gebruikt in de garage, het huishouden of de werkplaats.

Hoe een elektromotor werkt

De motor werkt op basis van het effect ontdekt door Michael Faraday in 1821. Hij deed de ontdekking dat tijdens interactie elektrische stroom er kan een continue rotatie optreden in de geleider en de magneet.

Als in een uniform magnetisch veld lokaliseren in verticale positie het frame en er een stroom doorheen gaat, dan zal er een elektromagnetisch veld ontstaan rond de geleider, dat zal interageren met de polen van de magneten. Het frame zal van de ene worden afgestoten en naar de andere worden aangetrokken.

Als gevolg hiervan zal het frame naar een horizontale positie draaien, waarbij er geen impact is magnetisch veld naar de dirigent. Om de rotatie door te laten gaan, moet u op het juiste moment nog een frame onder een hoek toevoegen of de richting van de stroom in het frame veranderen.

In de figuur gebeurt dit met twee halve ringen, waarop de contactplaten van de batterij aansluiten. Dientengevolge, nadat een halve slag is voltooid, verandert de polariteit en gaat de rotatie door.

In moderne elektromotoren in plaats van permanente magneten worden inductoren of elektromagneten gebruikt om een magnetisch veld te creëren. Als u een motor demonteert, ziet u opgerolde draadspoelen bedekt met isolerende vernis. Deze windingen zijn een elektromagneet of, zoals ze ook worden genoemd, een bekrachtigingswikkeling.

Thuis permanente magneten worden gebruikt in kinderspeelgoed op batterijen.

In andere krachtiger motoren gebruiken alleen elektromagneten of wikkelingen. Het roterende deel met hen wordt de rotor genoemd en het vaste deel wordt de stator genoemd.

Soorten elektromotoren

Tegenwoordig zijn er nogal wat elektromotoren van verschillende ontwerpen en typen. Ze kunnen worden verdeeld op type voeding:

Wisselstroom direct op het lichtnet werken.
Gelijkstroom die werken op batterijen, batterijen, voedingen of andere gelijkstroombronnen.

Volgens het werkprincipe:

synchrone, waarin er wikkelingen op de rotor zijn en een borstelmechanisme om elektrische stroom aan hen te leveren.
asynchroon, het eenvoudigste en meest voorkomende type motor. Ze hebben geen borstels en windingen op de rotor.

Een synchrone motor draait synchroon met het magnetische veld dat hem roteert, terwijl voor een asynchrone motor de rotor langzamer draait dan het roterende magnetische veld in de stator.

Het werkingsprincipe en het apparaat van een asynchrone elektromotor

In een asynchroon pakket motor worden statorwikkelingen gelegd (voor 380 volt zullen er 3 zijn), die een roterend magnetisch veld creëren. Hun uiteinden voor verbinding worden naar een speciaal aansluitblok gebracht. De wikkelingen worden gekoeld dankzij een ventilator die op de as aan het uiteinde van de motor is gemonteerd.

Rotor, die een geheel vormen met de as, is gemaakt van: metalen staven, die aan beide zijden met elkaar gesloten zijn, daarom wordt het kortgesloten genoemd.
Dankzij dit ontwerp is frequent periodiek onderhoud en vervanging van stroomvoerende borstels niet nodig, betrouwbaarheid, duurzaamheid en betrouwbaarheid worden sterk verhoogd.

Gebruikelijk, belangrijkste oorzaak van falen asynchrone motor is de slijtage van de lagers waarin de as draait.

Werkingsprincipe. Om een asynchrone motor te laten werken, is het noodzakelijk dat de rotor langzamer draait dan het elektromagnetische veld van de stator, waardoor een EMF wordt geïnduceerd (er ontstaat een elektrische stroom) in de rotor. Hier belangrijke voorwaarde, als de rotor met dezelfde snelheid roteerde als het magnetische veld, dan erin, volgens de wet elektromagnetische inductie er zou geen EMV worden geïnduceerd en daarom zou er geen rotatie zijn. Maar in werkelijkheid zal de rotor door lagerwrijving of asbelasting altijd langzamer draaien.

De magnetische polen roteren constant in de motorwikkelingen, en de richting van de stroom in de rotor verandert voortdurend. Op een bepaald moment wordt bijvoorbeeld de richting van stromen in de stator- en rotorwikkelingen schematisch weergegeven in de vorm van kruisjes (stroom vloeit van ons af) en stippen (stroom naar ons). Het roterende magnetische veld wordt weergegeven als een stippellijn.

Bijvoorbeeld, Hoe werkt het een cirkelzaag . Ze heeft de hoogste snelheid zonder lading. Maar zodra we beginnen met het snijden van het bord, neemt de rotatiesnelheid af en tegelijkertijd begint de rotor langzamer te draaien ten opzichte van het elektromagnetische veld en begint volgens de wetten van de elektrotechniek een nog grotere EMF-waarde te worden geïnduceerd in het. De stroom die door de motor wordt verbruikt, neemt toe en deze begint te werken volle kracht. Als de belasting op de as zo groot is dat deze afslaat, kan er schade aan de eekhoornkooirotor optreden vanwege de maximale waarde van de daarin geïnduceerde EMV. Daarom is het belangrijk om een motor met geschikt vermogen te kiezen. Neemt u meer, dan zijn de energiekosten onterecht.

Rotorsnelheid: hangt af van het aantal polen. Bij 2 polen zal de rotatiesnelheid gelijk zijn aan de rotatiesnelheid van het magneetveld, gelijk aan maximaal 3000 omwentelingen per seconde bij een netfrequentie van 50 Hz. Om de snelheid met de helft te verminderen, is het noodzakelijk om het aantal polen in de stator te verhogen tot vier.

Een belangrijk nadeel van asynchroon motoren is dat ze worden bediend door de rotatiesnelheid van de as alleen aan te passen door de frequentie van de elektrische stroom te veranderen. En dus is het niet mogelijk om een constant astoerental te bereiken.

Het werkingsprincipe en het apparaat van een synchrone AC-motor

Dit type elektromotor wordt waar nodig in het dagelijks leven gebruikt. constante snelheid rotatie, de mogelijkheid van aanpassing, evenals of een rotatiesnelheid van meer dan 3000 tpm vereist is (dit is het maximum voor asynchroon).

Synchrone motoren worden geïnstalleerd in elektrisch gereedschap, stofzuigers, wasmachines, enz.

In het geval van een synchrone Er bevinden zich AC-motorwikkelingen (3 in de afbeelding), die ook op de rotor of het anker zijn gewikkeld (1). Hun conclusies zijn gesoldeerd aan de sectoren van de sleepring of collector (5), die worden geactiveerd met behulp van grafietborstels (4). Bovendien zijn de conclusies zo gerangschikt dat de borstels altijd maar aan één paar spanning leveren.

Meest frequente storingen collectormotoren zijn:

Borstel slijtage of hun slechte contact als gevolg van de verzwakking van de klemveer.
Vervuiling van de collector. Reinig met alcohol of schuurpapier.
Dragende slijtage.

Werkingsprincipe. Het koppel in de elektromotor ontstaat door de interactie tussen de ankerstroom en de magnetische flux in de veldwikkeling. Als de richting van de wisselstroom verandert, verandert ook de richting. magnetische flux gelijktijdig in de romp en het anker, zodat de rotatie altijd in dezelfde richting zal zijn.

Definitie.

elektrische motor- een mechanisme of een speciale machine die is ontworpen om elektrische energie om te zetten in mechanische energie, waarbij ook warmte vrijkomt.

Achtergrond.

Al in 1821 demonstreerde de beroemde Britse wetenschapper Michael Faraday het principe van transformatie elektromagnetisch veld elektrische energie in mechanische energie. De installatie bestond uit een opgehangen draad, die in kwik was gedompeld. De magneet werd met kwik in het midden van de kolf geïnstalleerd. Toen het circuit gesloten was, begon de draad rond de magneet te draaien, wat aantoonde wat er rond de draad was, el. stroom wordt een elektrisch veld opgewekt.

Dit model van de motor werd vaak gedemonstreerd op scholen en universiteiten. Deze motor wordt beschouwd als het eenvoudigste type van de hele klasse van elektromotoren. Vervolgens kreeg hij een vervolg in de vorm van Barlov's Wheel. Het nieuwe apparaat had echter slechts een demonstratiekarakter, omdat het door het apparaat opgewekte vermogen te klein was.

Wetenschappers en uitvinders werkten aan de motor om deze in productiebehoeften te gebruiken. Ze probeerden er allemaal voor te zorgen dat de kern van de motor op een roterende-translationele manier in een magnetisch veld bewoog, op de manier van een zuiger in een cilinder. stoommachine. Russische uitvinder B.S. Jacobi maakte alles veel gemakkelijker. Het werkingsprincipe van zijn motor was de afwisselende aantrekking en afstoting van elektromagneten. Sommige elektromagneten werden aangedreven door een galvanische batterij en de richting van de stroom daarin veranderde niet, terwijl het andere deel via een schakelaar met de batterij was verbonden, waardoor de richting van de stroom door elke omwenteling veranderde . De polariteit van de elektromagneten veranderde en elk van de bewegende elektromagneten werd aangetrokken of afgestoten door de overeenkomstige stationaire elektromagneet. De as was in beweging.

Aanvankelijk was het motorvermogen klein en bedroeg het slechts 15 W, na verbeteringen slaagde Jacobi erin het vermogen te verhogen tot 550 W. Op 13 september 1838 voer een boot uitgerust met deze motor met 12 passagiers langs de Neva, tegen de stroom in , met een snelheid van 3 km/u De motor werd aangedreven door een grote batterij bestaande uit 320 galvanische cellen. Het vermogen van moderne elektromotoren is meer dan 55 kW. Over de aankoop van elektromotoren.

Operatie principe.

De werking van een elektrische machine is gebaseerd op het fenomeen elektromagnetische inductie (EMI). Het EMR-fenomeen ligt in het feit dat bij elke verandering in de magnetische flux die een gesloten circuit binnendringt, er een inductiestroom in wordt gevormd (het circuit).

De motor zelf bestaat uit een rotor (bewegend deel - magneet of spoel) en een stator (vast deel - spoel). Meestal is het ontwerp van de motor twee spoelen. De stator is bekleed met een wikkeling, waardoor in feite de stroom vloeit. De stroom genereert een magnetisch veld dat de andere spoel beïnvloedt. Daarin wordt, dankzij EMP, ook een stroom gevormd, die een magnetisch veld genereert dat op de eerste spoel inwerkt. En zo herhaalt alles zich in een gesloten kringloop. Als gevolg hiervan creëert de interactie van de rotor- en statorvelden een koppel dat de motorrotor aandrijft. Er is dus een transformatie van elektrische energie in mechanische energie, die kan worden gebruikt in verschillende apparaten, mechanismen en zelfs in auto's.

Motor rotatie:

Classificatie van elektromotoren.

Bij wijze van eten:

DC-motoren- worden gevoed door gelijkstroombronnen.
AC-motoren- worden gevoed door wisselstroombronnen.
universele motoren- aangedreven door zowel gelijk- als wisselstroom.

Met opzet:

Collectormotor- een elektromotor waarin een borstel-collector-samenstel wordt gebruikt als rotorpositiesensor en een stroomschakelaar.

Borstelloze motor- een elektromotor bestaande uit: gesloten systeem, die gebruik maakt van: besturingssystemen (coördinatenomzetter), vermogenshalfgeleideromzetter (inverter), rotorpositiesensor (RPS).

Aangedreven door permanente magneten;
Met parallelschakeling van de anker- en bekrachtigingswikkelingen;
Met seriële aansluiting van anker- en bekrachtigingswikkelingen;
Met gemengde aansluiting van anker- en bekrachtigingswikkelingen;

Door het aantal fasen:

enkele fase- handmatig worden gestart, of hebben beginnen met opwinden of een faseverschuivende schakeling.
Twee fasen
Drie fase
meerfase

Door synchronisatie:

synchrone motor– AC elektromotor met synchrone beweging van het magnetische veld van de voedingsspanning en de rotor.
Asynchrone motor - een elektrische AC-motor met een verschillende bewegingsfrequentie van de rotor en het magnetische veld dat wordt gegenereerd door de voedingsspanning.

In het dagelijks leven zijn nutsvoorzieningen, in elke productie, elektromotoren een integraal onderdeel: pompen, airconditioners, ventilatoren, enz. Daarom is het belangrijk om de typen van de meest voorkomende elektromotoren te kennen.

Een elektromotor is een machine die elektrische energie omzet in mechanische energie. Hierbij komt warmte vrij, wat een bijwerking is.

Video: Classificatie van elektromotoren

Alle elektromotoren zijn in te delen in twee grote groepen:

DC-motoren
AC motoren.

Elektromotoren aangedreven door wisselstroom worden wisselstroommotoren genoemd, die twee varianten hebben:

synchrone- dit zijn die waarin de rotor en het magnetische veld van de voedingsspanning synchroon draaien.
asynchroon. Ze verschillen in de rotatiefrequentie van de rotor van de frequentie die wordt gecreëerd door de voedingsspanning van het magnetische veld. Ze zijn meerfasig, evenals een-, twee- en driefasig.
Stappenmotoren onderscheiden zich door het feit dat ze een eindig aantal rotorposities hebben. De vaste positie van de rotor ontstaat door de stroomtoevoer naar een bepaalde wikkeling. Door de spanning van de ene wikkeling af te halen en over te dragen naar een andere, wordt een overgang gemaakt naar een andere positie.

DC-motoren zijn motoren die worden aangedreven door gelijkstroom. Ze zijn, afhankelijk van het feit of ze al dan niet een borstel-opvanginrichting hebben, onderverdeeld in:

Collector ook, afhankelijk van het type excitatie, zijn er verschillende typen:

Opgewonden door permanente magneten.
Met parallelschakeling van aansluit- en ankerwikkelingen.
Met serieschakeling van anker en wikkelingen.
Met hun gemengde verbinding.

Dwarsdoorsnede van een gelijkstroommotor. Collector met borstels - rechts

Welke elektromotoren vallen onder de groep "DC motoren"

Zoals eerder vermeld, vormen DC-motoren een groep met collector- en borstelloze motoren, die zijn gemaakt in de vorm van een gesloten systeem, inclusief een rotorpositiesensor, een besturingssysteem en een vermogenshalfgeleideromvormer. Het werkingsprincipe van borstelloze elektromotoren is vergelijkbaar met het werkingsprincipe van asynchrone motoren. Installeer ze in huishoudelijke apparaten, zoals ventilatoren.

Wat is een collectormotor?

De lengte van de DC-motor is afhankelijk van de klasse. Bijvoorbeeld, als we zijn aan het praten ongeveer een klasse 400-motor, dan is de lengte 40 mm. Het verschil tussen elektrische collectormotoren en borstelloze tegenhangers is het gemak van fabricage en bediening, daarom zullen de kosten lager zijn. Hun kenmerk is de aanwezigheid van een borstel-collectorsamenstel, met behulp waarvan het rotorcircuit is verbonden met de circuits die zich in het stationaire deel van de motor bevinden. Het bestaat uit contacten op de rotor - een collector en borstels die ertegenaan zijn gedrukt, die zich buiten de rotor bevinden.

Rotor

Deze elektromotoren worden gebruikt in radiografisch bestuurbaar speelgoed: door spanning op de contacten van zo'n motor te zetten vanuit een gelijkstroombron (dezelfde batterij) wordt de as in beweging gebracht. En om de draairichting te veranderen, volstaat het om de polariteit van de geleverde voedingsspanning te veranderen. Licht van gewicht en afmetingen lage prijs en de mogelijkheid om het borstel-collectormechanisme te herstellen, maken deze elektromotoren het meest gebruikt in budgetmodellen, ondanks het feit dat het qua betrouwbaarheid aanzienlijk inferieur is aan het borstelloze, omdat vonken niet uitgesloten zijn, d.w.z. overmatige verhitting van bewegende contacten en hun snelle slijtage wanneer stof, vuil of vocht binnendringt.

In de regel wordt op de collector-elektromotor een markering aangebracht die het aantal omwentelingen aangeeft: hoe kleiner deze is, hoe groter de rotatiesnelheid van de as. Hij is overigens heel soepel verstelbaar. Maar er zijn ook hogesnelheidsmotoren van dit type, die niet onderdoen voor borstelloze motoren.

Voor- en nadelen van borstelloze motoren

In tegenstelling tot de beschreven elektromotoren is het beweegbare deel een stator met een permanente magneet (behuizing) en staat de rotor met een driefasenwikkeling stil.

De nadelen van deze DC-motoren zijn onder meer een minder soepele aanpassing van de assnelheid, maar ze kunnen in een fractie van een seconde de maximale snelheid bereiken.

De borstelloze motor is ondergebracht in een gesloten behuizing en is dus betrouwbaarder onder ongunstige bedrijfsomstandigheden, d.w.z. hij is niet bang voor stof en vocht. Bovendien wordt de betrouwbaarheid vergroot door de afwezigheid van borstels, evenals de snelheid waarmee de as roteert. Tegelijkertijd is het ontwerp van de motor complexer, daarom kan het niet goedkoop zijn. De kosten in vergelijking met de collector zijn twee keer zo hoog.

Een collectormotor die werkt op wissel- en gelijkstroom is dus veelzijdig, betrouwbaar, maar duurder. Hij is zowel lichter als kleiner dan een AC-motor met hetzelfde vermogen.

Aangezien AC-motoren aangedreven door 50 Hz (commerciële netvoeding) geen hoge frequenties toelaten (boven 3000 tpm), wordt indien nodig een collectormotor gebruikt.

Ondertussen is de hulpbron lager dan die van asynchrone AC-motoren, wat afhangt van de staat van de lagers en de isolatie van de wikkelingen.

Hoe een synchrone motor werkt

Synchrone machines worden vaak gebruikt als generatoren. Het werkt synchroon met de netfrequentie, dus het is met een omvormer en rotorpositiesensor, het is een elektronische analoog van een DC-collectormotor.

De structuur van een synchrone motor

Eigenschappen

Deze motoren zijn geen zelfstartende mechanismen, maar hebben externe invloeden nodig om snelheid te maken. Ze worden gebruikt in compressoren, pompen, rollende machines en soortgelijke apparatuur werksnelheid die niet hoger is dan vijfhonderd omwentelingen per minuut, maar een toename van het vermogen is vereist. Ze zijn vrij groot van formaat, hebben een "fatsoenlijk" gewicht en een hoge prijs.

Er zijn verschillende manieren om een synchroonmotor te starten:

Gebruik van een externe stroombron.
De start is asynchroon.

In het eerste geval met behulp van een hulpmotor, die een gelijkstroom-elektromotor of een driefasige inductiemotor kan zijn. Aanvankelijk wordt er geen gelijkstroom aan de motor geleverd. Het begint te draaien en bereikt bijna synchrone snelheid. Op dit punt wordt gelijkstroom toegepast. Na het sluiten van het magneetveld wordt de verbinding met de hulpmotor verbroken.

Bij de tweede optie is het noodzakelijk om een extra kortgesloten wikkeling in de poolstukken van de rotor te installeren, die het magnetische roterende veld kruist en daarin stromen induceert. Zij, in wisselwerking met het statorveld, roteren de rotor. Totdat het synchrone snelheid bereikt. Vanaf dit punt nemen het koppel en de EMF af, het magnetische veld sluit, waardoor het koppel teniet wordt gedaan.

Deze elektromotoren zijn minder gevoelig dan asynchrone voor spanningsschommelingen, ze hebben een hoge overbelastbaarheid, ze houden het toerental ongewijzigd onder elke belasting van de as.

Eenfasige elektromotor: apparaat en werkingsprincipe

Na het starten, met slechts één statorwikkeling (fase) en zonder een eigen omvormer, is een elektromotor die werkt op een enkelfasig wisselstroomnet asynchroon of enkelfasig.

Een enkelfasige elektromotor heeft een roterend deel - de rotor en een stationair deel - de stator, die het magnetische veld creëert dat nodig is voor de rotatie van de rotor.

Van de twee wikkelingen die zich in de statorkern ten opzichte van elkaar onder een hoek van 90 graden bevinden, neemt de werkende 2/3 van de groeven in beslag. Een andere wikkeling, die goed is voor 1/3 van de groeven, wordt de start (hulp) genoemd.

De rotor is ook een kortgesloten wikkeling. De staven van aluminium of koper zijn aan de uiteinden gesloten met een ring en de ruimte ertussen is gevuld met een aluminiumlegering. De rotor kan worden gemaakt in de vorm van een holle ferromagnetische of niet-magnetische cilinder.

Een enkelfasige elektromotor, waarvan het vermogen kan variëren van tientallen watt tot tientallen kilowatts, wordt gebruikt in huishoudelijke apparaten, geïnstalleerd in houtbewerkingsmachines, op transportbanden, in compressoren en pompen. Hun voordeel is de mogelijkheid om ze te gebruiken in ruimtes waar geen driefasig netwerk is. Qua ontwerp verschillen ze niet veel van driefasige asynchrone elektromotoren.

Het fenomeen van elektromagnetische inductie werd de basis voor de opkomst en ontwikkeling van alles elektrische machines. De ontdekker van dit fenomeen aan het einde van de 19e eeuw was Michael Faraday, een Engelse wetenschapper en experimentator. Hij deed experimenten met de eerste elektrische machines. Nu is het onmogelijk om ons leven zonder hen voor te stellen. Elektromotoren zijn een van de meest voorkomende elektrische machines geworden.

Voor de werking van een elektromotor is spanning nodig, waarvan de eigenschappen het ontwerp bepalen. De volgende elektromotoren werken op wisselspanning en stroom:

werken op constante spanning en stroom:

verzamelaar;
unipolair;
stepper.

Synchrone en asynchrone motoren

Synchrone en asynchrone elektromotoren hebben: algemene voorwaarden voor je werk. Hiervoor is een magnetisch veld nodig, waarvan de maximale waarde in de ruimte beweegt. Zo'n veld kan worden gemaakt door twee of een groot aantal windingen. Gemeenschappelijke ontwerpen van synchrone en asynchrone elektromotoren bevatten twee of drie wikkelingen.

Ze zijn geplaatst op massieve ferrimagnetische kernen die het magnetische veld versterken. Voor drie wikkelingen wordt driefasige spanning gebruikt, voor twee wikkelingen - tweefasig of één fase met een faseverschuivende condensator. Maar met zo'n condensator kunnen ook draaistroommotoren worden aangesloten op een enkelfasig netwerk.

Als de rotor van een elektromotor een constant magnetisch veld creëert, hetzij door permanente magneten, hetzij door een in de rotor ingebouwde gelijkstroombron, of door externe bron Gelijkstroomvoeding via ringen met borstels, zo'n motor is synchroon. Daarin zijn de frequentie van omwentelingen en de frequentie van de spanning van de stroombron hetzelfde. Asynchrone motoren gebruiken een niet-magnetische rotor zonder uitgesproken polen, borstelringen, ingebouwde gelijkrichters en gecombineerde onderdelen van verschillende materialen. Een uitzondering is de synchrone hysteresemotor.

De rotor van een inductiemotor werkt als de secundaire wikkeling van een transformator, die is kortgesloten. Maar de stroom in zijn rotor kan alleen optreden bij een langzamere rotatie in vergelijking met het magnetische veld van de stator. Dit snelheidsverschil wordt slip genoemd. De eenvoud van het ontwerp en de bijbehorende betrouwbaarheid maken de asynchrone elektromotor de meest gebruikte motor.

Verzamelmachines

Synchrone en asynchrone elektromotoren hebben echter één onoverkomelijk nadeel: de frequentie van de voedingsspanning. Het bepaalt de rotatiesnelheid van het magnetische veld en de as in deze motoren. Geen enkele ontwerpwijziging daarin bij een bepaalde frequentie van de voedingsspanning kan geen assnelheid bereiken die groter is dan de frequentie van de voedingsspanning. Als een hoger toerental vereist is, worden collector-elektromotoren gebruikt.

Deze motoren hebben constant schakelen collector wikkelingen. Elke wikkeling is in wezen een frame met stroom, dat, zoals bekend uit de experimenten van Faraday, in een magnetisch veld roteert. Maar één frame zal draaien en stoppen. Daarom zijn er verschillende frames - wikkelingen, en elk komt overeen met een paar platen in de collector. Stroom wordt geleverd door borstels die langs de collector glijden.

Het ontwerp van een dergelijke elektromotor stelt u in staat om te werken vanuit een bron van gelijk- of wisselspanning, die stroom levert in zowel de stator als de rotor. Bij een wisselspanning verandert de richting van de stroom in de stator en rotor gelijktijdig en daardoor blijft de richting van de kracht die de rotor draait behouden. De frequentie van de voedingsspanning heeft op geen enkele manier invloed op de rotorsnelheid. Het hangt alleen af van de spanning die de elektromotor voedt. Het glijdende contact van de borstel met de commutator beperkt de mogelijkheden van deze elektromotoren in termen van levensduur en plaats van toepassing, aangezien vonken in de borstels het glijdende contact snel vernietigen en onaanvaardbaar zijn in omstandigheden met verhoogd explosiegevaar.

Unipolaire en stepping-opties

Er zijn echter ontwerpen van DC-elektromotoren waarin er geen collector is. Dit zijn unipolaire elektromotoren.

Bij deze elektromotoren is de rotor gemaakt in de vorm van een schijf die zich tussen de polen van permanente magneten bevindt. Borstels die zich diametraal tegenover elkaar bevinden, voeden de schijf - de rotor. Onder invloed van de Lorentzkracht draait de schijf. Ondanks de aantrekkelijke eenvoud van het ontwerp, heeft een dergelijke elektromotor geen breed praktisch nut, omdat deze te hoge waarden van stroom en magnetisch veld vereist. Er zijn echter unieke laboratoriumontwikkelingen van unipolaire elektromotoren met vloeibare metalen borstels die snelheden ontwikkelen die ondenkbaar zijn voor andere motorontwerpen.

Een stappenmotor is een ander DC-aangedreven ontwerp.

Over het algemeen is deze motor vergelijkbaar met een synchrone elektromotor met een permanentmagneetrotor. Het verschil is dat het aantal wikkelingen hier groter is en dat ze worden bestuurd door toetsen die spanning aan elke wikkeling leveren. Als gevolg hiervan verandert de rotor van positie, aangetrokken door de aangesloten wikkeling. Het aantal wikkelingen bepaalt minimale hoek rotatie van de rotor en commutators - de rotatiesnelheid van de rotor. In een stappenmotor kan de rotor bijna overal draaien als de toetsen zijn aangesloten op elektronische schakeling beheer.

De weloverwogen ontwerpen van elektromotoren zijn eenvoudig. Op basis daarvan zijn er veel speciale soorten elektromotoren gemaakt om bepaalde problemen op te lossen. Maar dat is een heel ander verhaal...

Inhoud:

Het uitvoeren van mechanisch werk is het belangrijkste proces in onze materiële wereld. Om deze reden is het uiterlijk van elektromotoren geworden: grote gebeurtenis bij de ontwikkeling van de menselijke beschaving. Het waren deze apparaten die de hele lading droegen. industriële productie. Dit zorgde uiteindelijk voor de zogenaamde wetenschappelijke en technologische revolutie. In alle elektrische motoren is het ontwerp gebaseerd op de ontdekking van de interactie van draden met een elektrische stroom die er doorheen gaat.

Over welke resultaten zijn bereikt in de tijd die is verstreken sinds deze ontdekking, en zullen aan onze lezers worden verteld. Bedenk dat de interactie van draden die worden aangedreven door een elektrische stroom, in 1820 werd ontdekt door André Ampère. Na dit evenement is een ontwerp gemaakt dat deze interactie zou kunnen versterken - een solenoïde. Een spoel met een ferromagnetische kern, bij het naderen van een permanente magneet of een andere soortgelijke spoel, werkte daarop met aanzienlijke kracht. Daarom bleef het alleen over om met zo'n constructieve oplossing te komen die de interactie van de elektromagneten zou maximaliseren en het zou geven noodzakelijke richting.

Elektriciteit omzetten in mechanisch werk

De twee elektromagneten kunnen zowel aantrekken als afstoten. Hun interactie wordt bepaald door de polen. Dezelfde namen stoten af, andere trekken elkaar aan. Daarom is het niet moeilijk om te raden naar een constructieve oplossing waarmee u de rotatie van de as kunt krijgen:

De as en solenoïde zijn gecombineerd tot een stijve structuur. De solenoïde is zo gepositioneerd dat de gegenereerde magnetische veldlijnen loodrecht op de rotatie-as van de as staan. Het resulterende motorelement wordt een rotor genoemd, evenals een inductor.
Rondom de rotor bevinden zich verschillende andere elektromagneten om deze aan te trekken. Om ervoor te zorgen dat de richting expliciet wordt ingesteld en de rotatie uniform is, moeten er ten minste drie zijn. Het resulterende element van de motor wordt de stator genoemd.
stator of rotor verschillende ontwerpen motoren kunnen ook de naam anker hebben. De essentie van het elektromotoranker ligt in zijn gelijkenis met zijn naamgenoot van het schip. Een scheepsanker wordt gekenmerkt door een ketting die het met het schip verbindt. En de structuur van het anker van een elektrische motor omvat ofwel een rotor of een stator, evenals een daaraan bevestigd elektrisch snoer. Het wordt gebruikt om verbinding te maken met de voeding. Dat wil zeggen, in plaats van een anker met een ketting, een rotor of een stator met een netsnoer wordt verkregen - dit is hun gelijkenis en de oorsprong van de naam van het motorelement.
De stator is gemaakt van stalen platen die het vermogensverlies door wervelstromen verminderen. Het resultaat is een structuur van wikkelingen met kernen, die de rotor omsluiten. Ze vormen een cilindrisch gat. Het bevat een cilindrische rotor met enige speling ten opzichte van de stator. Dit ontwerp van elektromotoren komt het meest voor.

Om sommige problemen op te lossen, is het echter noodzakelijk om andere structuren te gebruiken. Dit kan bijvoorbeeld de ligging van de rotor buiten de stator zijn of het ontbreken van een as door de lineaire beweging van de motorelementen ten opzichte van elkaar.

De eenvoudigste lineaire motor is een elektromagneet met een intrekbare kern. Om de beweging van het bewegende deel van de lineaire schuif nauwkeuriger te regelen, gebruikt het het vereiste aantal op elkaar inwerkende magnetische elementen. Elektromagneten kunnen alle of een deel ervan zijn - dit zijn permanente magneten.

Zoals uit de beschouwde voorbeelden blijkt, maakt het werkingsprincipe van een elektromotor gebruik van magnetische velden. Ze zijn een gevolg van zowel gelijkstroom als wisselstroom. Maar in ieder geval is het werkingsprincipe van de elektromotor de omzetting van elektriciteit in bewegingsenergie.

AC-voeding

De AC-motor wordt het meest gebruikt. Dit komt door de wisselspanning in de meeste elektrische netwerken. AC-motoren worden erop aangesloten met een minimum aantal extra apparaten. Voor elk van de apparaten zijn betrouwbaarheid en duurzaamheid de belangrijkste eigenschappen. Hiervoor moet het ontwerp een minimum aan potentieel kwetsbare elementen bevatten. Contacten zijn de belangrijkste daarvan. Minder contacten - meer betrouwbaarheid.

Het apparaat en het werkingsprincipe van de elektromotor met maximale betrouwbaarheid zijn gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische inductie. Dit fenomeen wordt gebruikt in transformatoren. Creatie van galvanisch gescheiden elektrische circuits Dit is hun belangrijkste doel. Evenzo worden galvanisch gescheiden stator- en rotorcircuits gecreëerd. Alleen de statorwikkelingen worden bekrachtigd. De elektromagnetische inductie die in de rotor ontstaat, leidt tot de interactie van magnetische velden. Maar het werkingsprincipe van een AC-motor is niet alleen inductie. Daarnaast moet er een voorwaarde zijn die ervoor zorgt dat er een unidirectionele kracht ontstaat, zonder welke rotatie onmogelijk is. Dit vereist de ruimtelijke verplaatsing van het elektromagnetische veld.

Hiertoe biedt het AC-motorapparaat een van de volgende: constructieve oplossingen:

gebruik van een enkelfasige wisselspanningsbron met een faseverschuivend element met twee paar polen;
aansluiting op een driefasige stroombron van statorwikkelingen met drie paar polen;
het gebruik van een schakelaar die de op elkaar inwerkende wikkelingen schakelt.

Aangedreven door een bewegend magnetisch veld

Een elektromotor, waarvan het werkingsprincipe wordt bepaald door elektromagnetische inductie, werkt als volgt. Er zijn geen contacten in de rotor. Een wisselend magnetisch veld met een maximale beweging rond de rotor veroorzaakt stromen daarin die hun eigen elektromagnetische veld creëren. Het bestaan van deze stromen is alleen mogelijk wanneer de rotor achterblijft bij het bewegende maximum van het elektromagnetische veld van de stator.

Anders zal elektromagnetische inductie niet werken, waarvan de voorwaarde de kruising is krachtlijnen en dirigent. Motoren waarbij de bewegingssnelheden van de stator- en rotorvelden van elkaar verschillen, worden asynchroon genoemd. Asynchrone motor, waarvan het apparaat hieronder wordt weergegeven, heeft in principe hetzelfde statorontwerp, maar verschillende varianten rotorprestaties.

De meest voorkomende zijn de eekhoornkooirotor en het andere ontwerp, de "eekhoornkooi". In de laatste versie van de rotor wordt een efficiëntere inductie verkregen. Het ontwerp is echter ook minder technologisch geavanceerd. Maar in deze twee varianten van een asynchrone motor is er maar één nadeel: een grote startstroom.

Om het opstartproces te regelen, was een derde rotorontwerp nodig, "fase" genaamd. Maar als het ergens is aangekomen, betekent het dat het ergens is vertrokken. De faserotor heeft contacten - ringen en borstels. En de contacten het hoofdprobleem Elektrotechniek. Winst in efficiëntie, we verliezen in duurzaamheid en operatie kosten. Borstels en ringen hebben onderhoud en periodieke vervanging nodig, waardoor de faserotor veel minder vaak wordt gebruikt. De komst van krachtige halfgeleiderapparaten maakt het mogelijk om elke asynchrone motor aan te passen binnen de schakelmogelijkheden van deze apparaten. Daarom is de faserotor tegenwoordig een archaïsch ontwerp.

Maar als de rotor is gemaakt van een speciaal materiaal dat enige restmagnetisatie heeft, zullen de snelheden van het statorveld en de rotatie van de rotor hetzelfde worden. Onder invloed van de stator in de rotor van een dergelijke motor kunnen vanwege de eigenschappen van het materiaal geen stromen optreden met een waarde die voldoende is voor beweging. Maar dit is niet nodig. Het materiaal kan het externe elektromagnetische veld vermenigvuldigen en een permanente magneet worden. En zo'n magnetische rotor zal het elektromagnetische veld van de stator volgen. Zo'n motor wordt synchrone hysterese genoemd.

Helaas heeft de hysteresisrotor hoge materiaalkosten. En aangezien het vermogen van de motor rechtstreeks verband houdt met zijn grootte, worden vanwege de hoge prijs geen grote en krachtige synchrone motoren met een hysteresisrotor geproduceerd. In plaats daarvan wordt een permanente elektromagneet gemaakt met kracht door de ringen. Dus minder betrouwbaar, maar veel goedkoper.

Het toerental van synchrone en asynchrone motoren bepaalt de frequentie van de voedingsspanning en het aantal poolparen. Deze functie is hun grootste nadeel. De netfrequentie is immers 50-60 Hz en zonder het gebruik van extra apparatuur waarmee de motor moet worden aangesloten, is het onmogelijk om deze te veranderen. En dit bemoeilijkt en verhoogt de installatiekosten enorm. Om deze reden wordt in een gecontroleerde elektrische aandrijving een andere motor gebruikt om een breed scala aan snelheidsregeling mogelijk te maken, wat later zal worden besproken.

Om te begrijpen hoe een elektromotor met een collector werkt, moet men zich wenden tot experimenten met een frame dat zich tussen de polen van de magneten bevindt. Dit is een klassieke ervaring om de interactie van een geleider met stroom en een magnetisch veld te demonstreren. Onderstaande afbeeldingen laten duidelijk het resultaat van deze interactie zien.

Maar de kracht die het frame roteert, hangt af van zijn positie ten opzichte van de polen. Terwijl je draait, neemt het geleidelijk af. En om deze reden stopt het frame. Om de rotatie door te laten gaan, heeft een bepaald frame-ontwerp met magneten meer frames nodig. Bovendien is elk van hen verbonden met een eigen paar sleepcontacten. Ze worden gevormd door een paar borstels en een paar platen - lamellen.

De motor, die het principe van framerotatie in een magnetisch veld implementeert, bevat een rotor met een groot aantal windingen - frames. De lamellen worden gemonteerd in een speciale structureel element- verzamelaar. Als het magnetische veld wordt opgewekt door permanente magneten, is rotatie alleen mogelijk met een constante spanning op de commutatorborstels. Dit is de gelijkstroommotor (afgekort DCT).

Het rotortoerental van deze motor is alleen afhankelijk van de spanning op de collectorborstels. Als in plaats daarvan permanente magneet een elektromagneet toepassen, krijg je een universele motor die zowel op constante als op wisselspanning kan werken. De polariteit van de stator en rotor zal tegelijkertijd veranderen, waarbij de richting van de kracht die de rotor roteert, behouden blijft. Een universele motor is dezelfde motor die veel wordt gebruikt in frequentieregelaars.

Een verscheidenheid aan DPT en een universele motor kan worden beschouwd als een unipolaire motor. Het ontwerp heeft geen collector, maar er zijn borstels. De komst van krachtige halfgeleiderapparaten maakte het mogelijk om rotoren te maken zonder ringen en collectoren. Maar tegelijkertijd is het werkingsprincipe van de elektromotor niet veranderd.