Hva er en elektrisk motorstator. Elektrisk motor - prinsippet om drift av en elektrisk motor

En elektrisk motor er en elektrisk enhet for konvertering elektrisk energi til mekanisk. I dag er elektriske motorer mye brukt i industrien for å drive ulike maskiner og mekanismer. PÅ husstand de er installert i vaskemaskin, kjøleskap, juicer, kjøkkenmaskin, vifter, elektriske barbermaskiner, etc. Elektriske motorer satt i bevegelse enheter og mekanismer koblet til den.

I denne artikkelen vil jeg snakke om de vanligste typene og prinsippene for drift av AC-elektriske motorer, mye brukt i garasjen, husholdningen eller verkstedet.

Hvordan en elektrisk motor fungerer

Motoren fungerer basert på effekten oppdaget av Michael Faraday i 1821. Han gjorde oppdagelsen at når han samhandlet elektrisk strøm en kontinuerlig rotasjon kan oppstå i lederen og magneten.

Hvis i et jevnt magnetfelt lokalisere i vertikal posisjon rammen og føre en strøm gjennom den, så vil det oppstå et elektromagnetisk felt rundt lederen, som vil samhandle med polene til magnetene. Rammen vil bli frastøtt fra den ene og tiltrukket av den andre.

Som et resultat vil rammen rotere til en horisontal posisjon, der det vil være null påvirkning magnetfelt til konduktøren. For at rotasjonen skal fortsette, må du legge til en annen ramme i vinkel eller endre retningen på strømmen i rammen til rett tid.

På figuren er dette gjort ved hjelp av to halvringer, som kontaktplatene fra batteriet grenser til. Som et resultat, etter at en halv omdreining er fullført, endres polariteten og rotasjonen fortsetter.

I moderne elektriske motorer i stedet for permanente magneter, brukes induktorer eller elektromagneter for å skape et magnetfelt. Hvis du demonterer en motor, vil du se kveilede spoler av tråd belagt med isolerende lakk. Disse svingene er en elektromagnet eller, som de også kalles, en eksitasjonsvikling.

Hjemme permanentmagneter brukes i batteridrevne barneleker.

I andre kraftigere motorer bruker kun elektromagneter eller viklinger. Den roterende delen med dem kalles rotoren, og den faste delen kalles statoren.

Typer elektriske motorer

I dag finnes det ganske mange elektriske motorer av forskjellige design og typer. De kan deles etter type strømforsyning:

Vekselstrøm opererer direkte fra strømnettet.
Likestrøm som går på batterier, batterier, strømforsyninger eller andre likestrømskilder.

I henhold til arbeidsprinsippet:

Synkron, der det er viklinger på rotoren og en børstemekanisme for å tilføre elektrisk strøm til dem.
Asynkron, den enkleste og vanligste motortypen. De har ikke børster og viklinger på rotoren.

En synkronmotor roterer synkront med magnetfeltet som roterer den, mens for en asynkronmotor roterer rotoren saktere enn det roterende magnetfeltet i statoren.

Prinsippet for drift og enheten til en asynkron elektrisk motor

I en asynkron pakke motor, statorviklinger legges (for 380 volt vil det være 3 av dem), som skaper et roterende magnetfelt. Endene deres for tilkobling bringes ut til en spesiell rekkeklemme. Viklingene avkjøles takket være en vifte montert på akselen i enden av motoren.

Rotor, som er integrert med skaftet, er laget av metallstenger, som er lukket for hverandre på begge sider, og det er derfor det kalles kortsluttet.
Takket være denne utformingen er det ikke behov for hyppig periodisk vedlikehold og utskifting av strømførende børster, pålitelighet, holdbarhet og pålitelighet øker kraftig.

Som oftest, hovedårsaken til feilen asynkronmotor er slitasjen på lagrene der akselen roterer.

Driftsprinsipp. For at en asynkronmotor skal fungere, er det nødvendig at rotoren roterer langsommere enn statorens elektromagnetiske felt, som et resultat av at en EMF induseres (en elektrisk strøm oppstår) i rotoren. Her viktig tilstand, hvis rotoren roterte med samme hastighet som magnetfeltet, så i den, i henhold til loven elektromagnetisk induksjon ingen EMF ville bli indusert, og derfor ville det ikke være noen rotasjon. Men i virkeligheten, på grunn av lagerfriksjon eller akselbelastning, vil rotoren alltid rotere langsommere.

De magnetiske polene roterer konstant i motorviklingene, og retningen til strømmen i rotoren endres hele tiden. På et tidspunkt vises for eksempel strømretningen i stator- og rotorviklingene skjematisk i form av kryss (strømmen flyter fra oss) og prikker (strøm til oss). Det roterende magnetfeltet vises som en stiplet linje.

For eksempel, Hvordan virker det en sirkelsag . Hun har høyest hastighet uten last. Men så snart vi begynner å kutte brettet, synker rotasjonshastigheten og samtidig begynner rotoren å rotere saktere i forhold til det elektromagnetiske feltet og, i henhold til lovene i elektroteknikk, begynner en enda større EMF-verdi å bli indusert i det. Strømmen som forbrukes av motoren øker og den begynner å virke full kraft. Hvis belastningen på akselen er så stor at den stanser, kan det oppstå skade på ekorn-burrotoren på grunn av den maksimale verdien av EMF indusert i den. Derfor er det viktig å velge en motor med passende kraft. Hvis du tar mer, vil energikostnadene være uberettiget.

Rotorhastighet avhenger av antall stolper. Med 2 poler vil rotasjonshastigheten være lik rotasjonshastigheten til magnetfeltet, lik maksimalt 3000 omdreininger per sekund ved en nettfrekvens på 50 Hz. For å redusere hastigheten med halvparten, er det nødvendig å øke antall poler i statoren til fire.

En betydelig ulempe med asynkron motorer er at de betjenes ved å justere rotasjonshastigheten til akselen bare ved å endre frekvensen til den elektriske strømmen. Og derfor er det ikke mulig å oppnå en konstant akselhastighet.

Prinsippet for drift og enheten til en synkron AC-motor

Denne typen elektrisk motor brukes i hverdagen der det er nødvendig. konstant hastighet rotasjon, muligheten for justering, samt om en rotasjonshastighet på mer enn 3000 rpm er nødvendig (dette er maksimum for asynkron).

Synkronmotorer er installert i elektroverktøy, støvsugere, vaskemaskiner, etc.

I tilfelle av en synkron AC-motorviklinger er plassert (3 i figuren), som også er viklet på rotoren eller ankeret (1). Deres konklusjoner er loddet til sektorene til sleperingen eller samleren (5), som aktiveres ved hjelp av grafittbørster (4). Dessuten er konklusjonene ordnet slik at børstene alltid leverer spenning til bare ett par.

Mest hyppige sammenbrudd samlemotorer er:

Børsteslitasje eller dårlig kontakt på grunn av svekkelse av klemfjæren.
Samlerforurensning. Rengjør med enten alkohol eller nullslipepapir.
Lagerslitasje.

Driftsprinsipp. Dreiemomentet i den elektriske motoren skapes som et resultat av samspillet mellom ankerstrømmen og den magnetiske fluksen i feltviklingen. Ettersom retningen til vekselstrømmen endres, vil retningen også endres. magnetisk fluks samtidig i skrog og anker, slik at rotasjonen alltid vil være i samme retning.

Definisjon.

Elektrisk motor- en mekanisme eller en spesiell maskin designet for å konvertere elektrisk energi til mekanisk energi, der varme også frigjøres.

Bakgrunn.

Allerede i 1821 demonstrerte den berømte britiske vitenskapsmannen Michael Faraday prinsippet om transformasjon elektromagnetisk felt elektrisk energi til mekanisk energi. Installasjonen besto av en opphengt wire, som ble dyppet i kvikksølv. Magneten ble installert i midten av kolben med kvikksølv. Når kretsen ble lukket, begynte ledningen å rotere rundt magneten, og demonstrerte hva som var rundt ledningen, el. strøm, genereres et elektrisk felt.

Denne modellen av motoren ble ofte demonstrert på skoler og universiteter. Denne motoren regnes som den enkleste typen av hele klassen av elektriske motorer. Deretter fikk han en fortsettelse i form av Barlov's Wheel. Den nye enheten var imidlertid kun av demonstrasjonskarakter, siden strømmen som ble generert av den var for liten.

Forskere og oppfinnere jobbet med motoren for å kunne bruke den i produksjonsbehov. Alle forsøkte å sikre at kjernen i motoren beveget seg i et magnetisk felt på en rotasjons-translasjonell måte, på samme måte som et stempel i en sylinder. dampmaskin. Den russiske oppfinneren B.S. Jacobi gjorde alt mye enklere. Prinsippet for driften av motoren hans var den alternative tiltrekningen og frastøtingen av elektromagneter. Noen av elektromagnetene ble drevet av et galvanisk batteri, og retningen på strømstrømmen i dem endret seg ikke, mens den andre delen ble koblet til batteriet gjennom en bryter, på grunn av hvilken retningen på strømstrømmen endret seg gjennom hver omdreining . Polariteten til elektromagnetene endret seg, og hver av de bevegelige elektromagnetene ble enten tiltrukket eller frastøtt av den tilsvarende stasjonære elektromagneten. Skaftet var i bevegelse.

I utgangspunktet var motoreffekten liten og utgjorde kun 15 W, etter forbedringer klarte Jacobi å øke effekten til 550 W. 13. september 1838 seilte en båt utstyrt med denne motoren med 12 passasjerer langs Neva, mot strømmen. , mens du utvikler en hastighet på 3 km/t Motoren ble drevet av et stort batteri bestående av 320 galvaniske celler. Kraften til moderne elektriske motorer overstiger 55 kW. Om spørsmålet om kjøp av elektriske motorer.

Driftsprinsipp.

Driften av en elektrisk maskin er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon (EMI). EMR-fenomenet ligger i det faktum at med enhver endring i den magnetiske fluksen som trenger inn i en lukket krets, dannes en induksjonsstrøm i den (kretsen).

Selve motoren består av en rotor (bevegelig del - magnet eller spole) og en stator (fast del - spole). Oftest er utformingen av motoren to spoler. Statoren er foret med en vikling, som faktisk strømmer gjennom. Strømmen genererer et magnetfelt som påvirker den andre spolen. I den, på grunn av EMP, dannes det også en strøm, som genererer et magnetfelt som virker på den første spolen. Og så gjentas alt i en lukket syklus. Som et resultat skaper samspillet mellom rotor- og statorfelt et dreiemoment som driver motorrotoren. Dermed er det en transformasjon av elektrisk energi til mekanisk energi, som kan brukes i ulike enheter, mekanismer og til og med i biler.

Motorrotasjon

Klassifisering av elektriske motorer.

Ved å spise:

DC-motorer- drives av likestrømskilder.
AC motorer- drives av vekselstrømkilder.
universalmotorer- drives av både like- og vekselstrøm.

Av design:

Samlermotor- en elektrisk motor der en børstesamlerenhet brukes som en rotorposisjonssensor og en strømbryter.

Børsteløs motor- en elektrisk motor bestående av lukket system, som bruker: kontrollsystemer (koordinatomformer), krafthalvlederomformer (inverter), rotorposisjonssensor (RPS).

Drevet av permanente magneter;
Med parallellkobling av anker og eksitasjonsviklinger;
Med seriekobling av armatur og eksitasjonsviklinger;
Med blandet tilkobling av armatur og eksitasjonsviklinger;

Etter antall faser:

enkel fase- startes manuelt, eller har starter viklingen eller en faseskiftende krets.
To-fase
Trefase
Polyfase

Ved synkronisering:

Synkron motor– AC elektrisk motor med synkron bevegelse av magnetfeltet til forsyningsspenningen og rotoren.
Asynkron motor - en elektrisk vekselstrømsmotor med en annen bevegelsesfrekvens for rotoren og magnetfeltet som genereres av forsyningsspenningen.

I hverdagen er verktøy, i enhver produksjon, elektriske motorer en integrert del: pumper, klimaanlegg, vifter, etc. Derfor er det viktig å kjenne til typene av de vanligste elektriske motorene.

En elektrisk motor er en maskin som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. Dette genererer varme, som er en bivirkning.

Video: Klassifisering av elektriske motorer

Alle elektriske motorer kan deles inn i to store grupper:

DC-motorer
AC motorer.

Elektriske motorer drevet av vekselstrøm kalles vekselstrømsmotorer, som har to varianter:

Synkron- dette er de der rotoren og magnetfeltet til forsyningsspenningen roterer synkront.
Asynkron. De skiller seg i rotasjonsfrekvensen til rotoren fra frekvensen som skapes av forsyningsspenningen til magnetfeltet. De er flerfasede, så vel som en-, to- og trefasede.
Trinnmotorer utmerker seg ved at de har et begrenset antall rotorposisjoner. Den faste posisjonen til rotoren oppstår på grunn av tilførsel av strøm til en viss vikling. Ved å fjerne spenningen fra en vikling og overføre den til en annen, gjøres en overgang til en annen posisjon.

DC-motorer er de som drives av likestrøm. De, avhengig av om de har en børstesamlerenhet eller ikke, er delt inn i:

Samler, avhengig av type eksitasjon, er det flere typer:

Begeistret av permanente magneter.
Med parallellkobling av kobling og armaturviklinger.
Med seriekobling av armatur og viklinger.
Med deres blandede tilknytning.

Tverrsnitt av en DC-motor. Samler med børster - høyre

Hvilke elektriske motorer er inkludert i gruppen "DC-motorer"

Som allerede nevnt utgjør DC-motorer en gruppe som inkluderer kollektor- og børsteløse motorer, som er laget i form av et lukket system, inkludert en rotorposisjonssensor, et kontrollsystem og en krafthalvlederomformer. Prinsippet for drift av børsteløse elektriske motorer ligner på prinsippet for drift av asynkrone motorer. Installer dem i husholdningsapparater, for eksempel vifter.

Hva er en samlemotor

Lengden på DC-motoren avhenger av klassen. For eksempel hvis vi snakker om en klasse 400-motor, vil lengden være 40 mm. Forskjellen mellom elektriske samlemotorer og børsteløse motstykker er enkel produksjon og betjening, derfor vil kostnadene være lavere. Deres funksjon er tilstedeværelsen av en børstesamlerenhet, ved hjelp av hvilken rotorkretsen er koblet til kretsene plassert i den stasjonære delen av motoren. Den består av kontakter plassert på rotoren - en samler og børster presset mot den, plassert utenfor rotoren.

Rotor

Disse elektriske motorene brukes i radiostyrte leker: ved å legge spenning på kontaktene til en slik motor fra en likestrømkilde (samme batteri), settes akselen i bevegelse. Og for å endre rotasjonsretningen, er det nok å endre polariteten til den medfølgende forsyningsspenningen. Lett vekt og dimensjoner lav pris og muligheten for å gjenopprette børstesamlermekanismen gjør disse elektriske motorene til de mest brukte i budsjettmodeller, til tross for at den er betydelig dårligere i pålitelighet enn den børsteløse, siden gnistdannelse ikke er utelukket, dvs. overdreven oppvarming av bevegelige kontakter og deres raske slitasje når støv, smuss eller fuktighet kommer inn.

Som regel påføres en markering som indikerer antall omdreininger på kollektorelektromotoren: jo mindre den er, desto større er akselens rotasjonshastighet. Den er forresten veldig smidig justerbar. Men det finnes også høyhastighetsmotorer av denne typen, ikke dårligere enn børsteløse.

Fordeler og ulemper med børsteløse motorer

I motsetning til de som er beskrevet, for disse elektriske motorene, er den bevegelige delen en stator med en permanent magnet (hus), og rotoren med en trefasevikling er stasjonær.

Ulempene med disse DC-motorene inkluderer mindre jevn justering av akselhastigheten, men de er i stand til å oppnå maksimal hastighet på et brøkdel av et sekund.

Den børsteløse motoren er plassert i et lukket hus, så den er mer pålitelig under ugunstige driftsforhold, dvs. han er ikke redd for støv og fuktighet. I tillegg økes påliteligheten på grunn av fraværet av børster, og det samme er hastigheten som akselen roterer med. Samtidig er utformingen av motoren mer kompleks, derfor kan den ikke være billig. Prisen sammenlignet med samleren er dobbelt så høy.

Dermed er en kollektormotor som opererer på veksel- og likestrøm allsidig, pålitelig, men dyrere. Den er både lettere og mindre enn en AC-motor med samme effekt.

Siden AC-motorer drevet av 50 Hz (kommersiell nettforsyning) ikke tillater høye frekvenser (over 3000 rpm), brukes en kollektormotor om nødvendig.

I mellomtiden er ressursen lavere enn for asynkrone AC-motorer, som avhenger av tilstanden til lagrene og isolasjonen til viklingene.

Hvordan en synkronmotor fungerer

Synkronmaskiner brukes ofte som generatorer. Den fungerer synkront med nettfrekvensen, så det er med en inverter og rotorposisjonssensor, det er en elektronisk analog til en DC-kollektormotor.

Strukturen til en synkronmotor

Egenskaper

Disse motorene er ikke selvstartende mekanismer, men krever ytre påvirkning for å få opp farten. De brukes i kompressorer, pumper, rullende maskiner og lignende utstyr arbeidshastighet som ikke overstiger fem hundre omdreininger i minuttet, men en økning i kraft er nødvendig. De er ganske store i størrelse, har en "anstendig" vekt og høy pris.

Det er flere måter å starte en synkronmotor på:

Bruke en ekstern strømkilde.
Starten er asynkron.

I det første tilfellet, ved hjelp av en hjelpemotor, som kan være en DC-elektrisk motor eller en trefase induksjonsmotor. Til å begynne med tilføres ikke likestrøm til motoren. Den begynner å rotere, og når nær synkron hastighet. På dette tidspunktet tilføres likestrøm. Etter lukking av magnetfeltet brytes forbindelsen med hjelpemotoren.

I det andre alternativet er det nødvendig å installere en ekstra kortsluttet vikling i rotorens polstykker, som krysser som det magnetiske rotasjonsfeltet induserer strømmer i den. De, i samspill med statorfeltet, roterer rotoren. Helt til den når synkron hastighet. Fra dette tidspunktet reduseres dreiemomentet og EMF, magnetfeltet lukkes, noe som opphever dreiemomentet.

Disse elektriske motorene er mindre følsomme enn asynkrone for spenningssvingninger, har høy overbelastningskapasitet og holder konstant hastighet under enhver belastning på akselen.

Enfase elektrisk motor: enhet og operasjonsprinsipp

Etter start, ved bruk av bare en statorvikling (fase) og ikke trenger en privat omformer, er en elektrisk motor som opererer fra en enfaset vekselstrøm asynkron eller enfaset.

En enfaset elektrisk motor har en roterende del - rotoren og en stasjonær del - statoren, som skaper det magnetiske feltet som er nødvendig for rotasjonen av rotoren.

Av de to viklingene som er plassert i statorkjernen til hverandre i en vinkel på 90 grader, opptar den arbeidende 2/3 av sporene. En annen vikling, som utgjør 1/3 av sporene, kalles start (hjelpemiddel).

Rotoren er også en kortsluttet vikling. Stengene laget av aluminium eller kobber er lukket i endene med en ring, og rommet mellom dem er fylt med aluminiumslegering. Rotoren kan være laget i form av en hul ferromagnetisk eller ikke-magnetisk sylinder.

En enfaset elektrisk motor, hvis kraft kan være fra titalls watt til titalls kilowatt, brukes i husholdningsapparater, installert i trebearbeidingsmaskiner, på transportbånd, i kompressorer og pumper. Fordelen deres er muligheten for å bruke dem i rom der det ikke er trefaset nettverk. Ved design skiller de seg ikke mye fra trefasede asynkrone elektriske motorer.

Fenomenet elektromagnetisk induksjon ble grunnlaget for fremveksten og utviklingen av alle elektriske maskiner. Oppdageren av dette fenomenet på slutten av 1800-tallet var Michael Faraday, en engelsk vitenskapsmann og eksperimentator. Han utførte eksperimenter med de første elektriske maskinene. Nå er det umulig å forestille seg livet vårt uten dem. Elektriske motorer har blitt en av de vanligste elektriske maskinene.

For drift av en elektrisk motor er spenning nødvendig, hvis egenskaper bestemmer utformingen. Følgende elektriske motorer fungerer på vekselspenning og strøm:

arbeid med konstant spenning og strøm:

samler;
unipolar;
stepper.

Synkrone og asynkrone motorer

Synkrone og asynkrone elektriske motorer har Generelle vilkår og betingelser for arbeidet ditt. Dette krever et magnetfelt, hvis maksimalverdi beveger seg i rommet. Et slikt felt kan opprettes av to eller et stort antall viklinger. Vanlige design av synkrone og asynkrone elektriske motorer inneholder to eller tre viklinger.

De er plassert på massive ferrimagnetiske kjerner som forsterker magnetfeltet. For tre viklinger brukes trefasespenning, for to viklinger - tofaset eller en fase med en faseskiftende kondensator. Men med en slik kondensator kan trefasemotorer også kobles til et enfaset nettverk.

Hvis rotoren til en elektrisk motor skaper et konstant magnetfelt, enten fra permanente magneter, eller fra en likestrømskilde innebygd i rotoren, eller fra ekstern kilde DC strømforsyning gjennom ringer med børster, en slik motor er synkron. I den er omdreiningsfrekvensen og frekvensen til spenningen til strømkilden den samme. Asynkronmotorer bruker en ikke-magnetisk rotor uten utpregede poler, børsteringer, innebygde likerettere og kombinerte deler laget av ulike materialer. Et unntak er den synkrone hysteresemotoren.

Rotoren til en induksjonsmotor fungerer som sekundærviklingen til en transformator, som er kortsluttet. Men strømmen i rotoren kan bare oppstå med en langsommere rotasjon sammenlignet med statorens magnetiske felt. Denne forskjellen i hastighet kalles slip. Enkelheten i designet og den tilsvarende påliteligheten gjør den asynkrone elektriske motoren til den mest brukte.

Samlermaskiner

Imidlertid har synkrone og asynkrone elektriske motorer en uoverkommelig ulempe - frekvensen til forsyningsspenningen. Den bestemmer rotasjonshastigheten til magnetfeltet og akselen i disse motorene. Ingen designendringer i dem ved en gitt frekvens av forsyningsspenningen kan ikke oppnå en akselhastighet større enn frekvensen til forsyningsspenningen. Hvis et høyere antall omdreininger er nødvendig, brukes kollektorelektriske motorer.

Disse motorene har konstant veksling samlerviklinger. Hver vikling er i hovedsak en ramme med strøm, som, som kjent fra Faradays eksperimenter, roterer i et magnetfelt. Men en ramme vil snu og stoppe. Derfor er det flere rammer - viklinger, og hver av dem tilsvarer et par plater i samleren. Strøm tilføres gjennom børster som glir langs oppsamleren.

Utformingen av en slik elektrisk motor lar deg jobbe fra en kilde til enten direkte eller vekselspenning, som gir strøm i både statoren og rotoren. Med en vekselspenning endres retningen til strømmen i statoren og rotoren samtidig og derfor bevares retningen til kraften som roterer rotoren. Frekvensen på forsyningsspenningen påvirker ikke rotorhastigheten på noen måte. Det avhenger bare av spenningen som forsyner den elektriske motoren. Børstens glidekontakt med kommutatoren begrenser mulighetene til disse elektriske motorene når det gjelder levetid og påføringssted, siden gnister i børstene raskt ødelegger glidekontakten og er uakseptabelt under forhold med økt eksplosjonsfare.

Unipolare og stepping-alternativer

Imidlertid er det design av DC-elektriske motorer der det ikke er noen samler. Dette er unipolare elektriske motorer.

I disse elektriske motorene er rotoren laget i form av en skive plassert mellom polene til permanente magneter. Børster plassert diametralt motsatt mater disken - rotoren. Under påvirkning av Lorentz-kraften roterer disken. Til tross for den attraktive enkelheten i designet, har ikke en slik elektrisk motor stor praktisk bruk, siden den krever for høye verdier av strøm og magnetfelt. Imidlertid er det unike laboratorieutviklinger av unipolare elektriske motorer med flytende metallbørster som utvikler hastigheter utenkelig for andre motordesigner.

En trinnmotor er en annen DC-drevet design.

Generelt ligner denne motoren på en synkron elektrisk motor med en permanentmagnetrotor. Forskjellen er at antallet viklinger er større her, og de styres av taster som leverer spenning til hver vikling. Som et resultat endrer rotoren sin posisjon og blir tiltrukket av den tilkoblede viklingen. Antall viklinger avgjør minimumsvinkel rotasjon av rotoren, og kommutatorer - rotasjonshastigheten til rotoren. I en trinnmotor kan rotoren snurre nesten hvor som helst når tastene er koblet til elektronisk krets ledelse.

De vurderte designene til elektriske motorer er grunnleggende. På grunnlag av dem er det laget mange spesielle typer elektriske motorer for å løse visse problemer. Men det er en helt annen historie...

Innhold:

Å utføre mekanisk arbeid er hovedprosessen i vår materielle verden. Av denne grunn har utseendet til elektriske motorer blitt stor begivenhet i utviklingen av menneskelig sivilisasjon. Det var disse enhetene som bar hele lasten. industriell produksjon. Dette sikret til slutt den såkalte vitenskapelige og teknologiske revolusjonen. I alle elektriske motorer er designet basert på oppdagelsen av samspillet mellom ledninger og en elektrisk strøm som går gjennom dem.

Om hvilke resultater som er oppnådd i tiden som har gått siden denne oppdagelsen, og vil bli fortalt til våre lesere. Husk at samspillet mellom ledninger drevet av en elektrisk strøm ble oppdaget av André Ampère i 1820. Etter denne hendelsen ble det laget et design som kunne forbedre denne interaksjonen - en solenoid. En spole med en ferromagnetisk kjerne, når den nærmet seg en permanent magnet eller en annen lignende spole, virket på dem med betydelig kraft. Derfor gjensto det bare å komme opp med en så konstruktiv løsning som ville maksimere interaksjonen mellom solenoidene og gi den nødvendig retning.

Konvertering av elektrisitet til mekanisk arbeid

De to solenoidene kan enten tiltrekke seg eller frastøte. Samspillet deres bestemmes av polene. Samme navn frastøter, i motsetning til de tiltrekker seg. Derfor er det ikke vanskelig å gjette om en konstruktiv løsning som lar deg få rotasjonen av akselen:

Akselen og solenoiden er kombinert til en stiv struktur. Solenoiden er plassert slik at de genererte magnetfeltlinjene er vinkelrett på rotasjonsaksen til akselen. Det resulterende motorelementet kalles en rotor, så vel som en induktor.
Rundt rotoren er det flere andre solenoider for å tiltrekke den. For at retningen skal være eksplisitt satt, og rotasjonen skal være enhetlig, må det være minst tre av dem. Det resulterende elementet i motoren kalles statoren.
stator eller rotor ulike design motorer kan også ha navnet anker. Essensen av det elektriske motorankeret ligger i dets likhet med skipets navnebror. Et skips anker er preget av en festet kjetting som forbinder det med skipet. Og strukturen til ankeret til en elektrisk motor inkluderer enten en rotor eller en stator, samt en elektrisk ledning festet til den. Den brukes til å koble til strømforsyningen. Det vil si at i stedet for en armatur med en kjede, oppnås en rotor eller en stator med en strømledning - dette er deres likhet og opprinnelsen til navnet på motorelementet.
Statoren er laget av stålplater som reduserer effekttapet forårsaket av virvelstrømmer. Resultatet er en struktur av viklinger med kjerner, som omslutter rotoren. De danner et sylindrisk hull. Den inkluderer en sylindrisk rotor med noe klaring i forhold til statoren. Denne utformingen av elektriske motorer er den vanligste.

For å løse noen problemer er det imidlertid nødvendig å bruke andre strukturer. Dette kan for eksempel være plasseringen av rotoren utenfor statoren eller fraværet av en aksel på grunn av den lineære bevegelsen av motorelementene i forhold til hverandre.

Den enkleste lineære motoren er en elektromagnet med en uttrekkbar kjerne. For mer nøyaktig å kontrollere bevegelsen til den bevegelige delen av den lineære glideren, bruker den det nødvendige antallet interagerende magnetiske elementer. Elektromagneter kan enten være alle eller deler av dem - disse er permanente magneter.

Som man kan se fra eksemplene som er vurdert, bruker prinsippet om drift av en elektrisk motor magnetiske felt. De er en konsekvens av både likestrøm og vekselstrøm. Men i alle fall er prinsippet for drift av den elektriske motoren konvertering av elektrisitet til bevegelsesenergi.

AC strømforsyning

AC-motoren er den mest brukte. Dette skyldes vekselspenningen i de fleste elektriske nettverk. AC-motorer er koblet til dem ved å bruke et minimum antall ekstra enheter. For alle enhetene er pålitelighet og holdbarhet hovedkvalitetene. For å gjøre dette må designet ha et minimum av potensielt sårbare elementer. Kontakter er den viktigste av dem. Færre kontakter - mer pålitelighet.

Enheten og prinsippet for drift av den elektriske motoren med maksimal pålitelighet er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon. Dette fenomenet brukes i transformatorer. Oppretting av galvanisk isolert elektriske kretser Dette er deres viktigste formål. På samme måte opprettes galvanisk isolerte stator- og rotorkretser. Bare statorviklingene er aktivert. Den elektromagnetiske induksjonen som oppstår i rotoren fører til samspillet mellom magnetiske felt. Men prinsippet om drift av en AC-motor er ikke bare induksjon. I tillegg til det må det være en tilstand som sikrer fremveksten av en ensrettet kraft, uten hvilken rotasjon er umulig. Dette krever romlig forskyvning av det elektromagnetiske feltet.

For dette formål gir AC-motorenheten ett av følgende konstruktive løsninger:

bruk av en enfaset AC spenningskilde med et faseskiftende element med to par poler;
tilkobling til en trefaset strømkilde av statorviklinger med tre par poler;
bruken av en bryter som bytter de samvirkende viklingene.

Drevet av et bevegelig magnetfelt

En elektrisk motor, hvis driftsprinsipp er bestemt av elektromagnetisk induksjon, fungerer som følger. Det er ingen kontakter i rotoren. Et vekslende magnetfelt med et maksimum som beveger seg rundt rotoren forårsaker strømmer i den som skaper sitt eget elektromagnetiske felt. Eksistensen av disse strømmene er bare mulig når rotoren henger etter det bevegelige maksimum av statorens elektromagnetiske felt.

Ellers vil ikke elektromagnetisk induksjon fungere, hvis tilstand er krysset kraftlinjer og dirigent. Motorer der bevegelseshastighetene til stator- og rotorfeltene er forskjellige fra hverandre kalles asynkrone. Asynkronmotor, hvis enhet er vist nedenfor, har i utgangspunktet samme statordesign, men forskjellige varianter rotor ytelse.

De vanligste er ekorn-burrotoren og dens andre design, kalt "ekornbur". I den siste versjonen av rotoren oppnås mer effektiv induksjon. Designet er imidlertid også mindre teknologisk avansert. Men i disse to variantene av en asynkronmotor er det bare en ulempe - en stor startstrøm.

For å regulere oppstartsprosessen var det nødvendig med en tredje rotordesign kalt "fase". Men hvis den kom et sted, betyr det at den dro et sted. Faserotoren har kontakter - ringer og børster. Og kontaktene hovedproblemet elektroteknikk. Vinner i effektivitet, taper vi i holdbarhet og driftskostnader. Børster og ringer krever vedlikehold og periodisk utskifting, som et resultat av at faserotoren brukes mye sjeldnere. Fremkomsten av kraftige halvlederenheter gjør det mulig å justere en hvilken som helst asynkronmotor innenfor svitsjingsmulighetene til disse enhetene. Derfor er faserotoren i dag en arkaisk design.

Men hvis rotoren er laget av et spesielt materiale som har en viss restmagnetisering, vil hastighetene til statorfeltet og rotasjonen til rotoren bli de samme. Under påvirkning av statoren i rotoren til en slik motor, på grunn av egenskapene til materialet, kan det ikke forekomme strømmer med en verdi som er tilstrekkelig for bevegelse. Men dette er ikke nødvendig. Materialet er i stand til å multiplisere det eksterne elektromagnetiske feltet og bli en permanent magnet. Og en slik magnetisk rotor vil følge det elektromagnetiske feltet til statoren. En slik motor kalles synkron-hysterese.

Dessverre har hystereserotoren høye materialkostnader. Og siden kraften til motoren er direkte relatert til størrelsen, produseres ikke store og kraftige synkronmotorer med hystereserotor på grunn av den høye prisen. I stedet lages en permanent elektromagnet med kraft gjennom ringene. Så mindre pålitelig, men mye billigere.

Rotasjonshastigheten til synkrone og asynkrone motorer bestemmer frekvensen til forsyningsspenningen og antall polpar. Denne funksjonen er deres største ulempe. Tross alt er nettfrekvensen 50–60 Hz, og uten bruk av tilleggsutstyr som motoren må kobles til, er det umulig å endre det. Og dette kompliserer og øker kostnadene for installasjonen. Av denne grunn, i en kontrollert elektrisk drift, brukes en annen motor for å muliggjøre et bredt spekter av hastighetskontroll, som vil bli diskutert senere.

For å forstå hvordan en elektrisk motor med en samler fungerer, må man vende seg til eksperimenter med en ramme plassert mellom polene til magnetene. Dette er en klassisk opplevelse for å demonstrere samspillet mellom en leder med strøm og et magnetfelt. Bildene nedenfor viser tydelig resultatet av denne interaksjonen.

Men kraften som roterer rammen avhenger av dens posisjon i forhold til polene. Når du roterer, avtar den gradvis. Og av denne grunn stopper rammen. For at rotasjonen skal fortsette, vil en bestemt rammedesign med magneter kreve flere rammer. I tillegg er hver av dem koblet til sitt eget par skyvekontakter. De er dannet av et par børster og et par plater - lameller.

Motoren, som implementerer prinsippet om rammerotasjon i et magnetfelt, inneholder en rotor med et stort antall viklinger - rammer. Lamellene er satt sammen i en spesial strukturelt element- samler. Hvis magnetfeltet genereres av permanente magneter, er rotasjon kun mulig med konstant spenning på kommutatorbørstene. Dette er DC-motoren (forkortet DCT).

Rotorhastigheten til denne motoren avhenger kun av spenningen på samlebørstene. Hvis i stedet permanent magnet bruke en elektromagnet, får du en universalmotor som kan fungere både på konstant og på vekselspenning. Polariteten til statoren og rotoren vil endres samtidig, og holder retningen på kraften som roterer rotoren. En universalmotor er den samme motoren som er mye brukt i frekvensomformere.

En rekke DPT og en universalmotor kan betraktes som en unipolar motor. Designet har ikke en samler, men det er børster. Fremkomsten av kraftige halvlederenheter gjorde det mulig å lage rotorer uten ringer og samlere. Men samtidig har prinsippet om drift av den elektriske motoren ikke endret seg.