Ce este un stator de motor electric. Motor electric - principiul de funcționare al unui motor electric

Un motor electric este un dispozitiv electric de conversie energie electricaîn mecanică. Astăzi, motoarele electrice sunt utilizate pe scară largă în industrie pentru a conduce diverse mașini și mecanisme. ÎN gospodărie sunt instalate in mașină de spălat, frigider, storcator, robot de bucatarie, ventilatoare, aparate de ras electric etc. Motoare electrice puse in miscare dispozitive si mecanisme conectate la acesta.

În acest articol, voi vorbi despre cele mai comune tipuri și principii de funcționare a motoarelor electrice cu curent alternativ, utilizate pe scară largă în garaj, gospodărie sau atelier.

Cum funcționează un motor electric

Motorul funcționează pe baza efectului descoperit de Michael Faraday în 1821. A făcut descoperirea că atunci când interacționează curent electric se poate produce o rotaţie continuă în conductor şi magnet.

Dacă într-un câmp magnetic uniform localiza in pozitie verticala cadrul și trece un curent prin el, apoi va apărea un câmp electromagnetic în jurul conductorului, care va interacționa cu polii magneților. Cadrul va fi respins de la unul și atras de celălalt.

Ca rezultat, cadrul se va roti într-o poziție orizontală, în care va exista impact zero camp magnetic la dirijor. Pentru ca rotația să continue, trebuie să adăugați un alt cadru într-un unghi sau să schimbați direcția curentului în cadru la momentul potrivit.

În figură, acest lucru se realizează folosind două jumătăți de inele, de care se alătură plăcile de contact ale bateriei. Ca urmare, după ce se încheie o jumătate de tură, polaritatea se schimbă și rotația continuă.

În motoarele electrice moderneîn loc de magneți permanenți, se folosesc inductori sau electromagneți pentru a crea un câmp magnetic. Dacă dezasamblați orice motor, veți vedea bobine spiralate de sârmă acoperite cu lac izolator. Aceste spire sunt un electromagnet sau, așa cum se mai numesc, o înfășurare de excitație.

Acasă magneții permanenți sunt folosiți în jucăriile pentru copii alimentate cu baterii.

În altele mai puternice motoarele folosesc numai electromagneți sau înfășurări. Partea rotativă cu ele se numește rotor, iar partea fixă ​​se numește stator.

Tipuri de motoare electrice

Astăzi, există destul de multe motoare electrice de diferite modele și tipuri. Ele pot fi împărțite după tipul de alimentare:

1. Curent alternativ funcționează direct de la rețea.
2. Curent continuu care funcționează cu baterii, baterii, surse de alimentare sau alte surse de curent continuu.

Conform principiului muncii:

1. Sincron, în care există înfășurări pe rotor și un mecanism de perie pentru alimentarea cu curent electric.
2. Asincron, cel mai simplu și cel mai comun tip de motor. Nu au perii și înfășurări pe rotor.

Un motor sincron se rotește sincron cu câmpul magnetic care îl rotește, în timp ce pentru un motor asincron, rotorul se rotește mai lent decât câmpul magnetic rotativ din stator.

Principiul de funcționare și dispozitivul unui motor electric asincron

Într-un pachet asincron motorul, înfășurările statorului sunt așezate (pentru 380 de volți vor fi 3 dintre ele), care creează un câmp magnetic rotativ. Capetele lor pentru conectare sunt scoase la un bloc de borne special. Înfășurările sunt răcite datorită unui ventilator montat pe arborele de la capătul motorului.

Rotor, care sunt integrale cu arborele, este realizat din tije metalice, care sunt închise unul față de celălalt pe ambele părți, motiv pentru care se numește scurtcircuitat.
Datorită acestui design, nu este nevoie de întreținere periodică frecventă și de înlocuire a periilor de alimentare cu curent, fiabilitatea, durabilitatea și fiabilitatea sunt mult crescute.

De obicei, cauza principală a eșecului motorul asincron este uzura rulmenților în care se rotește arborele.

Principiul de funcționare. Pentru ca un motor asincron să funcționeze, este necesar ca rotorul să se rotească mai lent decât câmpul electromagnetic al statorului, în urma căruia este indus un EMF (apare un curent electric) în rotor. Aici condiție importantă, dacă rotorul s-a rotit cu aceeași viteză cu câmpul magnetic, atunci în el, conform legii inductie electromagnetica nu ar fi indus niciun EMF și, prin urmare, nu ar exista nicio rotație. Dar, în realitate, din cauza frecării rulmentului sau a sarcinii arborelui, rotorul se va întoarce întotdeauna mai lent.

Polii magnetici se rotesc constantîn înfășurările motorului, iar direcția curentului în rotor se schimbă constant. La un moment dat, de exemplu, direcția curenților în înfășurările statorului și rotorului este prezentată schematic sub formă de cruci (curent curge de la noi) și puncte (curent către noi). Câmpul magnetic rotativ este afișat ca o linie punctată.

De exemplu, Cum functioneazã un ferăstrău circular . Are cea mai mare viteză fără sarcină. Dar de îndată ce începem să tăiem placa, viteza de rotație scade și, în același timp, rotorul începe să se rotească mai lent față de câmpul electromagnetic și, conform legilor ingineriei electrice, începe să fie indusă o valoare EMF și mai mare. în ea. Curentul consumat de motor crește și începe să funcționeze toata puterea. Dacă sarcina pe arbore este atât de mare încât se blochează, atunci poate apărea deteriorarea rotorului cușcă de veveriță din cauza valorii maxime a EMF indusă în acesta. De aceea este important să alegeți un motor de putere adecvată. Dacă luați mai mult, atunci costurile cu energia vor fi nejustificate.

Viteza rotorului depinde de numarul de poli. Cu 2 poli, viteza de rotație va fi egală cu viteza de rotație a câmpului magnetic, egală cu maximum 3000 de rotații pe secundă la o frecvență de rețea de 50 Hz. Pentru a reduce viteza la jumătate, este necesar să creșteți numărul de poli din stator la patru.

Un dezavantaj semnificativ al asincronului motoarele este că acestea sunt servite prin reglarea vitezei de rotație a arborelui doar prin modificarea frecvenței curentului electric. Și astfel nu este posibil să se obțină o viteză constantă a arborelui.

Principiul de funcționare și dispozitivul unui motor AC sincron

Acest tip de motor electric este folosit în viața de zi cu zi acolo unde este necesar. viteza constanta rotație, posibilitatea de reglare a acesteia, precum și dacă este necesară o viteză de rotație mai mare de 3000 rpm (acesta este maximul pentru asincron).

Motoarele sincrone sunt instalate în scule electrice, aspiratoare, mașini de spălat, etc.

În cazul unui sincron Sunt amplasate înfășurări ale motorului de curent alternativ (3 în figură), care sunt, de asemenea, înfășurate pe rotor sau armătură (1). Concluziile lor sunt lipite de sectoarele inelului colector sau colectorului (5), care sunt alimentate cu ajutorul periilor de grafit (4). Mai mult decât atât, concluziile sunt aranjate astfel încât periile să furnizeze întotdeauna tensiune la o singură pereche.

Cel mai avarii frecvente motoarele colectoarelor sunt:

1. Uzura periei sau contactul slab al acestora din cauza slăbirii arcului de strângere.
2. Poluarea colectorului. Curățați fie cu alcool, fie cu hârtie abrazivă zero.
3. Uzura rulmentului.

Principiul de funcționare. Cuplul motorului electric este creat ca urmare a interacțiunii dintre curentul armăturii și fluxul magnetic din înfășurarea câmpului. Pe măsură ce direcția curentului alternativ se schimbă, se va schimba și direcția. flux magnetic simultan în carenă și ancoră, astfel încât rotația să fie întotdeauna în același sens.

Definiție.

Motor electric- un mecanism sau o mașină specială concepută pentru a transforma energia electrică în energie mecanică, în care se eliberează și căldură.

Fundal.

Deja în 1821, celebrul om de știință britanic Michael Faraday a demonstrat principiul transformării câmp electromagnetic energie electrică în energie mecanică. Instalația a constat dintr-un fir suspendat, care a fost scufundat în mercur. Magnetul a fost instalat în mijlocul balonului cu mercur. Când circuitul a fost închis, firul a început să se rotească în jurul magnetului, demonstrând ce era în jurul firului, el. curent, se generează un câmp electric.

Acest model de motor a fost adesea demonstrat în școli și universități. Acest motor este considerat cel mai simplu tip din întreaga clasă de motoare electrice. Ulterior, a primit o continuare sub forma Roata lui Barlov. Cu toate acestea, noul dispozitiv era doar de natură demonstrativă, deoarece puterea generată de acesta era prea mică.

Oamenii de știință și inventatorii au lucrat la motor pentru a-l utiliza în nevoile de producție. Toate au căutat să se asigure că miezul motorului se mișcă într-un câmp magnetic într-o manieră rotațională-translațională, în felul unui piston într-un cilindru. motor cu aburi. Inventatorul rus B.S. Jacobi a făcut totul mult mai ușor. Principiul de funcționare al motorului său a fost atracția și respingerea alternativă a electromagneților. O parte din electromagneți era alimentată de o baterie galvanică, iar direcția fluxului de curent în ei nu s-a schimbat, în timp ce cealaltă parte a fost conectată la baterie printr-un comutator, datorită căruia direcția curentului a schimbat la fiecare rotație. Polaritatea electromagneților s-a schimbat și fiecare dintre electromagneții în mișcare a fost fie atras, fie respins de electromagnetul staționar corespunzător. Arborele se mișca.

Inițial, puterea motorului era mică și se ridica la doar 15 W, după modificări, Jacobi a reușit să crească puterea la 550 W. km/h. Motorul era alimentat de o baterie mare constând din 320 de celule galvanice. Puterea motoarelor electrice moderne depășește 55 kW. Pe problema achiziționării motoarelor electrice.

Principiul de funcționare.

Funcționarea unei mașini electrice se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice (EMI). Fenomenul EMR constă în faptul că, odată cu orice modificare a fluxului magnetic care pătrunde într-un circuit închis, în acesta se formează un curent de inducție (circuit).

Motorul în sine este format dintr-un rotor (partea mobilă - magnet sau bobină) și un stator (parte fixă ​​- bobină). Cel mai adesea, designul motorului este de două bobine. Statorul este căptușit cu o înfășurare, prin care, de fapt, curge curentul. Curentul generează un câmp magnetic care afectează cealaltă bobină. În ea, datorită EMP, se formează și un curent, care generează un câmp magnetic care acționează asupra primei bobine. Și astfel totul se repetă într-un ciclu închis. Ca rezultat, interacțiunea câmpurilor rotorului și statorului creează un cuplu care antrenează rotorul motorului. Astfel, are loc o transformare a energiei electrice în energie mecanică, care poate fi folosită în diverse dispozitive, mecanisme și chiar în mașini.

Rotirea motorului

Clasificarea motoarelor electrice.

Prin mâncare:

motoare de curent continuu- sunt alimentate de surse de curent continuu.
motoare de curent alternativ- sunt alimentate de surse de curent alternativ.
motoare universale- alimentat atat cu curent continuu cat si cu curent alternativ.

De proiectare:

Motor colector- un motor electric în care un ansamblu perie-colector este utilizat ca senzor de poziție a rotorului și comutator de curent.

Motor fara perii- un motor electric format din sistem închis, care utilizează: sisteme de control (convertor de coordonate), convertor de semiconductor de putere (invertor), senzor de poziție a rotorului (RPS).

Acționat de magneți permanenți;
Cu conexiune paralelă a armăturii și înfășurărilor de excitație;
Cu conexiune serială a armăturii și înfășurărilor de excitație;
Cu conexiune mixtă a înfășurărilor de armătură și excitație;

După numărul de faze:

fază singulară- sunt pornite manual, sau au începând să înfășoare sau un circuit de defazare.
În două faze
Trei faze
Polifazic

Prin sincronizare:

Motor sincron– Motor electric de curent alternativ cu mișcare sincronă a câmpului magnetic al tensiunii de alimentare și al rotorului.
Motor asincron - un motor electric de curent alternativ cu o frecvență diferită de mișcare a rotorului și câmpul magnetic generat de tensiunea de alimentare.

În viața de zi cu zi, utilitățile, în orice producție, motoarele electrice sunt parte integrantă: pompe, aparate de aer condiționat, ventilatoare etc. Prin urmare, este important să cunoaștem tipurile de motoare electrice cele mai comune.

Un motor electric este o mașină care transformă energia electrică în energie mecanică. Acest lucru generează căldură, care este un efect secundar.

Video: Clasificarea motoarelor electrice

Toate motoarele electrice pot fi împărțite în două grupuri mari:

• motoare de curent continuu
• motoare de curent alternativ.

Motoarele electrice alimentate cu curent alternativ se numesc motoare cu curent alternativ, care au două varietăți:

• Sincron- acestea sunt cele in care rotorul si campul magnetic al tensiunii de alimentare se rotesc sincron.
• Asincron. Ele diferă prin frecvența de rotație a rotorului de frecvența creată de tensiunea de alimentare a câmpului magnetic. Ele sunt multifazate, precum și una, două și trifazate.
• Motoarele pas cu pas se disting prin faptul că au un număr finit de poziții ale rotorului. Poziția fixă ​​a rotorului apare datorită alimentării cu energie a unei anumite înfășurări. Prin eliminarea tensiunii de la o înfășurare și transferarea acesteia în alta, se face o tranziție într-o altă poziție.

Motoarele de curent continuu sunt cele care sunt alimentate cu curent continuu. Acestea, în funcție de faptul că au sau nu ansamblu perie-colector, se împart în:

De asemenea, colector, în funcție de tipul de excitație, există mai multe tipuri:

• Emoționat de magneții permanenți.
• Cu conexiune paralelă a conexiunii și înfășurărilor de armătură.
• Cu conexiune în serie a armăturii și înfășurărilor.
• Cu legătura lor mixtă.

Secțiunea transversală a unui motor de curent continuu. Colector cu perii - dreapta

Ce motoare electrice sunt incluse în grupul „motoare cu curent continuu”

După cum sa menționat deja, motoarele de curent continuu formează un grup care include colectoare și motoare fără perii, care sunt realizate sub forma unui sistem închis, care include un senzor de poziție a rotorului, un sistem de control și un convertor de semiconductor de putere. Principiul de funcționare al motoarelor electrice fără perii este similar cu principiul de funcționare al motoarelor asincrone. Instalați-le în aparatele de uz casnic, cum ar fi ventilatoare.

Ce este un motor de colector

Lungimea motorului de curent continuu depinde de clasă. De exemplu, dacă vorbim aproximativ un motor de clasa 400, atunci lungimea acestuia va fi de 40 mm. Diferența dintre motoarele electrice colectoare și omologii fără perii este ușurința de fabricare și operare, prin urmare, costul acestuia va fi mai mic. Caracteristica lor este prezența unui ansamblu perie-colector, cu ajutorul căruia circuitul rotorului este conectat la circuitele situate în partea staționară a motorului. Este alcătuit din contacte situate pe rotor - un colector și perii presate pe acesta, situate în afara rotorului.

Rotor

Aceste motoare electrice sunt folosite la jucăriile controlate radio: prin aplicarea unei tensiuni la contactele unui astfel de motor de la o sursă de curent continuu (aceeași baterie), arborele este pus în mișcare. Și pentru a-și schimba direcția de rotație, este suficient să schimbați polaritatea tensiunii de alimentare furnizate. Greutate și dimensiuni ușoare preț scăzut iar posibilitatea de refacere a mecanismului perii-colector fac din aceste motoare electrice cele mai utilizate în modelele de buget, în ciuda faptului că este semnificativ inferior ca fiabilitate celui fără perii, deoarece nu este exclusă scânteia, adică. încălzirea excesivă a contactelor în mișcare și uzura rapidă a acestora atunci când intră praf, murdărie sau umezeală.

De regulă, motorul electric al colectorului este aplicat un marcaj care indică numărul de rotații: cu cât este mai mic, cu atât viteza de rotație a arborelui este mai mare. Apropo, este foarte ușor reglabil. Dar, există și motoare de mare viteză de acest tip, nu inferioare celor fără perii.

Avantajele și dezavantajele motoarelor fără perii

Spre deosebire de cele descrise, pentru aceste motoare electrice, partea mobilă este un stator cu magnet permanent (carcasă), iar rotorul cu înfășurare trifazată este staționar.

Dezavantajele acestor motoare de curent continuu includ reglarea mai puțin lină a vitezei arborelui, dar sunt capabile să câștige viteza maximă într-o fracțiune de secundă.

Motorul fără perii este găzduit într-o carcasă închisă, astfel încât este mai fiabil în condiții de funcționare nefavorabile, de ex. nu se teme de praf și umezeală. În plus, fiabilitatea sa este crescută datorită absenței periilor, la fel ca și viteza cu care se rotește arborele. În același timp, designul motorului este mai complex, prin urmare, nu poate fi ieftin. Costul său în comparație cu colectorul este de două ori mai mare.

Astfel, un motor de colector care funcționează pe curent alternativ și continuu este versatil, fiabil, dar mai scump. Este mai ușor și mai mic decât un motor AC de aceeași putere.

Deoarece motoarele de curent alternativ alimentate la 50 Hz (alimentare comercială de la rețea) nu permit frecvențe înalte (peste 3000 rpm), dacă este necesar, se folosește un motor colector.

Între timp, resursa sa este mai mică decât cea a motoarelor de curent alternativ asincron, care depinde de starea rulmenților și de izolarea înfășurărilor.

Cum funcționează un motor sincron

Mașinile sincrone sunt adesea folosite ca generatoare. Funcționează sincron cu frecvența rețelei, deci este cu un invertor și senzor de poziție a rotorului, este un analog electronic al unui motor de colector de curent continuu.

Structura unui motor sincron

Proprietăți

Aceste motoare nu sunt mecanisme de pornire automată, dar necesită influență externă pentru a crește viteza. Sunt utilizate în compresoare, pompe, mașini de rulareși echipamente similare viteza de lucru care nu depășește cinci sute de rotații pe minut, dar este necesară o creștere a puterii. Au dimensiuni destul de mari, au o greutate „decentă” și un preț ridicat.

Există mai multe moduri de a porni un motor sincron:

• Folosind o sursă de curent externă.
• Pornirea este asincronă.

În primul caz, cu ajutorul unui motor auxiliar, care poate fi un motor electric de curent continuu sau un motor cu inducție trifazat. Inițial, curentul continuu nu este furnizat motorului. Începe să se rotească, ajungând aproape de viteza sincronă. În acest moment, se aplică curent continuu. După închiderea câmpului magnetic, conexiunea cu motorul auxiliar este întreruptă.

În a doua opțiune, este necesar să instalați o înfășurare suplimentară scurtcircuitată în piesele polare ale rotorului, traversând care câmpul magnetic rotativ induce curenți în el. Ei, interacționând cu câmpul statorului, rotesc rotorul. Până când atinge viteza sincronă. Din acest moment, cuplul și EMF scad, câmpul magnetic se închide, anulând cuplul.

Aceste motoare electrice sunt mai puțin sensibile decât cele asincrone la fluctuațiile de tensiune, au o capacitate mare de suprasarcină, păstrează viteza neschimbată sub orice sarcină pe arbore.

Motor electric monofazat: dispozitiv și principiu de funcționare

După pornire, folosind o singură înfășurare (fază) a statorului și nefiind nevoie de un convertor privat, un motor electric care funcționează de la o rețea de curent alternativ monofazat este asincron sau monofazat.

Un motor electric monofazat are o parte rotativă - rotorul și o parte staționară - statorul, care creează câmpul magnetic necesar pentru rotirea rotorului.

Dintre cele două înfășurări situate în miezul statorului una față de cealaltă la un unghi de 90 de grade, cea de lucru ocupă 2/3 din caneluri. O altă înfășurare, care reprezintă 1/3 din caneluri, se numește pornire (auxiliar).

Rotorul este, de asemenea, o înfășurare în scurtcircuit. Tijele sale din aluminiu sau cupru sunt închise la capete cu un inel, iar spațiul dintre ele este umplut cu aliaj de aluminiu. Rotorul poate fi realizat sub forma unui cilindru gol feromagnetic sau nemagnetic.

Un motor electric monofazat, a cărui putere poate fi de la zeci de wați la zeci de kilowați, este utilizat în aparatele de uz casnic, instalate în mașinile de prelucrat lemnul, pe benzi transportoare, în compresoare și pompe. Avantajul lor este posibilitatea de a le folosi în încăperi în care nu există o rețea trifazată. Prin proiectare, ele nu diferă mult de motoarele electrice asincrone trifazate.

Fenomenul inducției electromagnetice a devenit baza pentru apariția și dezvoltarea tuturor mașini electrice. Descoperitorul acestui fenomen la sfârșitul secolului al XIX-lea a fost Michael Faraday, un om de știință și experimentator englez. A efectuat experimente cu primele mașini electrice. Acum este imposibil să ne imaginăm viața fără ele. Motoarele electrice au devenit una dintre cele mai comune mașini electrice.

Pentru funcționarea unui motor electric, este necesară tensiunea, ale cărei proprietăți îi determină proiectarea. Următoarele motoare electrice funcționează pe tensiune și curent alternativ:

lucru pe tensiune și curent constant:

• colector;
• unipolar;
• stepper.

Motoare sincrone și asincrone

Motoarele electrice sincrone și asincrone au Termeni generali pentru munca ta. Acest lucru necesită un câmp magnetic, a cărui valoare maximă se mișcă în spațiu. Un astfel de câmp poate fi creat de doi sau un numar mareînfăşurări. Modelele obișnuite ale motoarelor electrice sincrone și asincrone conțin două sau trei înfășurări.

Ele sunt plasate pe nuclee ferimagnetice masive care amplifică câmpul magnetic. Pentru trei înfășurări, se utilizează tensiune trifazată, pentru două înfășurări - bifazată sau o fază cu un condensator de defazare. Dar cu un astfel de condensator, motoarele trifazate pot fi conectate și la o rețea monofazată.

Dacă rotorul unui motor electric creează un câmp magnetic constant, fie de la magneți permanenți, fie de la o sursă de curent continuu încorporată în rotor, fie de la sursă externă Alimentare DC prin inele cu perii, un astfel de motor este sincron. În ea, frecvența rotațiilor și frecvența tensiunii sursei de alimentare sunt aceleași. Motoarele asincrone folosesc un rotor nemagnetic fără poli pronunțați, inele de perie, redresoare încorporate și părți combinate din diverse materiale. O excepție este motorul cu histerezis sincron.

Rotorul unui motor cu inducție funcționează ca înfășurarea secundară a unui transformator, care este scurtcircuitat. Dar curentul din rotorul său poate apărea doar cu o rotație mai lentă în comparație cu câmpul magnetic al statorului. Această diferență de viteză se numește alunecare. Simplitatea designului și fiabilitatea corespunzătoare fac din motorul electric asincron cel mai utilizat.

Mașini de colectare

Cu toate acestea, motoarele electrice sincrone și asincrone au un dezavantaj de netrecut - frecvența tensiunii de alimentare. Determină viteza de rotație a câmpului magnetic și a arborelui în aceste motoare. Nicio modificare de proiectare a acestora la o anumită frecvență a tensiunii de alimentare nu poate obține o viteză a arborelui mai mare decât frecvența tensiunii de alimentare. Dacă este necesar un număr mai mare de rotații, se folosesc motoare electrice de colector.

Aceste motoare au comutare constantăînfăşurări colectoare. Fiecare înfășurare este în esență un cadru cu curent, care, după cum se știe din experimentele lui Faraday, se rotește într-un câmp magnetic. Dar un cadru se va întoarce și se va opri. Prin urmare, există mai multe cadre - înfășurări, iar fiecare dintre ele corespunde unei perechi de plăci în colector. Curentul este furnizat prin perii care alunecă de-a lungul colectorului.

Designul unui astfel de motor electric vă permite să lucrați dintr-o sursă de tensiune continuă sau alternativă, care furnizează curent atât în ​​stator, cât și în rotor. Cu o tensiune alternativă, direcția curentului în stator și rotor se schimbă simultan și, prin urmare, se păstrează direcția forței care rotește rotorul. Frecvența tensiunii de alimentare nu afectează în niciun fel turația rotorului. Depinde doar de tensiunea care alimentează motorul electric. Contactul de alunecare al periei cu comutatorul limitează posibilitățile acestor motoare electrice în ceea ce privește durata de viață și locul de aplicare, deoarece scânteile din perii distrug rapid contactul de alunecare și este inacceptabilă în condiții de explozie crescută.

Opțiuni unipolare și în trepte

Cu toate acestea, există modele de motoare electrice cu curent continuu în care nu există colector. Acestea sunt motoare electrice unipolare.

La aceste motoare electrice, rotorul este realizat sub forma unui disc situat între polii magneților permanenți. Periile situate diametral opuse alimentează discul - rotorul. Sub influența forței Lorentz, discul se rotește. În ciuda simplității atractive a designului, un astfel de motor electric nu are o utilizare practică largă, deoarece necesită valori prea mari ale curentului și câmpului magnetic. Cu toate acestea, există dezvoltări unice de laborator ale motoarelor electrice unipolare cu perii metalice lichide care dezvoltă viteze de neconceput pentru alte modele de motoare.

Un motor pas cu pas este un alt design alimentat cu curent continuu.

În general, acest motor este similar cu un motor electric sincron cu un rotor cu magnet permanent. Diferența este că numărul de înfășurări este mai mare aici și ele sunt controlate de chei care furnizează tensiune fiecărei înfășurări. Ca urmare, rotorul își schimbă poziția, fiind atras de înfășurarea conectată. Numărul de înfășurări determină unghi minim rotația rotorului și comutatoarele - viteza de rotație a rotorului. Într-un motor pas cu pas, rotorul se poate învârti aproape oriunde pe măsură ce sunt conectate cheile circuit electronic management.

Proiectele considerate ale motoarelor electrice sunt de bază. Pe baza lor, au fost create multe tipuri speciale de motoare electrice pentru a rezolva anumite probleme. Dar asta e cu totul alta poveste...

Conţinut:

Efectuarea lucrărilor mecanice este procesul principal din lumea noastră materială. Din acest motiv, aspectul motoarelor electrice a devenit eveniment majorîn dezvoltarea civilizaţiei umane. Aceste dispozitive au fost cele care au transportat întreaga sarcină. productie industriala. Aceasta a asigurat, în final, așa-numita revoluție științifică și tehnologică. În orice motoare electrică, proiectarea se bazează pe descoperirea interacțiunii firelor cu un curent electric care trece prin ele.

Despre ce rezultate au fost obținute în timpul care a trecut de la această descoperire și vor fi spuse cititorilor noștri. Amintiți-vă că interacțiunea firelor alimentate de un curent electric a fost descoperită de André Ampère în 1820. După acest eveniment, a fost creat un design care ar putea îmbunătăți această interacțiune - un solenoid. O bobină cu miez feromagnetic, când se apropie de un magnet permanent sau de o altă bobină similară, a acționat asupra lor cu o forță considerabilă. Prin urmare, a rămas doar să se vină cu o astfel de soluție constructivă care să maximizeze interacțiunea solenoizilor și să-i dea direcția necesară.

Transformarea energiei electrice în lucru mecanic

Cei doi solenoizi se pot atrage sau respinge. Interacțiunea lor este determinată de poli. Aceleași nume resping, spre deosebire de cele care atrag. Prin urmare, nu este dificil să ghiciți despre o soluție constructivă care vă permite să obțineți rotația arborelui:

• Arborele și solenoidul sunt combinate într-o structură rigidă. Solenoidul este poziționat astfel încât liniile de câmp magnetic generate să fie perpendiculare pe axa de rotație a arborelui. Elementul motor rezultat se numește rotor, precum și inductor.
• În jurul rotorului sunt alți câțiva solenoizi pentru a-l atrage. Pentru ca direcția să fie setată în mod explicit, iar rotația să fie uniformă, trebuie să existe cel puțin trei dintre ele. Elementul rezultat al motorului se numește stator.
• stator sau rotor modele diferite motoarele pot avea și denumirea de ancoră. Esența ancorei cu motor electric constă în asemănarea sa cu omonimul navei. Ancora unei nave este caracterizată de un lanț atașat care o leagă de navă. Și structura armăturii unui motor electric include fie un rotor, fie un stator, precum și un cablu electric atașat la acesta. Este folosit pentru conectarea la sursa de alimentare. Adică, în loc de o armătură cu lanț, se obține un rotor sau un stator cu un cablu de alimentare - aceasta este asemănarea lor și originea numelui elementului motor.
• Statorul este alcătuit din plăci de oțel care reduc pierderile de putere cauzate de curenții turbionari. Rezultatul este o structură de înfășurări cu miezuri, care înglobează rotorul. Ele formează o gaură cilindrică. Include un rotor cilindric cu un anumit joc față de stator. Acest design de motoare electrice este cel mai comun.

Cu toate acestea, pentru a rezolva unele probleme, este necesar să folosiți alte structuri. Aceasta poate fi, de exemplu, locația rotorului în afara statorului sau absența unui arbore din cauza mișcării liniare a elementelor motorului unul față de celălalt.

Cel mai simplu motor liniar este un electromagnet cu miez retractabil. Pentru a controla mai precis mișcarea părții mobile a glisorului liniar, acesta utilizează numărul necesar de elemente magnetice care interacționează. Electromagneții pot fi fie toți, fie parțial - aceștia sunt magneți permanenți.

După cum se poate observa din exemplele luate în considerare, principiul de funcționare al unui motor electric folosește câmpuri magnetice. Ele sunt o consecință atât a curentului continuu, cât și a curentului alternativ. Dar, în orice caz, principiul de funcționare al motorului electric este conversia energiei electrice în energie de mișcare.

Sursa de curent alternativ

Motorul AC este cel mai utilizat. Acest lucru se datorează tensiunii alternative din majoritatea rețelelor electrice. Motoarele de curent alternativ sunt conectate la ele folosind un număr minim de dispozitive suplimentare. Pentru oricare dintre dispozitive, fiabilitatea și durabilitatea sunt principalele calități. Pentru a face acest lucru, designul trebuie să aibă un minim de elemente potențial vulnerabile. Contactele sunt cele mai importante dintre ele. Mai puține contacte - mai multă fiabilitate.

Dispozitivul și principiul de funcționare a motorului electric cu fiabilitate maximă se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Acest fenomen este folosit la transformatoare. Crearea izolate galvanic circuite electrice Acesta este scopul lor cel mai important. În mod similar, sunt create circuite de stator și rotor izolate galvanic. Numai înfășurările statorului sunt alimentate. Inducția electromagnetică care apare în rotor duce la interacțiunea câmpurilor magnetice. Dar principiul de funcționare al unui motor AC nu este doar inducția. Pe lângă aceasta, trebuie să existe o condiție care să asigure apariția unei forțe unidirecționale, fără de care rotația este imposibilă. Acest lucru necesită deplasarea spațială a câmpului electromagnetic.

În acest scop, dispozitivul cu motor AC oferă unul dintre următoarele solutii constructive:

• utilizarea unei surse de tensiune AC monofazată cu un element defazator cu două perechi de poli;
• conectarea la o sursă de energie trifazată a înfășurărilor statorice cu trei perechi de poli;
• utilizarea unui comutator care comută înfășurările care interacționează.

Acționat de un câmp magnetic în mișcare

Un motor electric, al cărui principiu de funcționare este determinat de inducția electromagnetică, funcționează după cum urmează. Nu există contacte în rotorul său. Un câmp magnetic alternativ cu o mișcare maximă în jurul rotorului provoacă curenți în el care creează propriul câmp electromagnetic. Existența acestor curenți este posibilă numai atunci când rotorul rămâne în urmă maximului în mișcare al câmpului electromagnetic al statorului.

În caz contrar, inducția electromagnetică nu va funcționa, a cărei condiție este intersecția linii de forțăși dirijor. Motoarele la care vitezele de mișcare ale câmpurilor statorului și rotorului diferă unele de altele sunt numite asincrone. Motorul asincron, al cărui dispozitiv este prezentat mai jos, are practic același design al statorului, dar diferite variante performanța rotorului.

Cele mai comune sunt rotorul cu colivie de veveriță și celălalt design al acestuia, numit „cușcă veveriță”. În ultima versiune a rotorului se obține o inducție mai eficientă. Cu toate acestea, designul este și mai puțin avansat din punct de vedere tehnologic. Dar în aceste două variante de motor asincron, există un singur dezavantaj - un curent mare de pornire.

Pentru a regla procesul de pornire, a fost necesar un al treilea design de rotor numit „fază”. Dar dacă a ajuns undeva, înseamnă că a plecat undeva. Rotorul de fază are contacte - inele și perii. Și contactele problema principala Inginerie Electrică. Câștigând în eficiență, pierdem în durabilitate și costuri de operare. Periile și inelele necesită întreținere și înlocuire periodică, drept urmare rotorul de fază este folosit mult mai rar. Apariția dispozitivelor semiconductoare puternice face posibilă reglarea oricărui motor asincron în cadrul capacităților de comutare ale acestor dispozitive. Prin urmare, astăzi rotorul de fază este un design arhaic.

Dar dacă rotorul este realizat dintr-un material special care are o oarecare magnetizare reziduală, vitezele câmpului statorului și rotația rotorului vor deveni aceleași. Sub influența statorului din rotorul unui astfel de motor, datorită proprietăților materialului său, nu pot apărea curenți cu o valoare suficientă pentru mișcare. Dar acest lucru nu este necesar. Materialul este capabil să multiplice câmpul electromagnetic extern și să devină un magnet permanent. Și un astfel de rotor magnetic va urma câmpul electromagnetic al statorului. Un astfel de motor se numește histerezis sincron.

Din păcate, rotorul de histerezis are un cost de material ridicat. Și deoarece puterea motorului este direct legată de dimensiunea sa, motoare sincrone mari și puternice cu rotor de histerezis nu sunt produse din cauza prețului său ridicat. În schimb, se face un electromagnet permanent cu putere prin inele. Deci mai puțin fiabil, dar mult mai ieftin.

Viteza de rotație a motoarelor sincrone și asincrone determină frecvența tensiunii de alimentare și numărul de perechi de poli. Această caracteristică este cel mai mare dezavantaj al lor. La urma urmei, frecvența rețelei este de 50-60 Hz și, fără utilizarea unui echipament suplimentar prin care motorul va trebui conectat, este imposibil să o schimbi. Și acest lucru complică foarte mult și crește costul de instalare. Din acest motiv, într-o acționare electrică controlată, se folosește un motor diferit pentru a permite o gamă largă de control al vitezei, care va fi discutată mai târziu.

Pentru a înțelege cum funcționează un motor electric cu colector, trebuie să apelăm la experimente cu un cadru situat între polii magneților. Aceasta este o experiență clasică pentru demonstrarea interacțiunii unui conductor cu curentul și un câmp magnetic. Imaginile de mai jos arată clar rezultatul acestei interacțiuni.

Dar forța care rotește cadrul depinde de poziția sa față de poli. Pe măsură ce vă rotiți, acesta scade treptat. Și din acest motiv cadrul se oprește. Pentru ca rotația să continue, un design special de cadru cu magneți va necesita mai multe rame. În plus, fiecare dintre ele este conectat la propria sa pereche de contacte glisante. Sunt formate dintr-o pereche de perii și o pereche de plăci - lamele.

Motorul, care implementează principiul rotației cadrului într-un câmp magnetic, conține un rotor cu un număr mare de înfășurări - cadre. Lamelele sunt asamblate într-un mod special element structural- colector. Dacă câmpul magnetic este generat de magneți permanenți, rotația este posibilă doar cu o tensiune constantă pe periile comutatorului. Acesta este motorul DC (abreviat DCT).

Viteza rotorului acestui motor depinde doar de tensiunea de pe periile colectoare. Dacă în schimb magnet permanent aplicați un electromagnet, obțineți un motor universal care poate funcționa atât la tensiune constantă, cât și la tensiune alternativă. Polaritatea statorului și a rotorului se va schimba simultan, păstrând direcția forței care rotește rotorul. Un motor universal este același motor care este utilizat pe scară largă în variatoarele de viteză.

O varietate de DPT și un motor universal pot fi considerate un motor unipolar. Designul său nu are un colector, dar există perii. Apariția dispozitivelor semiconductoare puternice a făcut posibilă crearea de rotoare fără inele și colectoare. Dar, în același timp, principiul de funcționare al motorului electric nu s-a schimbat.