Elektrický motor převádí elektrickou energii na energii mechanického pohybu. Stejně jako elektrický generátor, elektrický motor obvykle sestává ze statoru a rotoru, což se týká rotujících elektrických strojů, avšak motorů, ve kterých pohyblivá část provádí lineární (obvykle přímočarý pohyb (lineární motory)).
Nejběžnějším typem elektromotoru je třífázový asynchronní motor s kotvou nakrátko jehož princip je znázorněn na obr. 1 je vinutí rotoru tohoto motoru soustava masivních měděných nebo hliníkových tyčí umístěných navzájem rovnoběžně ve štěrbinách rotoru, jejichž konce jsou spojeny zkratovanými kroužky.
Postava: 1. Princip zkratovaného indukčního motoru.
1 - stator, 2 - rotor, 3 - hřídel, 4 - skříň
V případě hliníku je celé vinutí (klec nakrátko) obvykle vytvořeno vstřikováním. Rotující magnetické pole statoru indukuje proud ve vinutí rotoru, jehož interakce s magnetickým polem statoru pohání rotor do rotace. V tomto případě jsou otáčky rotoru vždy menší než magnetické pole statoru a jeho relativní rozdíl s rychlostí rotace magnetického pole statoru (se synchronizací otáček) se nazývá skluz. Tato hodnota závisí na zatížení hřídele motoru a je obvykle 3 ... 5% při plném zatížení. Pro krokovou regulaci otáček lze podle tohoto principu použít statorové vinutí s proměnným počtem pólů, například lze provést dva tří a čtyřstupňové asynchronní motory. Pro plynulou regulaci otáček je motor obvykle napájen přes frekvenční měnič.
Pro hlavní regulaci otáček indukčního motoru pod jmenovitou rychlostí byly místo motorů s kotvou nakrátko použity motory s fázovým rotorem, ve kterých má vinutí rotoru stejnou třífázovou konstrukci jako statorové. Takové vinutí je spojeno přes sběrací kroužky umístěné na hřídeli motoru s nastavovacím reostatem, kde se část energie spotřebované motorem přeměňuje na teplo. Regulace tedy probíhá na úkor snížení účinnosti motoru a v současnosti se používá jen zřídka.
Indukční motory veverkových klecí se vyznačují svou kompaktností a vysokou spolehlivostí a také mnohem delší životností než spalovací motory. Obvykle jsou menší a lehčí než spalovací motory se stejným výkonem. Mohou být vyrobeny ve velmi širokém rozsahu jmenovitého výkonu od několika wattů do několika desítek megawattů. Nízkoenergetické motory (až několik stovek wattů mohou být také jednofázové.
Synchronní motory jsou uspořádány stejným způsobem jako synchronní generátory. S konstantní síťovou frekvencí se otáčejí konstantní rychlostí bez ohledu na zatížení. Jejich výhodou oproti indukčním motorům je, že nespotřebovávají jalovou energii ze sítě, ale mohou ji dodávat do sítě, čímž kryjí spotřebu jalové energie jinými elektrickými přijímači. Synchronní motory nejsou vhodné pro časté spouštění a používají se hlavně při relativně stabilním mechanickém zatížení a při požadavku na konstantní rychlost.
Stejnosměrné motory se používají, když je požadována plynulá regulace rychlosti. Toho je dosaženo změnou proudu kotvy a / nebo buzení pomocí polovodičových zařízení (dříve pomocí řídicích reostatů) nebo změnou napájecího napětí. Vzhledem k tomu, že v současné době je to snadné a bez výrazné změny účinnosti (pomocí frekvenčních měničů) probíhá plynulá regulace otáček střídavých motorů, začaly se používat stejnosměrné motory kvůli jejich vyšším nákladům, velkým rozměrům a dalším ztrátám vznikajícím při regulaci mnohem méně často než dříve.
Krokové motory jsou poháněny napěťovými impulsy. S každým pulzem se rotor motoru otáčí o určitý úhel (například o několik stupňů). Takové motory se používají v pomaloběžných mechanismech, které obvykle vyžadují přesnější polohování. Lze například vyrábět motory, které dělají jednu otáčku za den nebo dokonce za rok.
Lineární motory používá se pro lineární pohyb, když převod rotačního pohybu na lineární pohyb pomocí mechanických převodů nebo jiných zařízení není možný nebo přijatelný. Nejběžněji se používají asynchronní lineární motory, ale existují také synchronní a krokové lineární motory a dokonce i stejnosměrné motory.
Lze uvažovat o hlavních výhodách elektromotorů oproti spalovacím motorům
- menší rozměry, nižší hmotnost a nižší náklady,
- mnohem vyšší účinnost (obvykle 90,95%),
- lepší ovladatelnost (obvykle při zachování vysoké účinnosti),
- vysoká spolehlivost a dlouhá životnost,
- menší hluk a menší vibrace během provozu,
- rychlý a bezproblémový (pokud je to nutné - plynulý) start,
- mnohem jednodušší ovládání,
- žádná spotřeba paliva a v důsledku toho žádné emise produktů spalování do životního prostředí,
- snadné připojení k jakýmkoli pracovním strojům a mechanismům.
Používání elektrických motorů může být problematické, pokud musí být umístěny na přenosných a mobilních zařízeních nebo ve vozidlech. V takových případech může být použito napájení, v závislosti na vzdálenosti a povaze pohybu,
- flexibilní kabely,
- trolejové vodiče nebo kontaktní přípojnice,
- zdroje energie umístěné na mobilních vozidlech (baterie, palivové články, generátory motorů atd.).
V mnoha případech tyto způsoby podávání omezují manévrovatelnost nebo dojezd vozidel (zejména automobilů) nebo jiných mobilních strojů do té míry, že použití spalovacích motorů zůstává racionálnější. První elektrický motor nebyl elektromagnetický, ale elektrostatický a byl vyroben v roce 1748 vydavatelem a veřejnou osobností města Philadelphia (Philadelphia, USA) Benjaminem Franklinem (1706-1790). Rotor tohoto motoru byl ozubený kotouč, na jehož zuby působily impulzní síly přitahování a odpuzování způsobené elektrostatickými výboji, kotouč dělal 12 ... 15 otáček za minutu a mohl nést až 100 stříbrných mincí. První elektromagnetické motory (zařízení, ve kterých se během práce točil vodič, kterým protékal proud, kolem tyčového magnetu (obr. 2) - míchání rtuti, nebo tyčový magnet otáčející se kolem vodiče proudem, vynalezl v roce 1821 asistent Royal Institute of London) (Královská instituce) Michael Faraday.
Postava: 2. Princip experimentálního zařízení Michaela Faradaye pro demonstraci elektrické rotace.
1 - rotující kovová tyč, 2 - tyčový magnet, 3 - skleněná nebo porcelánová nádoba, 4 - rtuť, 5 - těsnění, i - proud
První (výkyvný) motor, který lze v zásadě připojit k poháněnému pracovnímu stroji, vyrobil v roce 1831 Joseph Henry, učitel matematiky a přírodních věd na Albany Boys 'School (Albany, USA); princip tohoto motoru je uveden na obr. 3.
Postava: 3. Princip zařízení oscilačního elektrického motoru Josepha Henryho.
1 - permanentní magnety, 2 - výkyvný elektromagnet, 3 - hřídel, 4 - rtuťové kontakty.
Po motoru Henry bylo vytvořeno několik různých prototypů vratných motorů. První rotující elektromotor vytvořil pro skutečné použití 8. dubna 1834 inspektor přístavu Pillau (Piilau ve východním Prusku), stavební inženýr Moritz Hermann Jacobi (1801-1874), který samostatně studoval elektrotechniku \u200b\u200bv knihovně a v laboratořích univerzity v Königsbergu. Osmpólový motor, ve kterém se stator i rotor skládal ze čtyř elektromagnetů ve tvaru podkovy a dosahoval 80 ... 120 ot / min, byl napájen 6V baterií galvanických článků. Jeho výkon na hřídeli byl přibližně 15 W a účinnost byla přibližně 13%. Jacobi zkoumal a vylepšoval svůj motor mimo jiné na univerzitě v Tartu, kde byl v roce 1835 zvolen profesorem civilní architektury.
Moritz Hermann (později v Rusku - Boris Semenovich) Jacobi se narodil v roce 1801 v Postupimi (Postupim, Německo) v bohaté rodině a doma získal dobré vzdělání; již v mládí hovořil stejně dobře německy, anglicky a francouzsky a dokonale věděl také latinu a starou řečtinu. V roce 1828 promoval na univerzitě v Göttingenu (Gottingen Německo) s kvalifikací architekta, poté pracoval na stavbě silnic a v roce 1833 se přestěhoval do Königsbergu, kde byl jeho mladší bratr Carl Gustav Jacob Jacobi (1804-1851) profesorem matematiky ... Začal pracovat jako inspektor v přístavu Pillau a navštěvoval univerzitu v Königsbergu, aby získal znalosti v elektrotechnice. V roce 1834 postavil výše uvedený motor a v roce 1835 byl na popud profesora astronomie na univerzitě v Tartu Friedricha Georga Wilhelma Struveho (1793-1864) zvolen profesorem civilní architektury na této univerzitě. Jeho motor vzbudil zájem v Petrohradě a v roce 1837 byl Jacobi vyslán do Akademie věd hlavního města, aby vyvinul elektrický pohon válečných lodí a zůstal oficiálně v provozu na univerzitě v Tartu až do roku 1840. V roce 1838 Jacobi testoval první elektrický pohon na světě s rotujícím motorem (instalovaným na mořském člunu) na Něvě, ale další výzkumy ukázaly, že bohužel neexistoval žádný technicky a ekonomicky životaschopný zdroj energie, který by pohon poháněl.
V roce 1839 byl Jacobi zvolen příslušným členem a v roce 1842 členem Akademie věd a později se zabýval hlavně vývojem elektromagnetického telegrafu, galvanického pokovování a metrologie. Několikrát se setkal s Michaelem Faradayem, slavnými francouzskými a německými fyziky té doby.
V polovině 19. století bylo vyvinuto několik dalších druhů stejnosměrných motorů, ale jejich praktickému použití bylo zabráněno nízkým výkonem a, jak již Jacobi stanovil, nedostatečnou ekonomickou účinností tehdejších napájecích zdrojů - galvanických článků a primitivních generátorů elektrických strojů. Širší použití elektromotorů bylo možné až v roce 1866 po příchodu samobudených stejnosměrných generátorů.
Po vzniku vícefázového střídavého systému začala německá společnost AEG zkoumat možnosti použití asynchronních motorů, které vynalezl jeho hlavní inženýr Michail Dolivo-Dobrovolsky (německy Michael von Dolivo-Dobrowolsky), a 8. března 1889 podala žádost o patent na indukční motor s kotvou nakrátko. Poté začalo rozsáhlé používání spolehlivých a vysoce účinných střídavých motorů. V současné době všechny výše uvedené elektromotory dosáhly velmi vysoké technické úrovně a jsou široce používány ve stacionárních zařízeních a stále častěji ve vozidlech.
Elektromotor je neocenitelným lidským vynálezem. Díky tomuto zařízení zašla naše civilizace za poslední stovky let daleko dopředu. To je tak důležité, že princip fungování elektromotoru byl studován již od školy. Kruhová rotace elektrického hnacího hřídele se snadno přemění na všechny ostatní typy pohybu. Proto může být jakýkoli stroj navržený pro usnadnění práce a zkrácení výrobního času přizpůsoben k provádění různých úkolů. Jaký je princip fungování elektromotoru, jak funguje a jaká je jeho struktura - to vše je popsáno srozumitelným jazykem v předloženém článku.
Jak funguje stejnosměrný motor
Drtivá většina elektromobilů funguje na principu magnetického odpuzování a přitažlivosti. Pokud umístíte vodič mezi severní a jižní pól magnetu a protáhnete ním proud, bude vytlačen. Jak je tohle možné? Faktem je, že proud procházející vodičem vytváří kolem sebe kruhové magnetické pole po celé délce drátu. Směr tohoto pole je určen pravidlem kardanového kloubu (šroubu). S interakcí kruhového pole vodiče a rovnoměrného pole magnetu mezi póly magnetické pole na jedné straně oslabuje a na druhé se zvyšuje. To znamená, že médium se stává elastickým a výsledná síla tlačí drát z pole magnetu v úhlu 90 stupňů ve směru určeném pravidlem levé ruky (pravidlo pravé ruky se používá pro generátory a pravidlo levé ruky je vhodné pouze pro motory). Tato síla se nazývá „ampér“ a její hodnota je určena Ampérovým zákonem F \u003d BxIxL, kde B je hodnota magnetické indukce pole; I je proud cirkulující ve vodiči; L je délka drátu.
Tento jev byl používán jako základní princip činnosti prvních elektromotorů, stejný princip je používán dodnes. Nízkonapěťové stejnosměrné motory používají permanentní magnety k vytvoření konstantního magnetického pole. U elektromotorů středního a vysokého výkonu je rovnoměrné magnetické pole vytvářeno pomocí budicího vinutí nebo induktoru.
Zvažme podrobněji princip vytváření mechanického pohybu pomocí elektřiny. Dynamický obrázek ukazuje nejjednodušší elektrický motor. V rovnoměrném magnetickém poli umístěte drátěný rám svisle a protáhněte ním proud. Co se děje? Rám se po určitou dobu setrvačností otáčí a pohybuje, dokud nedosáhne vodorovné polohy. Tato neutrální poloha je slepý bod - místo, kde je účinek pole na vodič s proudem nulový. Aby pohyb mohl pokračovat, musí být přidán alespoň jeden další rámec a ve správný čas musí být změněn směr proudu v rámci. Tento proces je jasně viditelný ve výukovém videu v dolní části stránky.
Princip fungování moderních elektromotorů
Moderní stejnosměrný motor má místo jednoho rámu kotvu s mnoha vodiči uloženými v drážkách a místo permanentního magnetu ve tvaru podkovy má stator s budicím vinutím se dvěma nebo více póly. Obrázek ukazuje pohled v řezu na dvoupólový elektromotor. Princip jeho fungování je následující. Pokud je proud pohybující se „od nás“ (označený křížkem) veden vodiči horní části kotvy a ve spodní části - „směrem k nám“ (označen tečkou), pak podle pravidla levé ruky budou horní vodiče vytlačeny z magnetického pole statoru doleva a spodní vodiče poloviny kotvy budou stejným principem tlačeny doprava. Vzhledem k tomu, že měděný drát je položen ve štěrbinách kotvy, bude na něj přenesena veškerá nárazová síla a bude se otáčet. Dále je vidět, že když se vodič se směrem proudu „od nás“ stočí dolů a postaví se proti jižnímu pólu vytvořenému statorem, bude vytlačen na levou stranu a dojde k brzdění. Abyste tomu zabránili, musíte změnit směr proudu ve vodiči na opačný, jakmile překročí neutrální čáru. To se provádí pomocí kolektoru - speciálního spínače, který komutuje vinutí kotvy s obecným obvodem elektromotoru.
Vinutí kotvy tedy přenáší točivý moment na hřídel elektromotoru, který zase pohání pracovní mechanismy jakéhokoli zařízení, jako je například stroj na pletivo. I když se v tomto případě používá střídavý proud, jeho základní princip činnosti je stejný jako u stejnosměrného motoru - vytlačuje vodič přenášející proud z magnetického pole. Pouze asynchronní elektromotor má rotující magnetické pole, zatímco stejnosměrný elektromotor má statické pole.
V pokračování tématu stejnosměrného motoru je třeba poznamenat, že princip činnosti elektromotoru je založen na inverzi stejnosměrného proudu v obvodu kotvy, takže nedochází k brzdění a rotace rotoru je udržována v konstantním rytmu. Pokud změníte směr proudu ve vzrušujícím vinutí statoru, pak se podle levého pravidla změní směr otáčení rotoru. Totéž se stane, když vyměníme polohy kontaktů kartáče, které dodávají energii ze zdroje do vinutí kotvy. Pokud ale změníte „+“ „-“ a tam a tam, směr otáčení hřídele se nezmění. Proto lze v zásadě k napájení takového motoru použít střídavý proud, protože proud v induktoru a kotvě se bude měnit současně. V praxi se taková zařízení používají jen zřídka.
Pokud jde o elektrický obvod pro zapnutí motoru, existuje několik z nich a jsou zobrazeny na obrázku. Když jsou vinutí připojena paralelně, vinutí kotvy je vyrobeno z velkého počtu závitů tenkého drátu. Při takovém zapojení bude proud přepínaný kolektorem mnohem menší kvůli vysokému odporu a desky nebudou silně jiskřit a vyhořet. Pokud vytvoříte sériové spojení vinutí induktoru a kotvy, pak je vinutí induktoru vyrobeno z drátu většího průměru s menším počtem závitů, protože veškerý proud kotvy protéká vinutím statoru. Při takových manipulacích s proporcionální změnou hodnot proudu a počtu závitů zůstává magnetizační síla konstantní a kvalitativní charakteristiky zařízení se zlepšují.
Dnes se stejnosměrné motory ve výrobě málo používají. Z nevýhod tohoto typu elektrických strojů lze poznamenat rychlé opotřebení sestavy kartáčového sběrače. Výhodou jsou dobré startovací vlastnosti, snadné nastavení frekvence a směru otáčení, jednoduchost zařízení a ovládání.
Elektromotor je zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na energii mechanickou. Elektromotory jsou široce používány téměř ve všech oblastech každodenního života. Než začnete uvažovat o typech elektromotorů, měli byste se krátce zabývat principem jejich fungování. Veškerá akce probíhá podle Ampereova zákona, když se kolem drátu, kde proudí elektrický proud, vytvoří magnetické pole. Jak se tento drát otáčí uvnitř magnetu, bude každá strana střídavě přitahována k pólům. Dojde tedy k rotaci drátové smyčky. Elektrické motory se mezi sebou dělí v závislosti na použitém proudu, který může být střídavý nebo přímý.
Třífázové motory
Funkce střídavého proudu je jeho změna směru určitý počet opakování během sekundy. Obvykle se používá 50 Hz střídavý proud.
Po připojení nejprve začne proudit jedním směrem a poté se jeho směr úplně změní. Strany smyčky, které jsou tlačeny, jsou tedy přitahovány střídavě k různým pólům. To znamená, že ve skutečnosti dochází k jejich řádné přitažlivosti a odporu. Když se tedy změní směr, smyčka drátu se bude otáčet kolem své osy. Pomocí těchto kruhových pohybů se energie přeměňuje z elektrické na mechanickou.
Střídavé motory jsou k dispozici v nejrůznějších provedeních a modelech. To jim umožňuje široké využití nejen v průmyslu, ale i v každodenním životě.
Stejnosměrné motory
První vynalezené motory byly zařízení stejnosměrného proudu. Střídavý proud byl v tuto chvíli stále neznámý. Na rozdíl od střídavého proudu se pohyb stejnosměrného proudu provádí vždy v jednom směru. Rotace rotoru se zastaví po otočení o 90 stupňů. Směr magnetického pole se shoduje se směrem elektrického proudu.
Proto je kovový kroužek připojený k stejnosměrnému napájecímu zdroji rozdělen na dvě části a nazývá se kruhový spínač. Na začátku otáčení protéká proud podél první strany spínače a podél vodičů. Elektrický proud protékající drátěnou smyčkou v něm vytváří magnetické pole. Při dalším otáčení smyčky se také otáčí spínač. Poté, co prsten projde prázdným prostorem, přesune se do jiné části přepínače. Dále dochází k účinku střídavého elektrického proudu, díky kterému rotace smyčky pokračuje.
Všechny stejnosměrné motory se používají ve výrobě a přepravě ve spojení se střídavými zařízeními.
Klasifikace elektrických motorů
Elektromotor je speciální převodník. Jedná se o stroj, kde se elektrická energie přeměňuje a přeměňuje na mechanickou energii. Princip fungování motoru je založen na elektromagnetická indukce... Existují také elektrostatické motory. Bez zvláštních doplňků je možné použít motory na jiných principech přeměny elektřiny v pohybu. Ale jen málo lidí ví, jak funguje elektrický motor a jak funguje.
Jak zařízení funguje
Elektromotor na střídavý proud obsahuje pevné a pohyblivé části. První zahrnují:
- stator;
- induktor.
Stator najde uplatnění pro stroje synchronní a asynchronní typ... Induktor se používá ve stejnosměrných strojích. Pohyblivá část se skládá z rotoru a kotvy. První se používá pro synchronní a asynchronní zařízení, zatímco kotva se používá pro zařízení s konstantními rychlostmi. Funkce induktoru spočívá na motorech s nízkým výkonem. Často se zde používají permanentní magnety.
Když už mluvíme o tom, jak je uspořádán elektrický motor, je nutné určit, do které třídy vybavení konkrétní model patří. V konstrukci asynchronního motoru je rotor:
- zkratovaný;
- fáze, to znamená s vinutím.
Druhý typ se používá, pokud je zapotřebí ke snížení počátečního proudu a 
upravte rychlost asynchronní elektrický motor. Obvykle mluvíme o jeřábových elektromotorech, které se běžně používají v jeřábových instalacích.
Jeřáb je flexibilní a používá se ve stejnosměrných strojích. Může to být generátor nebo motor, stejně jako univerzální motor, pracující na stejném principu. Používá se v elektrickém nářadí. Ve skutečnosti je univerzální motor stejný motor s konstantní rychlostí, ve kterém dochází k postupnému buzení. Rozdíl se týká pouze výpočet vinutí... Není zde žádná reaktance. Stalo se to:
- kapacitní;
- induktivní.
Proto jakékoli elektrické nářadí, pokud je z něj vyjmuta elektronická jednotka, může pracovat na stejnosměrný proud. Ale napětí v síti bude menší. Princip činnosti elektromotoru je určen podle toho, z jakých součástí se skládá a pro jaké účely je určen.
Třífázový asynchronní provoz motoru
Po připojení k síti se vytvoří rotující magnetické pole. Je to patrné ve statoru a proniká skrz zkratované vinutí rotoru. Jde to do indukce. Poté se rotor v souladu s Ampereovým zákonem začne otáčet. Frekvence pohybu tohoto prvku závisí na frekvenci napájecího napětí a počtu magnetických pólů představovaných v párech.
Rozdíl mezi rychlostí rotoru a magnetickým polem statoru je vyjádřen jako skluz. Motor asynchronní, protože frekvence otáčení magnetického pole odpovídá frekvenci otáčení rotoru. Synchronní motor má jinou konstrukci. Rotor je doplněn permanentním magnetem nebo elektromagnetem. Obsahuje prvky, jako je klec veverky pro odpalování a permanentní magnety. Svou roli mohou hrát také elektromagnety.
V asynchronním motoru má magnetické pole statoru stejnou rychlost jako rotor. Pro zapnutí se používají pomocné asynchronní elektromotory nebo rotor s vinutím ve veverce. Asynchronní motory byly široce používány ve všech technických oblastech.
To platí zejména ve vztahu k třífázovým motorům, které se vyznačují jednoduchou konstrukcí. Jsou nejen cenově dostupné, ale také spolehlivější než ty elektrické. Nevyžadují téměř žádnou péči. Název asynchronní, který jim je přiřazen, je způsoben asynchronním otáčením rotoru v takovém motoru. Pokud není k dispozici třífázová síť, lze takový motor připojit k jednofázové proudové síti.
Stator asynchronního elektrického motoru obsahuje balíček. Má lakované plechy z elektrické oceli o tloušťce 0,5 mm. Mají drážky, kde je položeno vinutí. Tři fáze vinutí jsou navzájem spojeny trojúhelníkem nebo hvězdou, které jsou v prostoru posunuty o 120 stupňů.
Pokud mluvíme o rotoru elektromotoru, ve kterém jsou v drážkách sběrací kroužky, je zde zaznamenána situace podobná vinutí statoru. To je relevantní, pokud je zapnuto hvězdou nebo jsou počáteční konce fází spojeny třemi sběracími kroužky upevněnými na hřídeli. Když je motor v chodu, může být k fázím vinutí připojen reostat pro ovládání rychlosti. Po úspěšném běhu jsou sběrací kroužky zkratovány, a proto vinutí rotoru plní stejné funkce jako v případě zkratovaného produktu.
Moderní klasifikace
Podle principu generování točivého momentu se elektromotory dělí na magnetoelektrické a hysterezní. Poslední skupina se liší tím, že se zde vytváří točivý moment v důsledku hystereze, když je rotor nadměrně magnetizován. Takové motory nejsou považovány za klasické a nejsou v průmyslu tak běžné. Nejrozšířenější jsou magnetoelektrické modifikace, které se dělí do dvou velkých skupin podle spotřebované energie. Jedná se o střídavé a stejnosměrné motory. K dispozici jsou také univerzální modely, které jsou schopné dodávat oba typy elektrického proudu.
Klíčové vlastnosti
Bylo by správné nazývat tato zařízení elektrickými nefázovými. Je to proto, že se zde přepínají fáze přímo v motoru... Díky tomu je motor napájen konstantními i střídavými typy proudu se stejným úspěchem. Tato skupina je rozdělena podle metody fázového přepínání a přítomnosti zpětné vazby. Jsou to ventily a sběrače.
S ohledem na typ buzení se kolektorové motory dělí na modely s vlastním buzením, motory s nezávislým buzením z permanentních magnetů a elektromagnetů. První typ se zase dělí na motory se sériovým, paralelním, smíšeným buzením.
Brushless nebo ventilové produkty pracují na elektřinu. V nich dochází k fázovému přepínání prostřednictvím speciální elektrické jednotky zvané invertor. Tento proces může být vybaven zpětnou vazbou, když je snímač polohy rotoru uveden do pohybu nebo bez zpětné vazby. Takové zařízení může být ve skutečnosti umístěno jako analog asynchronního zařízení.
Zvlnění proudových jednotek
Takový motor je elektrický a je poháněn pulzujícím elektrickým proudem. Jeho konstrukční vlastnosti jsou podobné jako u stejnosměrných zařízení. Jeho konstrukční rozdíly od motoru s konstantním výkonem spočívají v přítomnosti laminovaných vložek pro usměrňování střídavého proudu. Používá se na elektrických lokomotivách se speciálními instalacemi. Charakteristickým rysem je přítomnost kompenzačního vinutí a značný počet pólových párů.
AC úpravy
Motor je zařízení napájené střídavým proudem. Tyto agregáty jsou asynchronní a synchronní. Rozdíl je v tom, že v asynchronních strojích se magnetomotorická síla statoru pohybuje rychlostí rotoru. U asynchronního zařízení vždy existuje rozdíl mezi rychlostí otáčení magnetického pole a rotoru.
Synchronní elektrický motor je napájen střídavým proudem. Rotor se zde otáčí podle pohybu magnetického pole napájecího napětí. Synchronní elektromotory se dělí na modifikace s polními vinutími, s permanentními magnety, stejně jako reaktivní modifikace, hystereze, krokování, hybridní reaktivní typy zařízení.
Rozlišuje se také takzvaný typ reaktivní hystereze. Vyrábí se také modely s krokovými jednotkami. Zde je určitá poloha rotoru fixována napájením určitých zón vinutí. Přechodu do jiné polohy se dosáhne odstraněním napětí z některých vinutí a jeho přesunem do jiných oblastí. Ventilové reaktivní modely elektrického typu napájení vinutí pomocí polovodičových prvků... Asynchronní zařízení má rychlost rotoru, která se liší od frekvence rotujícího magnetického pole. Je vytvářeno napájecím napětím. Takové modely jsou dnes nejrozšířenější.
Univerzální rozdělovací zařízení
Taková jednotka může pracovat na střídavý a stejnosměrný proud. Je vyroben se sériovým budicím vinutím při jmenovitém výkonu do 200 W. Stator je vyroben ze speciální elektrické oceli. Budicí vinutí se provádí na indikátoru konstantního napětí v plném rozsahu a částečně na proměnném indikátoru. Jmenovité napětí pro střídavý elektrický proud je 127 a 220 V, podobné ukazatele pro konstantní parametr jsou 110 a 220 V. Používají se v elektrickém nářadí a domácích spotřebičích.
Fungování elektromotoru závisí na tom, zda patří k určitému typu zařízení. Úpravy střídavého proudu s napájením z průmyslové sítě 50 Hz nedávají frekvenci otáčení větší než 3000 ot / min. Proto se pro získání významných frekvencí používá kolektorový motor elektrického typu. Je také lehčí a menší než VAR podobné síly.
Ve vztahu k nim se používají speciální převodové mechanismy, které převádějí kinematické parametry mechanismu na přijatelné. Při použití frekvenčních měničů a v přítomnosti vysokofrekvenční sítě jsou střídavé motory lehčí a menší než kolektorové výrobky.
Zdroj asynchronních modelů s proměnnými indikátory je mnohem vyšší než u zdrojů sběratelských. Je to určeno stavem ložisek a vlastnostmi izolace vinutí.
Synchronní motor, který má snímač polohy rotoru a měnič, je považován za elektronický protějšek kartáčovaného stejnosměrného motoru. Ve skutečnosti jde o kolektorový motor se statorovými vinutími zapojenými do série. Jsou ideálně optimalizovány pro použití s \u200b\u200bnapájením pro domácnost. Takový model, bez ohledu na polaritu napětí, lze otáčet jedním směrem, protože sériové spojení vinutí a rotoru zaručuje změnu pólu od magnetických polí. Výsledek tedy zůstává v jednom směru.
Stator magnetického měkkého materiálu je použitelný pro střídavý provoz. To je možné, pokud je jeho magnetický reverzní odpor zanedbatelný. Pro snížení ztrát vířivými proudy je stator vyroben z izolovaných desek. Ukázalo se, že je to vysázeno. Jeho zvláštností je, že spotřebovaný proud je omezen kvůli indukčnímu odporu vinutí. Podle toho se točivý moment motoru odhaduje na maximální a pohybuje se od 3 do 5. Pro přiblížení mechanických charakteristik motorů pro všeobecné použití se používají sekční vinutí. Mají samostatné závěry.
Je pozoruhodné, že některé druhy bakterií používají k pohybu elektrický motor několika molekul bílkovin. Je schopen transformovat energii elektrického proudu ve formě pohybu protonů v rotaci bičíku.
Synchronní model vratného pohybu funguje tak, že pohyblivá část zařízení je vybavena permanentními magnety. Jsou připevněny na oponu. Pomocí stacionárních prvků jsou permanentní magnety pod vlivem magnetického pole a pohybují tyčí vratně.
Elektrické motory jsou určeny k přeměně elektrické energie na energii mechanickou. Jejich první prototypy byly vytvořeny v 19. století a dnes jsou tato zařízení maximálně integrována do života moderního lidstva. Příklady jejich použití lze nalézt v jakékoli oblasti života: od veřejné dopravy po domácí mlýnky na kávu.
Elektromotor: pohled v řezu
Princip přeměny energie
Principem činnosti elektromotoru jakéhokoli typu je použití elektromagnetické indukce, ke které dochází uvnitř zařízení po připojení k síti. Abychom pochopili, jak se tato indukce vytváří a uvádí do chodu prvky motoru, měl by se obrátit na školní kurz fyziky, který vysvětluje chování vodičů v elektromagnetickém poli.
Pokud tedy ponoříme vodič ve formě vinutí, podél kterého se pohybují elektrické náboje, do magnetického pole, začne se otáčet kolem své osy. To je způsobeno skutečností, že náboje jsou pod vlivem mechanické síly, která mění jejich polohu v rovině kolmé na magnetické siločáry. Můžeme říci, že stejná síla působí na celý vodič.
Níže uvedený diagram ukazuje vodivý rám pod napětím a dva magnetické póly, které mu dávají rotační pohyb.
Právě tato pravidelnost interakce magnetického pole a obvodu pro vedení proudu vytvářením elektromotorické síly je základem fungování všech elektromotorů. K vytvoření podobných podmínek zahrnuje návrh zařízení:
- Rotor (vinutí) je pohyblivá část stroje, připevněná k jádru a rotačním ložiskům. Hraje roli vodivého rotačního obvodu.
- Stator je stacionární prvek, který vytváří magnetické pole, které působí na elektrické náboje rotoru.
- Skříň statoru. Vybaveno sedadly s kroužky pro ložiska rotoru. Rotor je uložen uvnitř statoru.
Chcete-li představit konstrukci elektromotoru, můžete vytvořit schematický diagram založený na předchozím obrázku:
Po zapnutí tohoto zařízení v síti začne protékat vinutí rotoru proud, který pod vlivem magnetického pole vznikajícího na statoru zajišťuje rotaci rotoru přenášeného na rotující hřídel. Rychlost otáčení, výkon a další ukazatele výkonu závisí na konstrukci konkrétního motoru a na parametrech elektrické sítě.
Klasifikace elektrických motorů
Všechny elektromotory jsou mezi sebou klasifikovány primárně podle typu proudu, který jimi protéká. Každá z těchto skupin je zase rozdělena do několika typů v závislosti na technologických vlastnostech.
Stejnosměrné motory
U stejnosměrných motorů s nízkým výkonem je magnetické pole vytvářeno permanentním magnetem instalovaným v těle zařízení a vinutí kotvy je připevněno k rotující hřídeli. Schéma DPT je následující:
Vinutí umístěné na jádře je vyrobeno z feromagnetických materiálů a skládá se ze dvou částí navzájem spojených do série. Na svých koncích jsou spojeny s kolektorovými deskami, proti nimž jsou přitlačeny grafitové kartáče. Jeden z nich je napájen kladným potenciálem ze zdroje stejnosměrného proudu a druhý je záporný.
Po zapnutí motoru nastane následující:
- Proud ze spodního "plus" kartáče je dodáván na kolektorovou desku, ke které je připojena kontaktní plošina.
- Průchod proudu vinutím na desku kolektoru (označenou přerušovanou červenou šipkou) připojenou k hornímu „zápornému“ štětci vytváří elektromagnetické pole.
- Podle pravidla kardanového závěsu se magnetické pole jižního pólu objevuje v pravé horní části kotvy a severní magnetický pól v levé dolní části.
- Magnetická pole se stejným potenciálem jsou navzájem odpuzována a uvádějí rotor do rotačního pohybu, což je na schématu označeno červenou šipkou.
- Uspořádání kolektorových desek vede ke změně směru toku proudu vinutím během setrvačné rotace a pracovní cyklus se znovu opakuje.
Nejjednodušší elektrický motor
Se zjevnou jednoduchostí konstrukce je významnou nevýhodou těchto motorů jejich nízká účinnost kvůli velkým energetickým ztrátám. Dnes se PMD s permanentními magnety používají v jednoduchých domácích spotřebičích a dětských hračkách.
Konstrukce vysoce výkonných stejnosměrných motorů používaných pro průmyslové účely nezahrnuje použití permanentních magnetů (zabraly by příliš mnoho místa). Tyto stroje používají následující konstrukci:
- vinutí se skládá z většího počtu sekcí, kterými jsou kovová tyč;
- každé vinutí je samostatně připojeno ke kladnému a zápornému pólu;
- počet kontaktních podložek na kolektorovém zařízení odpovídá počtu vinutí.
Snížení ztrát energie je tedy zajištěno plynulým připojením každého vinutí ke kartáčům a ke zdroji energie. Následující obrázek ukazuje konstrukci kotvy takového motoru:
Konstrukce stejnosměrných elektromotorů usnadňuje obrácení směru otáčení rotoru jednoduchým přepólováním napájecího zdroje.
Funkční vlastnosti elektrických motorů jsou určeny přítomností některých „triků“, které zahrnují posun kartáčů sběru proudu a několik schémat připojení.
K posunu sestavy sběrného kartáče vzhledem k rotaci hřídele dochází po spuštění motoru a změně dodávaného zatížení. Tím se kompenzuje „odezva kotvy“ - účinek, který snižuje účinnost stroje brzděním hřídele.
Existují tři způsoby připojení DPT:
- Paralelní budicí obvod zajišťuje paralelní připojení nezávislého vinutí, obvykle ovládaného reostatem. Tím je zajištěna maximální stabilita rychlosti otáčení a její plynulá regulace. Z tohoto důvodu se paralelně budicí motory široce používají ve zdvihacích zařízeních, elektrických vozidlech a obráběcích strojích.
- Sekvenční budicí obvod také umožňuje použití dalšího vinutí, ale je zapojen do série s hlavním. To umožňuje v případě potřeby prudce zvýšit točivý moment motoru, například na začátku vlaku.
- Smíšené schéma využívá výhod obou výše popsaných metod připojení.
Bipolární elektrický motor
Třífázové motory
Hlavním rozdílem mezi těmito motory a dříve popsanými modely je proud protékající jejich vinutími. Popisuje podle sinusového zákona a neustále mění svůj směr. Proto jsou tyto motory poháněny generátory střídavého znaménka.
Jedním z hlavních konstrukčních rozdílů je statorové zařízení, kterým je magnetický obvod se speciálními štěrbinami pro umístění závitů vinutí.
Třífázové motory jsou klasifikovány podle principu činnosti na synchronní a asynchronní. Stručně řečeno, to znamená, že v první se otáčky rotoru shodují s frekvencí otáčení magnetického pole ve statoru a ve druhé ne.
Synchronní motory
Provoz synchronních motorů na střídavý proud je také založen na principu interakce polí, která vznikají uvnitř zařízení, avšak ve své konstrukci jsou permanentní magnety upevněny na rotoru a navíjení je prováděno podél statoru. Princip jejich fungování ukazuje následující diagram:
Vodiče vinutí, kterými protéká proud, zobrazené na obrázku jako rám. Rotor se otáčí následovně:
- V určitém časovém okamžiku je rotor s permanentním magnetem, který je k němu připojen, ve volné rotaci.
- Na vinutí se vytvoří magnetické pole s diametrálně opačnými póly Sst a Nst v okamžiku, kdy jím prochází kladná půlvlna. Je zobrazen na levé straně výše uvedeného diagramu.
- Póly stejného jména permanentního magnetu a magnetického pole statoru se navzájem odpuzují a uvádějí motor do polohy zobrazené na pravé straně schématu.
V reálných podmínkách se k vytvoření konstantní plynulé rotace motoru nepoužívá jedna cívka, ale několik. Střídavě procházejí proudem, čímž vytvářejí rotující magnetické pole.
Asynchronní motory
A v asynchronním střídavém motoru je rotující magnetické pole vytvořeno třemi (pro síť 380 V) vinutí statoru. Jsou připojeny k napájení přes svorkovnici a chlazeny ventilátorem namontovaným v motoru.
Rotor, sestavený z několika uzavřených kovových tyčí, je pevně spojen s hřídelí a tvoří s ní jeden celek. Je to kvůli spojení tyčí mezi sebou, že tento typ rotoru se nazývá zkratovaný. Vzhledem k absenci vodivých kartáčů v tomto provedení je údržba motoru výrazně zjednodušena, zvyšuje se životnost a spolehlivost. Hlavní příčinou poruchy tohoto typu motorů je opotřebení ložisek hřídele.
Princip činnosti indukčního motoru je založen na zákoně elektromagnetické indukce - pokud frekvence otáčení elektromagnetického pole statorových vinutí překročí frekvenci otáčení rotoru, je v něm indukována elektromotorická síla. To je důležité, protože EMF se nevyskytuje na stejné frekvenci, a proto nedochází k rotaci. Ve skutečnosti zatížení hřídele a třecí odpor ložisek vždy zpomalí rotor a vytvoří dostatečné provozní podmínky.
Hlavní nevýhodou tohoto typu motorů je nemožnost dosažení konstantní rychlosti hřídele. Jde o to, že výkon zařízení se mění v závislosti na různých faktorech. Například bez zatížení hřídele se kotoučová pila otáčí maximální rychlostí. Když přivedeme desku k pilovému kotouči a začneme ji řezat, rychlost kotouče se znatelně sníží. V souladu s tím se také snižuje rychlost otáčení rotoru vzhledem k elektromagnetickému poli, což vede k indukci ještě většího EMF. Tím se zvyšuje spotřeba proudu a zvyšuje se provozní výkon motoru na maximum.
Jak funguje elektrický motor
Je důležité vybrat motor s vhodným výkonem - příliš nízký způsobí poškození rotoru klece v důsledku překročení vypočítaného maximálního EMF a příliš vysoký vede k nepřiměřeným nákladům na energii.
Asynchronní střídavé motory jsou navrženy pro provoz v třífázové elektrické síti, ale mohou být také připojeny k jednofázové síti. Používají se například v pračkách a domácích dílenských strojích. Jednofázový motor má asi o 30% nižší výkon než třífázový - od 5 do 10 kW.
Asynchronní střídavé motory jsou díky své jednoduchosti a spolehlivosti nejběžnější nejen ve výrobních zařízeních, ale také v domácích spotřebičích.
Univerzální kartáčované motory
Mnoho domácích elektrických spotřebičů vyžaduje vysoké otáčky a točivý moment motoru při nízkých rozběhových proudech a plynulé ovládání. Všechny tyto požadavky splňují kolektorové motory, které se nazývají univerzální motory. Konstrukčně se velmi podobají stejnosměrným motorům se sériovým buzením.
Hlavním rozdílem od DCM je magnetický systém, doplněný několika navzájem izolovanými plechy z elektrické oceli, k pólům, ke kterým jsou připojeny dvě části vinutí. Tato konstrukce snižuje zahřívání prvků Foucaultovými proudy a reverzací magnetizace.
Vysoká synchronizace magnetických polí v univerzálních kolektorových motorech udržuje vysoké otáčky i při vysokém zatížení hřídele. Proto se používají v nízkoenergetických vysokorychlostních zařízeních a domácích spotřebičích. Po připojení k obvodu nastavitelného transformátoru je možné plynule upravit rychlost.
Hlavní nevýhodou těchto elektromotorů je jejich nízká životnost motoru v důsledku rychlého mazání grafitových kartáčů.