Elektrinis variklis paverčia elektros energiją mechaninio judėjimo energija. Kaip ir elektros generatorius, elektrinis variklis paprastai susideda iš statoriaus ir rotoriaus, nurodant besisukančias elektrines mašinas, tačiau varikliai, kuriuose judanti dalis atlieka tiesinį (paprastai tiesinį judesį (linijiniai varikliai)).
Labiausiai paplitęs elektros variklio tipas yra trifazis voverės narvelio asinchroninis variklis kurio principas parodytas pav. 1, šio variklio rotoriaus apvija yra masyvių varinių arba aliumininių strypų sistema, išdėstyta lygiagrečiai vienas kitam rotoriaus angose, kurių galai sujungiami trumpojo jungimo žiedais.
Paveikslėlis: 1. Trumpojo jungimo asinchroninio variklio principas.
1 - statorius, 2 - rotorius, 3 - velenas, 4 - korpusas
Aliuminio atveju visa apvija (voverės narvas) paprastai susidaro liejimo būdu. Statoriaus besisukantis magnetinis laukas sukelia rotoriaus apvijoje srovę, kurios sąveika su statoriaus magnetiniu lauku suka rotorių. Šiuo atveju rotoriaus greitis visada yra mažesnis nei statoriaus magnetinis laukas, o jo santykinis skirtumas su statoriaus magnetinio lauko sukimosi greičiu (su greičio sinchronizavimu) vadinamas slydimu. Ši vertė priklauso nuo variklio veleno apkrovos ir, esant pilnai apkrovai, paprastai yra 3 ... 5%. Žingsnio greičiui valdyti galima naudoti statoriaus apviją su keičiamu polių skaičiumi, pagal šį principą, pavyzdžiui, galima atlikti du trijų ir keturių greičių asinchroninius variklius. Reguliuojant be galo greitį, variklis paprastai tiekiamas per kintamo dažnio pavarą.
Pagrindiniam asinchroninio variklio greičio, mažesnio už vardinį greitį, reguliavimui vietoj voverės narvelio variklių buvo naudojami varikliai su faziniu rotoriumi, kuriuose rotoriaus apvija turi tą pačią trifazę konstrukciją kaip ir statoriaus. Tokia apvija sujungiama per slydimo žiedus, esančius ant variklio veleno, su reguliuojamu reostatu, kur dalis variklio sunaudojamos energijos paverčiama šiluma. Todėl reguliavimas vyksta dėl sumažėjusio variklio efektyvumo ir šiuo metu naudojamas retai.
Voverės narvelio asinchroniniai varikliai pasižymi kompaktiškumu ir dideliu patikimumu, taip pat daug ilgesniu tarnavimo laiku nei vidaus degimo varikliai. Paprastai jie yra mažesnio dydžio ir lengvesnio svorio nei tos pačios galios vidaus degimo varikliai. Jie gali būti gaminami labai įvairia nominalia galia nuo kelių vatų iki kelių dešimčių megavatų. Mažos galios varikliai (iki kelių šimtų vatų gali būti ir vienfaziai.
Sinchroniniai varikliai yra išdėstyti taip pat, kaip ir sinchroniniai generatoriai. Pastoviu tinklo dažniu jie sukasi pastoviu greičiu, nepriklausomai nuo apkrovos. Jų pranašumas, palyginti su asinchroniniais varikliais, yra tas, kad jie nevartoja reaktyviosios energijos iš tinklo, bet gali ją atiduoti tinklui, tokiu būdu padengdami kitų elektros imtuvų reaktyviosios energijos suvartojimą. Sinchroniniai varikliai nėra tinkami dažnai paleisti ir dažniausiai naudojami esant gana stabiliai mechaninei apkrovai ir kai reikia pastovaus greičio.
Nuolatinės srovės varikliai yra naudojami, kai reikalingas sklandus greičio valdymas. Tai pasiekiama keičiant armatūros srovę ir (arba) sužadinimą naudojant puslaidininkinius įtaisus (anksčiau naudojant valdymo reostatus) arba keičiant maitinimo įtampą. Kadangi šiuo metu lengva ir be reikšmingų efektyvumo pokyčių (padedant dažnio keitikliams) atliekamas sklandus kintamosios srovės variklių greičio reguliavimas, nuolatinės srovės varikliai dėl didesnių sąnaudų, didelių matmenų ir papildomų nuostolių, atsirandančių reguliuojant, pradėti naudoti daug rečiau nei anksčiau.
Žingsniniai varikliai varomi įtampos impulsais. Kiekvienu impulsu variklio rotorius sukasi tam tikru kampu (pavyzdžiui, keliais laipsniais). Tokie varikliai naudojami mažo greičio mechanizmuose, kuriems paprastai reikia tikslesnio padėties nustatymo. Pavyzdžiui, gali būti gaminami varikliai, kurie per dieną ar net per metus padaro vieną apsisukimą.
Linijiniai varikliai naudojamas tiesiniam judėjimui, kai sukimosi judesio pavertimas linijiniu judesiu naudojant mechanines pavaras ar kitus įtaisus yra neįmanomas arba priimtinas. Dažniausiai naudojami asinchroniniai linijiniai varikliai, tačiau yra ir sinchroninių bei pakopinių linijinių ir net nuolatinės srovės variklių.
Galima atsižvelgti į pagrindinius elektrinių variklių pranašumus prieš vidaus degimo variklius
- mažesni matmenys, mažesnis svoris ir mažesnės išlaidos,
- daug didesnis efektyvumas (paprastai 90,95%),
- geresnis valdomumas (paprastai išlaikant aukštą efektyvumą),
- didelis patikimumas ir ilgas tarnavimo laikas,
- mažiau triukšmo ir mažiau vibracijos darbo metu,
- greitas ir be problemų (jei reikia - sklandus) pradžia,
- daug lengvesnis valdymas,
- nenaudojamos kuro ir dėl to į aplinką neišmetama degimo produktų,
- lengva prijungti prie bet kokių darbo mašinų ir mechanizmų.
Elektrinių variklių naudojimas gali būti problemiškas, kai juos reikia pastatyti ant nešiojamųjų ir mobiliųjų prietaisų arba transporto priemonėse. Elektros tiekimui tokiais atvejais jie gali būti naudojami, atsižvelgiant į judėjimo atstumą ir pobūdį,
- lankstūs kabeliai,
- kontaktiniai laidai arba kontaktinės šynos,
- mobiliųjų transporto priemonių maitinimo šaltiniai (akumuliatoriai, kuro elementai, variklių generatoriai ir kt.).
Daugeliu atvejų šie šėrimo būdai riboja transporto priemonių (ypač automobilių) ar kitų mobilių mašinų manevringumą ar diapazoną tiek, kad vidaus degimo variklius naudoti išlieka racionaliau. Pirmasis elektrinis variklis buvo ne elektromagnetinis, o elektrostatinis. Jį 1748 m. Pagamino Filadelfijos (Filadelfija, JAV) leidėjas ir visuomenės veikėjas Benjaminas Franklinas (1706–1790). Šio variklio rotorius buvo dantytas diskas, ant kurio dantų veikė impulsinės traukos ir atstūmimo jėgos, kurias sukėlė elektrostatinės iškrovos, diskas padarė 12 ... 15 apsisukimų per minutę ir galėjo nešti iki 100 sidabro monetų. Pirmieji elektromagnetiniai varikliai (įtaisai, kuriuose laidininkas, per kurį tekėjo srovė, sukosi aplink juostos magnetą (2 pav.), Atlikdami darbą - maišydami gyvsidabrį, arba juostos magnetas sukosi aplink laidininką su srove, kurį 1821 m. Išrado Londono karališkojo instituto padėjėjas. (Karališkoji įstaiga) Michaelas Faraday.
Paveikslėlis: 2. Michaelo Faraday eksperimentinio prietaiso, rodančio elektrinį sukimąsi, principas.
1 - besisukantis metalinis strypas, 2 - juostinis magnetas, 3 - stiklinis arba porceliano indas, 4 - gyvsidabris, 5 - sandariklis, i - srovė
Pirmąjį (svyruojantį) variklį, kurį iš principo buvo galima prijungti prie varomos darbo mašinos, 1831 m. Pagamino Albanijos berniukų mokyklos (Albanis, JAV) matematikos ir gamtos mokslų mokytojas Josephas Henry; šio variklio principas parodytas pav. 3.
Paveikslėlis: 3. Džozefo Henrio svyruojančio elektros variklio įtaiso principas.
1 - nuolatiniai magnetai, 2 - siūbuojantis elektromagnetas, 3 ašies, 4 - gyvsidabrio kontaktai.
Po „Henry“ variklio buvo sukurti keli skirtingi stūmokliniai prototipai. Pirmąjį sukamą elektrinį variklį realiam naudojimui 1834 m. Balandžio 8 d. Sukūrė Pillau (Piilau, Rytų Prūsija) uosto inspektorius, statybos inžinierius Moritzas Hermannas Jacobi (1801-1874), savarankiškai studijavęs elektros inžineriją bibliotekoje ir Karaliaučiaus universiteto laboratorijose. Aštuonių polių variklį, kuriame tiek statorių, tiek rotorių sudarė keturi pasagos formos elektromagnetai ir kurie padarė 80 ... 120 aps./min., Varė 6 V galvaninio elemento baterija. Jo galia velenui buvo maždaug 15 W, o efektyvumas - apie 13%. Jacobi tyrė ir tobulino savo variklį, be kita ko, Tartu universitete, kurio 1835 m. Jis buvo išrinktas civilinės architektūros profesoriumi.
Moritzas Germanas (vėliau, Rusijoje - Borisas Semenovičius) Jacobi gimė 1801 metais Potsdame (Potsdamas, Vokietija) turtingoje šeimoje ir gavo gerą išsilavinimą namuose; jau jaunystėje jis vienodai gerai mokėjo vokiečių, anglų ir prancūzų kalbas, taip pat puikiai mokėjo lotynų ir senovės graikų kalbas. 1828 m. Baigė Getingeno universitetą (Getingene, Vokietija), įgijęs architekto kvalifikaciją, vėliau dirbo kelių tiesimo srityje, o 1833 m. Persikėlė į Karaliaučių, kur jo jaunesnysis brolis Karlas Gustavas Jokūbas Jacobis (1804–1851) buvo matematikos profesorius. ... Jis nuėjo dirbti Pillau uosto inspektoriumi ir įstojo į Karaliaučiaus universitetą, kad įgytų elektrotechnikos žinių. 1834 m. Jis pastatė minėtą variklį, o 1835 m. Tartu universiteto astronomijos profesoriaus Friedricho Georgo Wilhelmo Struve'o (1793–1864) iniciatyva šiame universitete buvo išrinktas civilinės architektūros profesoriumi. Jo variklis sukėlė susidomėjimą Sankt Peterburge, ir 1837 m. Jacobi buvo komandiruotas į sostinės Mokslų akademiją plėtoti karo laivų elektrinę pavarą, oficialiai tarnaujant Tartu universitete iki 1840 m. 1838 m. Jacobi išbandė pirmąją pasaulyje „Neva“ elektrinę pavarą su besisukančiu varikliu (sumontuotu ant jūros valties), tačiau tolesni tyrimai parodė, kad, deja, nebuvo techniškai ar ekonomiškai perspektyvaus energijos šaltinio, kuris valdytų pavarą.
1839 m. Jacobi buvo išrinktas nariu korespondentu, o 1842 m. - Mokslų akademijos nariu, o vėliau daugiausia užsiėmė elektromagnetinio telegrafo, galvanizavimo ir metrologijos plėtra. Jis kelis kartus susitiko su garsiu to meto prancūzų ir vokiečių fiziku Michaeliu Faraday.
XIX amžiaus viduryje buvo sukurtos dar kelios nuolatinės srovės variklių veislės, tačiau praktiškam jų naudojimui užkirto kelią maža galia ir, kaip jau Jacobi jau buvo įsitikinęs, nepakankamas ekonominis to meto maitinimo šaltinių - galvaninių elementų ir primityvių elektrinių mašinų generatorių - efektyvumas. Platesnis elektrinių variklių naudojimas tapo įmanomas tik 1866 m., Atsiradus nuolatinės srovės generatoriams su savimi.
Pasirodžius daugiafazei kintamosios srovės sistemai, vokiečių kompanija AEG pradėjo tirti asinchroninių variklių, kuriuos išrado jos vyriausiasis inžinierius Michailas Dolivo-Dobrovolsky (vokiečių kalba Michaelas von Dolivo-Dobrowolsky), galimybes ir 1889 m. Kovo 8 d. Pateikė patentinę paraišką dėl voverės narvelio indukcinio variklio. Po to pradėta plačiai naudoti patikimus ir labai efektyvius kintamosios srovės variklius. Šiuo metu visi minėti elektriniai varikliai pasiekė labai aukštą techninį lygį ir yra plačiai naudojami stacionariose instaliacijose, o pastaruoju metu ir transporto priemonėse.
Elektros variklis yra neįkainojamas žmogaus išradimas. Dėl šio įrenginio mūsų civilizacija per pastaruosius šimtus metų žengė toli į priekį. Tai yra taip svarbu, kad elektros variklio veikimo principas buvo tiriamas nuo mokyklos laikų. Apskritas elektrinės pavaros veleno sukimasis lengvai transformuojamas į visų kitų tipų judesius. Todėl bet kuri mašina, sukurta palengvinti darbą ir sutrumpinti gamybos laiką, gali būti pritaikyta atlikti įvairias užduotis. Koks yra elektros variklio veikimo principas, kaip jis veikia ir kokia jo struktūra - visa tai suprantama kalba aprašyta pateiktame straipsnyje.
Kaip veikia nuolatinės srovės variklis
Didžioji dauguma elektromobilių veikia magnetinio atstūmimo ir traukos principu. Jei tarp magneto šiaurės ir pietų polių uždėsite laidą ir per jį paleisite srovę, ji bus išstumta. Kaip tai įmanoma? Faktas yra tas, kad eidama per laidininką, srovė aplink visą laido ilgį suformuoja apskritą magnetinį lauką. Šio lauko kryptį nustato kardaninio veleno (varžto) taisyklė. Sąveikaujant laidininko apskritimo laukui ir vienodam magneto laukui, tarp polių, magnetinis laukas, viena vertus, silpnėja, kita vertus, didėja. Tai yra, terpė tampa elastinga, o dėl to atsirandanti jėga išstumia vielą iš magneto lauko 90 laipsnių kampu kairės rankos taisykle nustatyta kryptimi (dešinės rankos taisyklė naudojama generatoriams, o kairės - tik varikliams). Ši jėga vadinama „ampere“, o jos vertę nustato Ampero dėsnis F \u003d BхIхL, kur B yra lauko magnetinės indukcijos vertė; I yra srovė, cirkuliuojanti laidininke; L yra laido ilgis.
Šis reiškinys buvo naudojamas kaip pagrindinis pirmųjų elektros variklių veikimo principas, tas pats principas naudojamas iki šiol. Mažos galios nuolatinės srovės varikliai naudoja nuolatinius magnetus, kad sukurtų pastovų magnetinį lauką. Vidutinės ir didelės galios elektros varikliuose, naudojant sužadinimo apviją arba induktorių, sukuriamas vienodas magnetinis laukas.
Panagrinėkime mechaninio judėjimo, naudojant elektrą, sukūrimo principą. Dinamiškoje iliustracijoje parodytas paprasčiausias elektrinis variklis. Vienodame magnetiniame lauke vielos rėmą dedame vertikaliai ir per jį praleidžiame srovę. Kas vyksta? Rėmas kurį laiką sukasi ir juda inercijos būdu, kol pasiekia horizontalią padėtį. Ši neutrali padėtis yra akloji zona - vieta, kurioje lauko poveikis laidininkui su srove yra lygus nuliui. Kad judėjimas tęstųsi, turite pridėti dar bent vieną kadrą ir užtikrinti, kad srovės kryptis kadre būtų perjungta tinkamu laiku. Šis procesas yra aiškiai matomas mokymo apačioje esančiame vaizdo įraše.
Šiuolaikinių elektros variklių veikimo principas
Šiuolaikinis nuolatinės srovės variklis vietoj vieno rėmo turi armatūrą su daugeliu laidininkų, išdėstytų grioveliuose, o vietoj nuolatinio pasagos formos magneto - statorių su sužadinimo apvija su dviem ar daugiau polių. Paveiksle parodytas dviejų polių elektros variklio pjūvio vaizdas. Jo veikimo principas yra toks. Jei srovė, judanti „nuo mūsų“ (pažymėta kryžiumi), bus praleista per armatūros viršutinės dalies laidus, o apatinėje - „link mūsų“ (pažymėta tašku), tai pagal kairiosios rankos taisyklę viršutiniai laidininkai bus stumiami iš statoriaus magnetinio lauko į kairę, o apatiniai laidininkai pusės inkaro tuo pačiu principu bus nustumta į dešinę. Kadangi varinė viela yra klojama armatūros angose, visa smūgio jėga bus jai perduodama ir ji pasisuks. Toliau matyti, kad kai laidininkas su srovės kryptimi „nuo mūsų“ nusisuks ir atsistos prieš statoriaus sukurtą pietinį ašigalį, tada jis bus išspaustas į kairę pusę ir atsiras stabdymas. Kad taip neatsitiktų, turite pakeisti laido srovės kryptį į priešingą, kai tik kertama neutrali linija. Tai atliekama naudojant kolektorių - specialų jungiklį, kuris keičia armatūros apviją su bendrąja elektros variklio grandine.
Taigi, armatūros apvija sukimo momentą perduoda elektros variklio velenui, kuris savo ruožtu valdo bet kokios įrangos, pavyzdžiui, grandinės grandinės tinklo mašinos, darbo mechanizmus. Nors šiuo atveju naudojama kintamoji srovė, pagrindinis jo veikimo principas yra identiškas nuolatinės srovės variklio principui - jis iš magnetinio lauko išstumia laidininką su srove. Tik asinchroninis elektrinis variklis turi besisukantį magnetinį lauką, o nuolatinės srovės elektrinis variklis turi statinį lauką.
Tęsiant nuolatinės srovės variklio temą, reikia pažymėti, kad elektros variklio veikimo principas yra pagrįstas nuolatinės srovės inversija armatūros grandinėje, kad nebūtų stabdoma, o rotoriaus sukimasis išlaikomas pastoviu ritmu. Jei jaudinančioje statoriaus apvijoje pakeisite srovės kryptį, tada, atsižvelgiant į kairės pusės taisyklę, rotoriaus sukimosi kryptis pasikeis. Tas pats nutiks, jei sukeisime šepetėlių kontaktų, tiekiančių energiją iš šaltinio į armatūros apviją, pozicijas. Bet jei pakeisite "+" "-" ten ir ten, tada veleno sukimosi kryptis nepasikeis. Todėl iš esmės tokiam varikliui maitinti galima naudoti kintamąją srovę, nes induktoriaus ir armatūros srovė skirsis vienu metu. Praktiškai tokie prietaisai naudojami retai.
Kalbant apie elektros grandinę varikliui įjungti, jų yra keletas ir jie parodyti paveikslėlyje. Kai apvijos sujungtos lygiagrečiai, armatūros apvija gaminama iš daugybės plonos vielos posūkių. Esant tokiam ryšiui, kolektoriaus perjungta srovė bus daug mažesnė dėl didelio pasipriešinimo, o plokštės stipriai neuždegs ir neišdegs. Jei atliksite nuoseklų induktoriaus ir armatūros apvijų sujungimą, induktoriaus apvija yra pagaminta iš didesnio skersmens vielos, turinčios mažiau posūkių, nes visa armatūros srovė teka per statoriaus apviją. Atliekant tokias manipuliacijas proporcingai keičiant srovės vertes ir apsisukimų skaičių, įmagnetinimo jėga išlieka pastovi, o prietaiso kokybės charakteristikos tampa geresnės.
Šiandien nuolatinės srovės varikliai yra mažai naudojami gamyboje. Iš šio tipo elektrinių mašinų trūkumų galima pastebėti greitą šepečių ir kolektorių surinkimo susidėvėjimą. Privalumai yra geros paleidimo charakteristikos, lengvas sukimosi dažnio ir krypties reguliavimas, prietaiso ir valdymo paprastumas.
Elektros variklis yra prietaisas, paverčiantis elektros energiją mechanine. Elektriniai varikliai yra plačiai naudojami beveik visose kasdienio gyvenimo srityse. Prieš apsvarstydami elektrinių variklių tipus, turėtumėte trumpai apsvarstyti jų veikimo principą. Visi veiksmai vyksta pagal Ampero dėsnį, kai aplink laidą, kuriame teka elektra, susidaro magnetinis laukas. Kai ši viela sukasi magneto viduje, kiekviena pusė pakaitomis bus traukiama į stulpus. Taigi įvyks vielos kilpos sukimasis. Elektros varikliai yra padalijami tarpusavyje, atsižvelgiant į naudojamą srovę, kuri gali būti kintama arba tiesioginė.
Kintamosios srovės varikliai
Kintamosios srovės ypatybė yra jos krypties pasikeitimas tam tikrą skaičių kartų per sekundę. Paprastai naudojama 50 hercų kintamoji srovė.
Prijungus srovė pirmiausia pradeda tekėti viena kryptimi ir tada jos kryptis visiškai pasikeičia. Taigi, kilpos šonai, gaunantys stūmimą, pakaitomis traukiami į skirtingus polius. Tai iš tikrųjų įvyksta jų tvarkingas potraukis ir atstūmimas. Todėl, pakeitus kryptį, vielos kilpa pasisuks aplink savo ašį. Šių žiedinių judesių pagalba energija iš elektrinės virsta mechanine.
Kintamosios srovės varikliai yra įvairaus dizaino ir modelių. Tai leidžia juos plačiai naudoti ne tik pramonėje, bet ir kasdieniame gyvenime.
Nuolatinės srovės varikliai
Pirmieji išrasti varikliai buvo nuolatinės srovės įtaisai. Šiuo metu kintamoji srovė dar nebuvo žinoma. Skirtingai nuo kintamosios srovės, nuolatinės srovės judėjimas visada atliekamas viena kryptimi. Rotoriaus sukimasis sustoja pasukus 90 laipsnių kampu. Magnetinio lauko kryptis sutampa su elektros srovės kryptimi.
Todėl metalinis žiedas, prijungtas prie nuolatinės srovės maitinimo šaltinio, yra supjaustytas į dvi dalis ir vadinamas žiediniu jungikliu. Sukimosi pradžioje srovė teka palei pirmąją jungiklio pusę ir palei laidus. Vielos kilpa tekanti elektros srovė sukuria joje magnetinį lauką. Toliau sukant kilpą, jungiklis taip pat sukasi. Po to, kai žiedas praeina per tuščią vietą, jis pereina į kitą jungiklio dalį. Be to, atsiranda kintamosios elektros srovės poveikis, dėl kurio tęsiasi kilpos sukimasis.
Visi nuolatinės srovės varikliai naudojami kartu su kintamosios srovės įtaisais gaminant ir transportuojant.
Elektros variklių klasifikacija
Elektros variklis yra specialus keitiklis. Tai mašina, kurioje elektros energija paverčiama ir paverčiama mechanine. Variklio veikimo principas yra pagrįstas elektromagnetinė indukcija... Taip pat yra elektrostatiniai varikliai. Galima be specialių priedų naudoti variklius kitais principais, kaip paversti judančią elektrą. Tačiau nedaugelis žino, kaip veikia elektrinis variklis ir kaip jis veikia.
Kaip veikia prietaisas
Kintamosios srovės elektros variklyje yra fiksuotos ir judančios dalys. Pirmieji apima:
- statorius;
- induktorius.
Statorius randa pritaikymą mašinoms sinchroninio ir asinchroninio tipo... Induktorius naudojamas nuolatinės srovės mašinose. Judanti dalis susideda iš rotoriaus ir inkaro. Pirmasis naudojamas sinchroniniams ir asinchroniniams įrenginiams, o armatūra - įrangai su pastoviais greičiais. Induktoriaus funkcija yra mažos galios varikliuose. Čia dažnai naudojami nuolatiniai magnetai.
Kalbant apie tai, kaip išdėstytas elektros variklis, būtina nustatyti, kuriai įrangos klasei priklauso konkretus modelis. Projektuojant asinchroninį variklį, rotorius yra:
- trumpasis jungimas;
- fazė, tai yra su apvija.
Pastarasis tipas naudojamas, jei jo reikia norint sumažinti pradinę srovę ir 
sureguliuokite greitį asinchroninis elektros variklis. Paprastai mes kalbame apie kranų elektrinius variklius, kurie dažniausiai naudojami kranų įrenginiuose.
Kranas yra lankstus ir naudojamas nuolatinės srovės mašinose. Tai gali būti generatorius ar variklis, taip pat universalus variklis, veikiantis tuo pačiu principu. Jis naudojamas elektriniuose įrankiuose. Tiesą sakant, universalus variklis yra tas pats pastovaus greičio variklis, kuriame vyksta nuoseklus sužadinimas. Skirtumas susijęs tik su apvijų skaičiavimas... Čia nėra reaktyvumo. Tai atsitinka:
- talpinis;
- indukcinis.
Štai kodėl bet kuris elektrinis įrankis, jei iš jo pašalinamas elektroninis blokas, taip pat gali veikti nuolatine srove. Bet įtampa tinkle bus mažesnė. Elektros variklio veikimo principas nustatomas atsižvelgiant į tai, iš kokių komponentų jis susideda ir kokiems tikslams jis skirtas.
Trifazis asinchroninis variklis
Prisijungus prie tinklo susidaro besisukantis magnetinis laukas. Jis pažymėtas statoriuje ir prasiskverbia per trumpojo jungimo rotoriaus apviją. Tai eina į indukciją. Po to pagal Ampero įstatymą rotorius pradeda suktis. Šio elemento judėjimo dažnis priklauso nuo maitinimo įtampos dažnio ir poromis vaizduojamų magnetinių polių skaičiaus.
Skirtumas tarp rotoriaus greičio ir statoriaus magnetinio lauko išreiškiamas slydimu. Variklis vadinamas asinchroniniu, nes magnetinio lauko sukimosi dažnis atitinka rotoriaus sukimosi dažnį. Sinchroninis variklis turi skirtingą dizainą. Rotorius papildomas nuolatiniu magnetu arba elektromagnetu. Jame yra tokių elementų kaip voverės narvas paleidimui ir nuolatiniai magnetai. Be to, elektromagnetai gali atlikti savo vaidmenį.
Asinchroniniame variklyje statoriaus magnetinis laukas turi tą patį greitį kaip ir rotorius. Įjungimui naudojami pagalbiniai asinchroniniai elektriniai varikliai arba rotorius su voverės narvelio apvija. Asinchroniniai varikliai buvo plačiai naudojami visose techninėse srityse.
Tai ypač pasakytina apie trifazius variklius, kuriems būdinga paprasta konstrukcija. Jie yra ne tik prieinami, bet ir patikimesni nei elektriniai. Jie beveik nereikalauja priežiūros. Jiems suteiktas asinchroninis pavadinimas yra dėl asinchroninio rotoriaus sukimosi tokiame variklyje. Jei nėra trifazio tinklo, tokį variklį galima prijungti prie vienfazio srovės tinklo.
Asinchroninio elektros variklio statoriuje yra pakuotė. Jis turi lakuotus 0,5 mm storio elektrinio plieno lakštus. Jie turi griovelius, kur klojama apvija. Trys apvijos fazės yra sujungtos viena su kita trikampiu arba žvaigždute, kurias erdvėje atsveria 120 laipsnių kampas.
Jei mes kalbame apie elektros variklio rotorių, kurio grioveliuose yra slydimo žiedai, čia pažymima situacija, panaši į statoriaus apviją. Tai aktualu, jei jį įjungia žvaigždė arba pradiniai fazių galai yra sujungti trimis slydimo žiedais, pritvirtintais ant veleno. Kai variklis veikia, prie apvijos fazių galima prijungti reostatą, kad būtų galima reguliuoti greitį. Po sėkmingo važiavimo slydimo žiedai yra trumpai sujungiami, todėl rotoriaus apvija atlieka tas pačias funkcijas, kaip ir trumpojo jungimo atveju.
Šiuolaikinė klasifikacija
Pagal sukimo momento generavimo principą elektros varikliai skirstomi į magnetoelektrinius ir histerezinius. Paskutinė grupė skiriasi tuo, kad sukimo momentas čia susidaro dėl histerezės, kai rotorius pernelyg įmagnetinamas. Tokie varikliai nėra laikomi klasikiniais ir nėra tokie įprasti pramonėje. Labiausiai paplitusios yra magnetoelektrinės modifikacijos, kurios pagal sunaudotą energiją yra suskirstytos į dvi dideles grupes. Tai kintamosios ir nuolatinės srovės varikliai. Taip pat yra universalių modelių, galinčių tiekti abiejų tipų elektros srovę.
Pagrindiniai bruožai
Teisinga būtų šiuos prietaisus vadinti nefaziniais. Taip yra todėl, kad fazės čia perjungiamos tiesiai į variklį... Dėl to variklis maitinamas pastoviu, taip pat kintamu srovės tipu, vienodai sėkmingai. Ši grupė suskirstyta pagal fazių perjungimo metodą ir grįžtamojo ryšio buvimą. Jie yra vožtuvai ir kolektoriai.
Kalbant apie sužadinimo tipą, kolektoriniai varikliai skirstomi į savaiminio sužadinimo modelius, variklius su nepriklausomu sužadinimu iš nuolatinių magnetų ir elektromagnetų. Pirmasis tipas savo ruožtu skirstomas į variklius su nuosekliu, lygiagrečiu, mišriu sužadinimu.
Šepetėliai arba vožtuvų gaminiai veikia iš elektros. Jose fazių perjungimas vyksta naudojant specialų elektrinį bloką, vadinamą inverteriu. Šis procesas gali turėti grįžtamąjį ryšį, kai rotoriaus padėties jutiklis įjungiamas arba be grįžtamojo ryšio. Toks prietaisas iš tikrųjų gali būti išdėstytas kaip asinchroninio įrenginio analogas.
Ripple srovės vienetai
Toks variklis yra elektrinis ir jį maitina pulsuojanti elektros srovė. Jo konstrukcinės savybės yra panašios į nuolatinės srovės įrenginių. Konstruktyvūs jo skirtumai nuo pastovaus veikimo variklio yra dėl laminuotų įdėklų, skirtų kintamajai srovei išlyginti. Jis naudojamas elektriniuose lokomotyvuose su specialiomis instaliacijomis. Būdingas bruožas yra kompensacinės apvijos buvimas ir didelis polių porų skaičius.
Kintamosios srovės modifikacijos
Variklis yra įtaisas, maitinamas kintama srove. Šie suvestiniai rodikliai yra asinchroniški ir sinchroniški. Skirtumas tas, kad asinchroninėse mašinose statoriaus magnetomotyvo jėga juda rotoriaus greičiu. Naudojant asinchroninę įrangą, visada yra skirtumas tarp magnetinio lauko ir rotoriaus sukimosi greičio.
Sinchroninis elektros variklis maitinamas kintama srove. Rotorius čia sukasi pagal maitinimo įtampos magnetinio lauko judėjimą. Sinchroniniai elektriniai varikliai skirstomi į modifikacijas su lauko apvijomis, su nuolatiniais magnetais, taip pat į reaktyvias modifikacijas, histerezę, pakopinius, hibridinius reaktyvius prietaisų tipus.
Taip pat išskiriamas vadinamasis reaktyviosios-histerezės tipas. Taip pat gaminami modeliai su laipteliais. Čia tam tikra rotoriaus padėtis nustatoma įjungiant tam tikras apvijos zonas. Perėjimas į kitą padėtį pasiekiamas pašalinus įtampą iš kai kurių apvijų ir perkeliant ją į kitas sritis. Elektrinio tipo vožtuvų reaktyvieji modeliai apvijų maitinimas puslaidininkiniais elementais... Asinchroninio įrenginio rotoriaus greitis skiriasi nuo besisukančio magnetinio lauko dažnio. Ją sukuria maitinimo įtampa. Tokie modeliai yra labiausiai paplitę šiandien.
Universali kolektorių įranga
Toks įrenginys gali veikti kintamąja ir nuolatine srove. Jis pagamintas su nuosekliojo sužadinimo apvija, esant galiai iki 200 W. Statorius pagamintas iš specialaus elektrinio plieno. Žadinimo apvija atliekama esant pastovios įtampos indikatoriui visiškai ir iš dalies esant kintamam indikatoriui. Nominali kintamosios elektros srovės įtampa yra 127 ir 220 V, panašūs pastovaus parametro rodikliai yra 110 ir 220 V. Jie naudojami elektriniuose įrankiuose ir buitiniuose prietaisuose.
Elektros variklio veikimas priklauso nuo to, ar jis priklauso tam tikram įrangos tipui. Kintamosios srovės modifikacijos su 50 Hz pramoninio tinklo maitinimo šaltiniu sukimosi dažniu nesiekia daugiau kaip 3000 aps./min. Štai kodėl norint gauti reikšmingus dažnius, naudojamas elektrinis šepečiu variklis. Jis taip pat yra lengvesnis ir mažesnio dydžio nei panašios galios VAR.
Jų atžvilgiu naudojami specialūs perdavimo mechanizmai, kurie paverčia mechanizmo kinematinius parametrus priimtinais. Naudojant dažnio keitiklius ir esant aukšto dažnio tinklui, kintamosios srovės varikliai yra lengvesni ir mažesni nei kolektorių gaminiai.
Asinchroninių modelių su kintamais rodikliais šaltinis yra daug didesnis nei kolektorių. Tai lemia guolių būklė ir apvijos izoliacijos ypatybės.
Sinchroninis variklis, turintis rotoriaus padėties jutiklį ir keitiklį, laikomas šepečiu nuolatinės srovės variklio elektroniniu analogu. Tiesą sakant, tai kolektorinis variklis su statoriaus apvijomis, sujungtomis nuosekliai. Jie idealiai optimizuoti naudoti kartu su namų maitinimo šaltiniu. Toks modelis, nepriklausomai nuo įtampos poliškumo, gali būti pasuktas viena kryptimi, nes nuoseklus apvijų ir rotoriaus sujungimas garantuoja polių pasikeitimą nuo magnetinių laukų. Atitinkamai rezultatas išlieka viena kryptimi.
Magnetinės minkštos medžiagos statorius yra naudojamas kintamosios srovės veikimui. Tai įmanoma, jei jo įmagnetinimo apsisukimo varža yra nereikšminga. Norėdami sumažinti sūkurinės srovės nuostolius, statorius pagamintas iš izoliuotų plokščių. Pasirodo, kad jis yra rinkinys. Jo ypatumas yra tai, kad sunaudota srovė yra ribota dėl indukcinės apvijų varžos. Atitinkamai, manoma, kad variklio sukimo momentas yra didžiausias ir svyruoja nuo 3 iki 5. Siekiant suderinti bendrosios paskirties variklių mechanines charakteristikas, naudojamos sekcinės apvijos. Jie turi atskiras išvadas.
Pažymėtina, kad kai kurios bakterijų rūšys judėti naudoja kelių baltymų molekulių elektrinį variklį. Jis sugeba transformuoti elektros srovės energiją protonų judėjimo pavidalu sukantis flagelui.
Sinchroninis judančio judesio modelis veikia taip, kad judančioje prietaiso dalyje būtų nuolatiniai magnetai. Jie pritvirtinti prie užuolaidos. Stacionarių elementų pagalba nuolatiniai magnetai yra veikiami magnetinio lauko ir strypą juda abipusiai.
Elektriniai varikliai skirti elektros energijai paversti mechanine. Pirmieji jų prototipai buvo sukurti XIX a., Ir šiandien šie prietaisai yra maksimaliai integruoti į šiuolaikinės žmonijos gyvenimą. Jų naudojimo pavyzdžių galima rasti bet kurioje gyvenimo srityje: nuo viešojo transporto iki namų kavamalių.
Elektros variklis: pjūvio vaizdas
Energijos konversijos principas
Bet kokio tipo elektros variklio veikimo principas yra naudoti elektromagnetinę indukciją, kuri įvyksta prietaiso viduje prisijungus prie tinklo. Norint suprasti, kaip sukuriama ši indukcija ir įjungiami variklio elementai, reikėtų kreiptis į mokyklos fizikos kursą, kuriame paaiškinamas laidininkų elgesys elektromagnetiniame lauke.
Taigi, jei laidininką apvijos pavidalu, kuriuo juda elektriniai krūviai, panardinsime į magnetinį lauką, jis pradės suktis aplink savo ašį. Taip yra dėl to, kad krūvius veikia mechaninė jėga, kuri keičia jų padėtį plokštumoje, statmenoje magnetinio lauko linijoms. Galime sakyti, kad ta pati jėga veikia visą laidininką.
Žemiau pateiktoje diagramoje parodyta įtempta laidi kilpa ir du magnetiniai poliai, suteikiantys jai sukimosi judesį.
Būtent toks magnetinio lauko ir srovės laidumo grandinės sąveikos su elektromotorinės jėgos sukūrimu pagrindas yra visų tipų elektrinių variklių veikimas. Norėdami sukurti panašias sąlygas, įrenginio dizainas apima:
- Rotorius (apvija) yra judanti mašinos dalis, pritvirtinta ant šerdies ir sukamųjų guolių. Jis atlieka laidžiosios sukamosios grandinės vaidmenį.
- Statorius yra stacionarus elementas, sukuriantis magnetinį lauką, veikiantį rotoriaus elektrinius krūvius.
- Statoriaus korpusas. Įrengtos rotoriaus guolių sėdynės. Rotorius yra statoriaus viduje.
Norėdami parodyti elektrinio variklio dizainą, galite sukurti schemą pagal ankstesnę iliustraciją:
Įjungus šį įrenginį tinkle, per rotoriaus apvijas pradeda tekėti srovė, kuri, veikiant magnetiniam laukui, kylančiam ant statoriaus, suteikia rotoriaus sukimąsi, perduodamą į besisukantį veleną. Sukimosi greitis, galia ir kiti veikimo rodikliai priklauso nuo konkretaus variklio konstrukcijos ir elektros tinklo parametrų.
Elektros variklių klasifikacija
Visi elektros varikliai klasifikuojami pirmiausia pagal srovės, tekančios per juos, tipą. Savo ruožtu kiekviena iš šių grupių taip pat yra suskirstyta į keletą tipų, atsižvelgiant į technologines ypatybes.
Nuolatinės srovės varikliai
Mažos galios nuolatinės srovės varikliuose magnetinį lauką sukuria nuolatinis magnetas, sumontuotas prietaiso korpuse, o armatūros apvija pritvirtinta prie besisukančio veleno. Schematinė DPT schema yra tokia:
Ant šerdies esanti apvija pagaminta iš feromagnetinių medžiagų ir susideda iš dviejų dalių, nuosekliai sujungtų viena su kita. Jų galuose jie yra sujungti su kolektoriaus plokštėmis, prie kurių prispaudžiami grafito šepečiai. Vienas iš jų turi teigiamą potencialą iš nuolatinės srovės šaltinio, o kitas yra neigiamas.
Įjungus variklį, įvyksta:
- Srovė iš apatinio „pliuso“ šepetėlio tiekiama į kolektoriaus plokštę, prie kurios kontaktinės platformos jis yra prijungtas.
- Srovės patekimas per apviją į kolektoriaus plokštę (žymimą brūkšniuota raudona rodykle), sujungtą su viršutiniu „neigiamu“ šepečiu, sukuria elektromagnetinį lauką.
- Pagal kardano taisyklę, pietinio ašigalio magnetinis laukas atsiranda viršutinėje dešiniojoje inkaro dalyje, o šiaurinis - kairiajame apatiniame.
- Magnetiniai laukai, turintys tą patį potencialą, yra atstumiami vienas nuo kito ir sukite rotorių sukimosi judesiu, diagramoje nurodytu raudona rodykle.
- Kolektorių plokščių išdėstymas lemia srovės srauto per apviją krypties pasikeitimą inercinio sukimosi metu, o veikimo ciklas vėl kartojamas.
Paprasčiausias elektrinis variklis
Dėl akivaizdaus konstrukcijos paprastumo reikšmingas tokių variklių trūkumas yra mažas jų efektyvumas dėl didelių energijos nuostolių. Šiandien PMT su nuolatiniais magnetais naudojami paprastuose buitiniuose prietaisuose ir vaikų žaisluose.
Didelės galios nuolatinės srovės variklių, naudojamų pramoninėms reikmėms, dizainas neapima nuolatinių magnetų naudojimo (jie užimtų per daug vietos). Šiose mašinose naudojama tokia konstrukcija:
- apvija susideda iš didesnio skaičiaus sekcijų, kurios yra metalinis strypas;
- kiekviena apvija yra atskirai sujungta su teigiamu ir neigiamu poliu;
- kolektoriaus įtaiso kontaktinių pagalvėlių skaičius atitinka apvijų skaičių.
Taigi, galios nuostolių sumažėjimas užtikrinamas sklandžiai sujungiant kiekvieną apviją su šepečiais ir maitinimo šaltiniu. Šiame paveikslėlyje parodyta tokio variklio armatūra:
Dėl nuolatinės srovės elektrinių variklių konstrukcijos lengva pakeisti rotoriaus sukimosi kryptį, tiesiog pakeičiant maitinimo šaltinio poliškumą.
Elektrinių variklių funkcines savybes lemia kai kurių „gudrybių“ buvimas, įskaitant srovės rinkimo šepečių poslinkį ir kelias jungimo schemas.
Srovės rinkimo šepečio sąrankos poslinkis, palyginti su veleno sukimu, įvyksta užvedus variklį ir pasikeitus pritaikomai apkrovai. Tai kompensuoja „armatūros atsaką“ - efektą, kuris sumažina mašinos efektyvumą stabdant ašį.
Yra trys būdai, kaip prijungti DPT:
- Lygiagreti sužadinimo grandinė numato lygiagrečią nepriklausomos apvijos prijungimą, paprastai valdomą reostatu. Tai užtikrina maksimalų sukimosi greičio stabilumą ir sklandų jo reguliavimą. Būtent dėl \u200b\u200bto lygiagretūs sužadinimo varikliai yra plačiai naudojami kėlimo įrangoje, elektrinėse transporto priemonėse ir staklėse.
- Nuoseklioje sužadinimo grandinėje taip pat numatyta naudoti papildomą apviją, tačiau ji yra sujungta nuosekliai su pagrindine. Tai leidžia, jei reikia, staigiai padidinti variklio sukimo momentą, pavyzdžiui, traukinio pradžioje.
- Mišri schema naudojasi abiem aukščiau aprašytais prisijungimo būdais.
Bipolinis elektrinis variklis
Kintamosios srovės varikliai
Pagrindinis skirtumas tarp šių variklių ir anksčiau aprašytų modelių yra srovė, tekanti per jų apvijas. Jis aprašomas pagal sinusoidinį dėsnį ir nuolat keičia jo kryptį. Atitinkamai šie varikliai yra varomi kintamųjų ženklų generatorių.
Vienas iš pagrindinių konstrukcinių skirtumų yra statoriaus įtaisas, tai yra magnetinė grandinė su specialiais lizdais apvijų posūkių vietai.
Kintamosios srovės varikliai pagal veikimo principą skirstomi į sinchroninius ir asinchroninius. Trumpai tariant, tai reiškia, kad pirmajame rotoriaus greitis sutampa su statoriaus magnetinio lauko sukimosi greičiu, o antruoju - ne.
Sinchroniniai varikliai
Kintamosios srovės sinchroninių elektrinių variklių veikimas taip pat grindžiamas laukų, kylančių prietaiso viduje, sąveikos principu, tačiau jų konstrukcijoje ant rotoriaus yra pritvirtinti nuolatiniai magnetai, o išilgai statoriaus atliekama apvija. Jų veikimo principas parodytas šioje diagramoje:
Apvijos, per kurią teka srovė, laidininkai, pavaizduoti paveiksle kaip rėmas. Rotorius sukasi taip:
- Tam tikru laiko momentu rotorius, prie kurio pritvirtintas nuolatinis magnetas, laisvai sukasi.
- Magnetinis laukas su diametraliai priešingais poliais Sst ir Nst susidaro ant apvijos tuo momentu, kai teigiama pusbanga praeina per ją. Jis parodytas kairėje pirmiau pateiktos diagramos pusėje.
- To paties pavadinimo nuolatinio magneto ir statoriaus magnetinio lauko poliai atstumia vienas kitą ir nukreipia variklį į padėtį, parodytą dešinėje diagramos pusėje.
Realiomis sąlygomis pastoviam sklandžiam variklio sukimui sukurti naudojama ne viena vyniojimo ritė, o kelios. Jie pakaitomis perduoda srovę per save, taip sukurdami besisukantį magnetinį lauką.
Asinchroniniai varikliai
Asinchroniniame kintamosios srovės variklyje sukamą magnetinį lauką sukuria trys (380 V tinklui) statoriaus apvijos. Jie yra prijungti prie maitinimo šaltinio per gnybtų dėžę ir aušinami ventiliatoriuje sumontuotu ventiliatoriumi.
Rotorius, surinktas iš kelių uždarytų metalinių strypų, yra tvirtai sujungtas su velenu, su juo sudarant vieną visumą. Būtent dėl \u200b\u200bstrypų sujungimo tarpusavyje tokio tipo rotoriai vadinami voverės narve. Kadangi šioje konstrukcijoje nėra laidžių šepetėlių, variklio priežiūra yra labai supaprastinta, padidėja tarnavimo laikas ir patikimumas. Pagrindinė šio tipo variklių gedimo priežastis yra veleno guolių nusidėvėjimas.
Asinchroninio variklio veikimo principas remiasi elektromagnetinės indukcijos dėsniu - jei statoriaus apvijų elektromagnetinio lauko sukimosi dažnis viršija rotoriaus sukimosi dažnį, jame sukeliama elektromotorinė jėga. Tai svarbu, nes EML nevyksta tuo pačiu dažniu ir atitinkamai sukimasis nevyksta. Iš tikrųjų veleno apkrova ir frikcinis guolių pasipriešinimas visada sulėtina rotorių ir sukuria pakankamas darbo sąlygas.
Pagrindinis šio tipo variklių trūkumas yra neįmanoma gauti pastovaus veleno greičio. Esmė ta, kad prietaiso veikimas keičiasi priklausomai nuo įvairių veiksnių. Pavyzdžiui, be apkrovos ant veleno, diskinis pjūklas sukasi didžiausiu greičiu. Kai lentą pakeliame prie pjovimo disko ir pradedame ją pjauti, ašmenų greitis pastebimai sumažėja. Atitinkamai sumažėja rotoriaus sukimosi greitis, palyginti su elektromagnetiniu lauku, o tai sukelia dar didesnę EMF. Tai padidina srovės suvartojimą ir maksimaliai padidina variklio darbinę galią.
Kaip veikia elektros variklis
Svarbu pasirinkti tinkamos galios variklį - per mažas sugadins voverės narvelio rotorių dėl viršyto apskaičiuoto maksimalaus EML, o per didelis sukels nepagrįstas energijos sąnaudas.
Asinchroniniai kintamosios srovės varikliai yra suprojektuoti veikti trifaziame elektros tinkle, tačiau jie taip pat gali būti prijungti prie vienfazio tinklo. Pavyzdžiui, jie naudojami skalbimo mašinose ir namų dirbtuvėse. Vienfazis variklis turi maždaug 30% mažesnę galią, palyginti su trifaziu varikliu - nuo 5 iki 10 kW.
Dėl paprastumo ir patikimumo kintamosios srovės asinchroniniai varikliai dažniausiai būna ne tik gamybos įrangoje, bet ir buitinėje technikoje.
Universalūs šepečiu varikliai
Daugeliui buitinių elektrinių prietaisų reikalingas didelis variklio sukimosi dažnis ir sukimo momentas esant mažoms paleidimo srovėms ir sklandus valdymas. Visus šiuos reikalavimus atitinka kolektoriniai varikliai, vadinami universaliais varikliais. Jie labai panašūs į nuolatinės srovės variklius su nuosekliu sužadinimu.
Pagrindinis skirtumas nuo DCM yra magnetinė sistema, komplektuojama keliais vienas nuo kito izoliuotais elektrinio plieno lakštais, prie kurių polių sujungtos dvi apvijos sekcijos. Ši konstrukcija sumažina elementų kaitinimą Foucault srovėmis ir magnetizacijos pasikeitimu.
Didelis universaliųjų kolektorių variklių magnetinių laukų sinchronizavimas palaiko didelį sukimosi greitį net esant didelei veleno apkrovai. Todėl jie naudojami mažos galios didelės spartos įrangoje ir buitinėje technikoje. Prijungus prie reguliuojamo transformatoriaus grandinės, galima sklandžiai reguliuoti greitį.
Pagrindinis tokių elektrinių variklių trūkumas yra mažas jų variklio tarnavimo laikas dėl greito grafito šepečių ištrynimo.