Motor electric transformă energia electrică în energie de mișcare mecanică. Pe lângă un generator electric, un motor electric constă de obicei dintr-un stator și un rotor, care se referă la mașini electrice rotative, totuși, motoare în care partea mobilă efectuează liniar (de obicei mișcare rectilinie (motoare liniare)).
Cel mai comun tip de motor electric este motor asincron trifazat în cușcă de veveriță al cărui principiu este prezentat în Fig. 1, înfășurarea rotorului acestui motor este un sistem de tije masive de cupru sau aluminiu, plasate paralel între ele în fantele rotorului, ale căror capete sunt conectate prin inele scurtcircuitate.
Figura: 1. Principiul unui motor de inducție scurtcircuitat.
1 - stator, 2 - rotor, 3 - arbore, 4 - carcasă
În cazul aluminiului, întreaga înfășurare (cușca veveriței) se formează de obicei prin turnare prin injecție. Câmpul magnetic rotativ al statorului induce un curent în înfășurarea rotorului, a cărui interacțiune cu câmpul magnetic al statorului conduce rotorul în rotație. În acest caz, viteza rotorului este întotdeauna mai mică decât câmpul magnetic al statorului și diferența sa relativă cu viteza de rotație a câmpului magnetic al statorului (cu viteza de sincronizare) se numește alunecare. Această valoare depinde de sarcina de pe arborele motorului și este de obicei 3 ... 5% la sarcină maximă. Pentru controlul vitezei pasului, se poate utiliza o înfășurare statorică cu un număr modificabil de poli. Conform acestui principiu, de exemplu, pot fi efectuate două motoare asincrone cu trei și patru trepte. Pentru controlul vitezei infinit variabil, motorul este de obicei furnizat printr-un convertor de frecvență variabil.
Pentru reglarea principală a turației unui motor cu inducție sub turația nominală, mai devreme în loc de motoare cu veveriță, au fost utilizate motoare cu rotor de fază, în care înfășurarea rotorului are același design trifazat ca cel al statorului. O astfel de înfășurare este conectată prin inele de alunecare situate pe arborele motorului cu un reostat de reglare în care o parte din energia consumată de motor este transformată în căldură. Prin urmare, reglarea are loc în detrimentul unei scăderi a eficienței motorului și este utilizată rar în prezent.
Motoare cu inducție în cușcă de veveriță se caracterizează prin compacitate și fiabilitate ridicată, precum și o durată de viață mult mai mare decât motoarele cu ardere internă. Ele sunt de obicei mai mici și mai ușoare în greutate decât motoarele cu ardere de aceeași putere. Acestea pot fi fabricate într-o gamă foarte largă de putere nominală de la câțiva wați la câteva zeci de megawatti. Motoare de putere redusă (până la câteva sute de wați pot fi, de asemenea, monofazate.
Motoare sincrone sunt aranjate în același mod ca și generatoarele sincrone. Cu o frecvență de rețea constantă, acestea se rotesc cu o viteză constantă indiferent de sarcină. Avantajul lor față de motoarele cu inducție este că nu consumă energie reactivă din rețea, dar o pot da rețelei, acoperind astfel consumul de energie reactivă de către alți receptori electrici. Motoarele sincrone nu sunt potrivite pentru porniri frecvente și sunt utilizate în principal la sarcini mecanice relativ stabile și atunci când este necesară o viteză constantă.
Motoare de curent continuu sunt folosite atunci când este necesar un reglaj lin al vitezei. Acest lucru se realizează prin schimbarea curentului armăturii și / sau a excitației folosind dispozitive semiconductoare (anterior, folosind reostate de control) sau prin schimbarea tensiunii de alimentare. Deoarece în prezent este ușor și fără modificări semnificative ale eficienței (cu ajutorul convertoarelor de frecvență) se efectuează o reglare lină a turației motoarelor de curent alternativ, au început să fie utilizate motoarele de curent continuu, datorită costului lor mai mare, dimensiunilor mari și pierderilor suplimentare care apar în timpul reglării mult mai rar decât înainte.
Motoarele pas cu pas sunt acționate de impulsuri de tensiune. Cu fiecare impuls, rotorul motorului se rotește printr-un anumit unghi (de exemplu, câteva grade). Astfel de motoare sunt utilizate în mecanisme cu viteză redusă, care necesită de obicei o poziționare mai precisă. De exemplu, pot fi fabricate motoare care fac o revoluție pe zi sau chiar pe an.
Motoare liniare utilizat pentru mișcare liniară atunci când conversia mișcării rotative în mișcare liniară folosind angrenaje mecanice sau alte dispozitive nu este posibilă sau acceptabilă. Motoarele liniare asincrone sunt cel mai frecvent utilizate, dar există și motoare liniare sincrone și pas cu pas și chiar motoare de curent continuu.
Pot fi luate în considerare principalele avantaje ale motoarelor electrice față de motoarele cu ardere internă
- dimensiuni mai mici, greutate mai mică și costuri mai mici,
- eficiență mult mai mare (de obicei 90,95%),
- o mai bună controlabilitate (de obicei, menținând o eficiență ridicată),
- fiabilitate ridicată și durată lungă de viață,
- mai puțin zgomot și mai puține vibrații în timpul funcționării,
- pornire rapidă și fără probleme (dacă este necesar - netedă),
- funcționare mult mai ușoară,
- fără consum de combustibil și, ca urmare, fără emisii de produse de ardere în mediu;
- conexiune ușoară la orice mașini și mecanisme de lucru.
Utilizarea motoarelor electrice poate fi problematică atunci când acestea trebuie plasate pe dispozitive portabile și mobile sau în vehicule. Pentru alimentarea cu energie electrică în astfel de cazuri, poate fi utilizat, în funcție de distanța și natura mișcării,
- cabluri flexibile,
- fire de contact sau bare de contact,
- surse de energie plasate pe vehiculele mobile (baterii, pile de combustibil, generatoare de motoare etc.).
În multe cazuri, aceste metode de alimentare limitează manevrabilitatea sau gama vehiculelor (în special a automobilelor) sau a altor mașini mobile, într-o asemenea măsură încât utilizarea motoarelor cu ardere internă rămâne mai rațională. Primul motor electric nu a fost electromagnetic, ci electrostatic și a fost fabricat în 1748 de editorul și personalitatea publică a orașului Philadelphia (Philadelphia, SUA) Benjamin Franklin (1706-1790). Rotorul acestui motor era un disc dințat, pe dinții căruia acționau forțe impulsive de atracție și respingere cauzate de descărcări electrostatice, discul făcea 12 ... 15 rotații pe minut și putea transporta până la 100 de monede de argint. Primele motoare electromagnetice (dispozitive în care fie conductorul prin care curgea curentul se roteau în jurul magnetului barei (Fig. 2), făcând treaba - agitând mercurul, fie magnetul barei se rotea în jurul conductorului cu curent, inventat în 1821 de un asistent la Royal Institute din Londra (Instituția Regală) Michael Faraday.
Figura: 2. Principiul dispozitivului experimental al lui Michael Faraday pentru demonstrarea rotației electrice.
1 - tijă metalică rotativă, 2 - magnet cu bare, 3 - vas de sticlă sau porțelan, 4 - mercur, 5 - sigiliu, i - curent
Primul motor (oscilant), care, în principiu, putea fi conectat la o mașină de lucru acționată, a fost fabricat în 1831 de Joseph Henry, profesor de matematică și științe naturale la Școala de băieți din Albany (Albany, SUA); principiul acestui motor este prezentat în Fig. 3.
Figura: 3. Principiul dispozitivului motorului electric oscilant al lui Joseph Henry.
1 - magneți permanenți, 2 - electromagnet oscilant, 3 - arbori, 4 - contacte cu mercur.
După motorul Henry, au fost create mai multe prototipuri diferite de motoare cu mișcare alternativă. Primul motor electric rotativ a fost creat pentru utilizare reală la 8 aprilie 1834 de inspectorul portului Pillau (Piilau, Prusia de Est), inginerul civil Moritz Hermann Jacobi (1801-1874), care a studiat independent ingineria electrică în bibliotecă și în laboratoarele Universității din Konigsberg. Un motor cu opt poliți, în care atât statorul, cât și rotorul erau alcătuite din patru electro-magneți în formă de potcoavă și care făceau 80 ... 120 rpm, era alimentat de o baterie de 6V de celule galvanice. Puterea sa pe arbore a fost de aproximativ 15 W, iar randamentul a fost de aproximativ 13%. Jacobi și-a cercetat și îmbunătățit motorul, printre altele, la Universitatea din Tartu, a cărei alegere a fost profesor de arhitectură civilă în 1835.
Moritz German (mai târziu, în Rusia - Boris Semenovich) Jacobi s-a născut în 1801 la Potsdam (Potsdam, Germania) într-o familie bogată și a primit o educație bună acasă; deja în tinerețe, el vorbea la fel de bine limba germană, engleza și franceza și, de asemenea, știa perfect latina și greaca veche. În 1828 a absolvit Universitatea din Gottingen (Gottingen Germania) cu calificarea de arhitect, apoi a lucrat la construcția drumurilor, iar în 1833 s-a mutat la Königsberg, unde fratele său mai mic Carl Gustav Jacob Jacobi (1804-1851) a fost profesor de matematică ... A plecat să lucreze ca inspector al portului Pillau și a urmat cursurile Universității din Königsberg pentru a dobândi cunoștințe în domeniul ingineriei electrice. În 1834 a construit motorul menționat mai sus, iar în 1835, la inițiativa profesorului de astronomie de la Universitatea din Tartu, Friedrich Georg Wilhelm Struve (1793-1864), a fost ales profesor de arhitectură civilă la această universitate. Motorul său a trezit interesul în Sankt Petersburg, iar în 1837 Jacobi a fost detașat la Academia de Științe a capitalei pentru a dezvolta acționarea electrică a navelor de război, rămânând oficial în serviciu la Universitatea din Tartu până în 1840. În 1838, Jacobi a testat prima unitate electrică din lume cu un motor rotativ (instalat pe o barcă maritimă) pe Neva, dar cercetările ulterioare au arătat că, din păcate, nu exista o sursă de energie viabilă din punct de vedere tehnic sau economic pentru a alimenta unitatea.
În 1839, Jacobi a fost ales membru corespondent, iar în 1842 - membru al Academiei de Științe, iar mai târziu s-a angajat în principal în dezvoltarea telegrafului electromagnetic, a galvanizării și metrologiei. S-a întâlnit de mai multe ori cu Michael Faraday, celebri fizicieni francezi și germani ai vremii.
La mijlocul secolului al XIX-lea, au fost dezvoltate mai multe varietăți de motoare de curent continuu, dar utilizarea lor practică a fost împiedicată de puterea redusă și, așa cum Jacobi a stabilit deja, de eficiența economică insuficientă a surselor de alimentare din acea vreme - celule galvanice și generatoare de mașini electrice primitive. Utilizarea mai largă a motoarelor electrice a devenit posibilă numai în 1866 după apariția generatoarelor de curent continuu cu autoexcitație.
După apariția unui sistem de curent alternativ polifazic, compania germană AEG a început să exploreze posibilitățile de utilizare a motoarelor asincrone inventate de inginerul său șef Mikhail Dolivo-Dobrovolsky (în felul german Michael von Dolivo-Dobrowolsky) și a depus o cerere de brevet de invenție pentru un motor cu inducție în cușcă de veveriță la 8 martie 1889. După aceea, a început utilizarea pe scară largă a motoarelor de curent alternativ fiabile și extrem de eficiente. În prezent, toate motoarele electrice menționate mai sus au atins un nivel tehnic foarte ridicat și sunt utilizate pe scară largă în instalațiile staționare și mai recent în vehicule.
Motorul electric este o invenție umană neprețuită. Datorită acestui dispozitiv, civilizația noastră a mers cu mult înainte în ultimele sute de ani. Acest lucru este atât de important încât principiul de funcționare al unui motor electric a fost studiat încă de la școală. Rotația circulară a arborelui electric se transformă cu ușurință în toate celelalte tipuri de mișcare. Prin urmare, orice mașină concepută pentru a facilita forța de muncă și a reduce timpul de producție poate fi adaptată pentru a îndeplini o varietate de sarcini. Care este principiul de funcționare al unui motor electric, cum funcționează și care este structura sa - toate acestea sunt descrise într-un limbaj de înțeles în articolul prezentat.
Cum funcționează un motor DC
Marea majoritate a mașinilor electrice funcționează pe principiul repulsiei și atracției magnetice. Dacă așezați un fir între polii nord și sud ai unui magnet și treceți un curent prin el, acesta va fi împins afară. Cum este posibil acest lucru? Faptul este că, trecând prin conductor, curentul formează un câmp magnetic circular în jurul său pe toată lungimea firului. Direcția acestui câmp este determinată de regula cardanului (șurub). Odată cu interacțiunea câmpului circular al conductorului și câmpul uniform al magnetului, între poli, câmpul magnetic slăbește pe de o parte și crește pe de altă parte. Adică, mediul devine elastic și forța rezultată împinge firul din câmpul magnetului la un unghi de 90 de grade în direcția determinată de regula stânga (regula dreaptă este utilizată pentru generatoare, iar regula stânga este potrivită doar pentru motoare). Această forță se numește "ampere" și valoarea sa este determinată de legea amperei F \u003d BхIхL, unde B este valoarea inducției magnetice a câmpului; I este curentul care circulă în conductor; L este lungimea firului.
Acest fenomen a fost folosit ca principiu de bază al funcționării primelor motoare electrice, același principiu este folosit și astăzi. Motoarele de curent continuu de mică putere utilizează magneți permanenți pentru a crea un câmp magnetic constant. În motoarele electrice de putere medie și mare, se creează un câmp magnetic uniform folosind o înfășurare de excitație sau un inductor.
Să luăm în considerare principiul creării mișcării mecanice folosind electricitatea în detaliu. Ilustrația dinamică arată cel mai simplu motor electric. Într-un câmp magnetic uniform, așezăm cadrul de sârmă vertical și trecem un curent prin el. Ce se întâmplă? Cadrul se rotește și se mișcă prin inerție pentru o perioadă de timp până când ajunge la o poziție orizontală. Această poziție neutră este punctul mort - locul în care efectul câmpului asupra conductorului cu curent este zero. Pentru ca mișcarea să continue, trebuie adăugat cel puțin încă un cadru și direcția curentului în cadru trebuie schimbată la momentul potrivit. Acest proces este clar vizibil în videoclipul tutorial din partea de jos a paginii.
Principiul de funcționare a motoarelor electrice moderne
Un motor DC modern, în loc de un cadru, are o armătură cu mulți conductori așezați în caneluri și, în loc de un magnet permanent în formă de potcoavă, are un stator cu o înfășurare de excitație cu doi sau mai mulți poli. Figura prezintă o vedere în secțiune a unui motor electric cu doi poli. Principiul funcționării sale este după cum urmează. Dacă curentul care se deplasează „de la noi” (marcat cu o cruce) este trecut prin firele părții superioare a armăturii și în partea inferioară - „spre noi” (marcat cu un punct), atunci conform regulii mâinii stângi, conductorii superiori vor fi împinși afară din câmpul magnetic al statorului spre stânga, iar conductorii inferiori jumătățile ancorei vor fi împinse spre dreapta de același principiu. Deoarece firul de cupru este așezat în fantele armăturii, atunci toată forța de impact îi va fi transmisă și se va roti. În continuare, se vede că atunci când conductorul cu direcția curentului „departe de noi” se întoarce în jos și stă în fața polului sud creat de stator, acesta va fi stors în partea stângă și va avea loc frânarea. Pentru a preveni acest lucru, trebuie să schimbați direcția curentului din fir în opus, de îndată ce linia neutră este traversată. Acest lucru se face folosind un colector - un comutator special care comută înfășurarea armăturii cu circuitul general al motorului electric.
Astfel, înfășurarea armăturii transferă cuplul la arborele motorului electric, care, la rândul său, acționează mecanismele de lucru ale oricărui echipament, cum ar fi, de exemplu, o mașină pentru o plasă cu lanț. Deși AC este utilizat în acest caz, principiul de bază al funcționării sale este identic cu cel al unui motor DC - împinge un conductor cu curent în afara câmpului magnetic. Numai un motor electric asincron are un câmp magnetic rotativ, în timp ce un motor electric DC are un câmp static.
Continuând subiectul unui motor continuu, trebuie remarcat faptul că principiul de funcționare al unui motor electric se bazează pe inversarea unui curent continuu în circuitul armăturii, astfel încât să nu existe frânare, iar rotația rotorului să fie menținută într-un ritm constant. Dacă schimbați direcția curentului în înfășurarea excitantă a statorului, atunci, conform regulii din stânga, direcția de rotație a rotorului se va schimba. La fel se va întâmpla dacă schimbăm pozițiile contactelor periei care furnizează energie de la sursă la înfășurarea armăturii. Dar dacă schimbați "+" "-" și acolo și acolo, atunci direcția de rotație a arborelui nu se va schimba. Prin urmare, în principiu, curentul alternativ poate fi utilizat pentru a alimenta un astfel de motor, deoarece curentul din inductor și armătură va varia simultan. În practică, astfel de dispozitive sunt rareori utilizate.
În ceea ce privește circuitul electric pentru pornirea motorului, există mai multe dintre ele și sunt prezentate în figură. Când înfășurările sunt conectate în paralel, înfășurarea armăturii se face dintr-un număr mare de rotații de fir subțire. Cu o astfel de conexiune, curentul comutat de colector va fi mult mai mic datorită rezistenței ridicate, iar plăcile nu vor scânteia și arde puternic. Dacă faceți o conexiune în serie a înfășurărilor inductorului și a armăturii, atunci înfășurarea inductorului se face dintr-un fir de diametru mai mare cu mai puține rotații, deoarece întregul curent al armăturii trece prin înfășurarea statorului. Cu astfel de manipulări cu o schimbare proporțională a valorilor curentului și a numărului de rotații, forța de magnetizare rămâne constantă, iar caracteristicile de calitate ale dispozitivului devin mai bune.
Astăzi, motoarele de curent continuu sunt puțin utilizate în producție. Unul dintre dezavantajele acestui tip de mașini electrice este uzura rapidă a ansamblului perie-colector. Avantaje - caracteristici bune de pornire, reglare ușoară a frecvenței și a direcției de rotație, simplitate a dispozitivului și control.
Un motor electric este un dispozitiv care transformă energia electrică în energie mecanică. Motoarele electrice sunt utilizate pe scară largă în aproape toate domeniile vieții de zi cu zi. Înainte de a lua în considerare tipurile de motoare electrice, ar trebui să vă îndreptați scurt pe principiul funcționării lor. Toată acțiunea are loc conform legii lui Ampere, când un câmp magnetic se formează în jurul firului pe care curge electricul. Pe măsură ce acest fir se rotește în interiorul magnetului, fiecare parte a acestuia va fi alternativ atrasă de poli. Astfel, va avea loc rotația buclei de sârmă. Motoarele electrice sunt împărțite între ele, în funcție de curentul aplicat, care poate fi alternativ sau direct.
Motoare de curent alternativ
O caracteristică a curentului alternativ este schimbarea direcției sale de un anumit număr de ori într-o secundă. De obicei se folosește curent alternativ de 50 Hz.
Când este conectat, curentul începe să curgă mai întâi într-o singură direcție și, apoi, direcția sa este complet schimbată. Astfel, laturile buclei, primind o împingere, sunt atrase alternativ către diferiții poli. Aceasta este, de fapt, atracția și respingerea ordonată a acestora. Prin urmare, când se schimbă direcția, bucla de sârmă se va roti în jurul axei sale. Cu ajutorul acestor mișcări circulare, energia este convertită din electrică în mecanică.
Motoarele de curent alternativ sunt disponibile într-o varietate de modele și modele. Acest lucru le permite să fie utilizate pe scară largă nu numai în industrie, ci și în viața de zi cu zi.
Motoare de curent continuu
Primele motoare inventate erau încă dispozitive de curent continuu. Curentul alternativ era încă necunoscut în acest moment. Spre deosebire de curentul alternativ, mișcarea de curent continuu se efectuează întotdeauna într-o singură direcție. Rotația rotorului se oprește după o rotație de 90 de grade. Direcția câmpului magnetic coincide cu direcția curentului electric.
Prin urmare, un inel metalic conectat la o sursă de alimentare DC este tăiat în două și se numește comutator inelar. La începutul rotației, curentul curge de-a lungul primei părți a comutatorului și de-a lungul firelor. Curentul electric care curge prin bucla de sârmă creează un câmp magnetic în ea. Cu o rotație suplimentară a buclei, comutatorul se rotește, de asemenea. După ce inelul trece prin spațiul gol, acesta merge la o altă parte a comutatorului. Mai mult, apare efectul curentului electric alternativ, datorită căruia rotația buclei continuă.
Toate motoarele de curent continuu sunt utilizate împreună cu dispozitivele de curent alternativ în producție și transport.
Clasificarea motoarelor electrice
Motorul electric este un convertor special. Este o mașină în care energia electrică este convertită și transformată în energie mecanică. Principiul de funcționare al motorului se bazează pe inductie electromagnetica... Există, de asemenea, motoare electrostatice. Este posibil, fără adăugări speciale, să folosiți motoare pe alte principii de conversie a energiei electrice în mișcare. Dar puțini știu cum funcționează și cum funcționează motorul electric.
Cum funcționează dispozitivul
Un motor electric cu curent alternativ conține piese fixe și în mișcare. Primele includ:
- stator;
- inductor.
Statorul găsește aplicația pentru mașini de tip sincron și asincron... Inductorul este utilizat în mașinile de curent continuu. Partea în mișcare constă dintr-un rotor și o armătură. Primul este utilizat pentru dispozitive sincrone și asincrone, în timp ce armătura este utilizată pentru echipamente cu rate constante. Funcția inductorului se află pe motoarele cu putere redusă. Magneții permanenți sunt adesea utilizați aici.
Vorbind despre modul în care este aranjat motorul electric, este necesar să se determine care clasă de echipamente aparține unui anumit model. În proiectarea unui motor asincron, rotorul este:
- circuit scurt;
- fază, adică cu o înfășurare.
Ultimul tip este utilizat dacă este necesar pentru a reduce curentul de pornire și 
reglați viteza motor electric asincron. De obicei vorbim despre motoare electrice cu macara, care sunt utilizate în mod obișnuit în instalațiile de macara.
Macaraua este flexibilă și este utilizată la mașinile de curent continuu. Poate fi un generator sau un motor, precum și un motor universal, care funcționează pe același principiu. Este folosit în scule electrice. De fapt, un motor universal este același motor cu rată constantă în care apare excitația secvențială. Diferența se referă numai calculul înfășurărilor... Aici nu există reactanță. S-a întâmplat:
- capacitiv;
- inductiv.
De aceea, orice sculă electrică, dacă unitatea electronică este scoasă din ea, poate funcționa și pe curent continuu. Dar tensiunea în rețea va fi mai mică. Principiul de funcționare al unui motor electric este determinat în conformitate cu ce componente constă și în ce scop este destinat.
Funcționarea motorului asincron trifazat
Când este conectat la rețea, se formează un câmp magnetic rotativ. Este notat în stator și pătrunde prin înfășurarea rotorului scurtcircuitat. Intră în inducție. După aceea, în conformitate cu legea lui Ampere, rotorul începe să se rotească. Frecvența mișcării acestui element depinde de frecvența tensiunii de alimentare și de numărul de poli magnetici reprezentați în perechi.
Diferența dintre viteza rotorului și câmpul magnetic al statorului este exprimată ca alunecare. Motor numit asincron, deoarece frecvența de rotație a câmpului magnetic este în concordanță cu frecvența de rotație a rotorului. Motorul sincron are un design diferit. Rotorul este suplimentat cu un magnet permanent sau un electromagnet. Conține elemente precum o cușcă de veveriță pentru lansare și magneți permanenți. De asemenea, electromagnetii își pot juca rolul.
Într-un motor asincron, câmpul magnetic al statorului are aceeași viteză ca rotorul. Pentru pornire, se utilizează motoare electrice asincrone de tip auxiliar sau un rotor cu înfășurare în cușcă de veveriță. Motoarele asincrone au fost utilizate pe scară largă în toate domeniile tehnice.
Acest lucru este valabil mai ales în ceea ce privește motoarele trifazate, caracterizate printr-un design simplu. Acestea sunt nu numai accesibile, ci și mai fiabile decât cele electrice. Nu necesită aproape nici o îngrijire. Numele asincron atribuit acestora se datorează rotației asincrone a rotorului într-un astfel de motor. Dacă nu există o rețea trifazată, un astfel de motor poate fi conectat la o rețea de curent monofazată.
Statorul unui motor electric asincron conține un pachet. Are foi de oțel electrice lăcuite cu grosimea de 0,5 mm. Au caneluri în care este așezată înfășurarea. Cele trei faze ale înfășurării sunt conectate între ele printr-o deltă sau o stea, care sunt distanțate la 120 de grade.
Dacă vorbim despre un rotor al unui motor electric, în care există inele de alunecare în caneluri, aici se remarcă o situație similară cu înfășurarea statorului. Acest lucru este relevant dacă este pornit de o stea sau capetele inițiale ale fazelor sunt conectate prin trei inele de alunecare fixate pe arbore. Când motorul funcționează, un reostat poate fi conectat la fazele de înfășurare pentru a controla viteza. După o rulare reușită, inelele de alunecare sunt scurtcircuitate și, prin urmare, înfășurarea rotorului îndeplinește aceleași funcții ca și în cazul unui produs scurtcircuitat.
Clasificare modernă
Conform principiului generării unui cuplu, motoarele electrice sunt împărțite în magnetoelectric și histerezis. Ultimul grup diferă prin faptul că cuplul este format aici datorită histerezisului atunci când rotorul este excesiv de magnetizat. Astfel de motoare nu sunt considerate clasice și nu sunt atât de frecvente în industrie. Cele mai răspândite sunt modificările magnetoelectrice, care sunt împărțite în două grupe mari, în funcție de energia consumată. Acestea sunt motoare de curent alternativ și continuu. Sunt disponibile și modele versatile capabile să furnizeze ambele tipuri de curent electric.
Caracteristici cheie
Ar fi corect să numim aceste dispozitive electrice nefazice. Acest lucru se datorează faptului că fazele sunt comutate aici direct în motor... Datorită acestui fapt, motorul este alimentat de un tip de curent constant, precum și alternativ, cu succes egal. Acest grup este împărțit în funcție de metoda de comutare de fază și de prezența feedback-ului. Sunt supapă și colector.
În ceea ce privește tipul de excitație, motoarele colectoare sunt împărțite în modele auto-excitate, motoare cu excitație independentă de magneți permanenți și electromagneti. Primul tip, la rândul său, este clasificat în motoare cu excitație serie, paralelă, mixtă.
Produsele fără perii sau cu supapă funcționează cu energie electrică. În ele, comutarea de fază are loc printr-o unitate electrică specială numită invertor. Acest proces poate fi echipat cu feedback atunci când senzorul de poziție a rotorului este pus în mișcare sau fără feedback. Un astfel de dispozitiv poate fi de fapt poziționat ca un analog al unui dispozitiv asincron.
Ripple unități curente
Un astfel de motor este electric și este alimentat de un curent electric pulsatoriu. Caracteristicile sale de design sunt similare cu cele ale dispozitivelor DC. Diferențele sale constructive față de un motor cu performanță constantă sunt în prezența inserțiilor laminate pentru rectificarea în curent alternativ. Se folosește pe locomotive electrice cu instalații speciale. O caracteristică caracteristică este prezența unei înfășurări de compensare și a unui număr semnificativ de perechi de poli.
Modificări AC
Motorul este un dispozitiv alimentat de curent alternativ. Aceste agregate sunt asincrone și sincrone. Diferența este că în mașinile asincrone forța magnetomotivă a statorului se mișcă la viteza rotorului. Cu echipamente asincrone, există întotdeauna o diferență între viteza de rotație a câmpului magnetic și a rotorului.
Motorul electric sincron este alimentat de curent alternativ. Rotorul de aici se rotește în conformitate cu mișcarea câmpului magnetic al tensiunii de alimentare. Motoarele electrice sincrone sunt împărțite în modificări cu înfășurări de câmp, cu magneți permanenți, precum și modificări reactive, histerezis, pas cu pas, tipuri reactive hibride.
Se distinge și așa-numitul tip de histerezis reactiv. Sunt produse și modele cu unități pas cu pas. Aici, o anumită poziție a rotorului este fixată prin energizarea anumitor zone de înfășurare. Trecerea la o altă poziție se realizează prin îndepărtarea tensiunii de la unele înfășurări și mutarea acesteia în alte zone. Modele reactive cu supape de tip electric alimentarea cu energie a înfășurărilor prin intermediul elementelor semiconductoare... Dispozitivul asincron are o viteză a rotorului diferită de frecvența câmpului magnetic rotativ. Este creat de tensiunea de alimentare. Astfel de modele sunt cele mai folosite astăzi.
Echipament universal
O astfel de unitate poate funcționa pe curent alternativ și continuu. Este realizat cu o înfășurare de excitație în serie la puteri nominale de până la 200 W. Statorul este fabricat din oțel electric special. Înfășurarea de excitație se efectuează la un indicator de tensiune constantă complet și parțial la un indicator variabil. Tensiunea nominală pentru curentul electric alternativ este de 127 și 220 V, indicatorii similari pentru parametrul constant sunt 110 și 220 V. Sunt utilizați în unelte electrice și aparate de uz casnic.
Modul în care funcționează un motor electric depinde dacă aparține unui anumit tip de echipament. Modificările curentului alternativ cu sursa de alimentare dintr-o rețea industrială de 50 Hz nu dau o frecvență de rotație mai mare de 3000 rpm. De aceea, un motor electric tip periat este utilizat pentru a obține frecvențe semnificative. Este, de asemenea, mai ușor și mai mic în dimensiune decât VAR-urile cu o putere similară.
În legătură cu acestea, se utilizează mecanisme speciale de transmisie care convertesc parametrii cinematici ai mecanismului în cei acceptabili. Atunci când utilizați convertoare de frecvență și în prezența unei rețele de înaltă frecvență, motoarele de curent alternativ sunt mai ușoare și mai mici decât produsele de colecție.
Resursa modelelor asincrone cu indicatori variabili este mult mai mare decât cea a celor colector. Este determinat de starea rulmenților și de caracteristicile izolației înfășurării.
Un motor sincron, care are un senzor de poziție a rotorului și un invertor, este considerat omologul electronic al unui motor DC periat. De fapt, este un motor colector cu înfășurări statorice conectate în serie. Acestea sunt optimizate în mod ideal pentru a fi utilizate cu o sursă de alimentare de uz casnic. Un astfel de model, indiferent de polaritatea tensiunii, poate fi rotit într-o singură direcție, deoarece conexiunea în serie a înfășurărilor și a rotorului garantează o schimbare a polului de la câmpurile magnetice. În consecință, rezultatul rămâne într-o singură direcție.
Statorul materialului magnetic magnetic este aplicabil pentru funcționarea în curent alternativ. Acest lucru este posibil dacă rezistența sa de inversare a magnetizării este nesemnificativă. Pentru a reduce pierderile de curent turbionar, statorul este realizat din plăci izolate. Se dovedește a fi tipărit. Particularitatea sa este că curentul consumat este limitat datorită rezistenței inductive a înfășurărilor. În consecință, cuplul motorului este estimat a fi maxim și variază de la 3 la 5. Pentru a aproxima caracteristicile mecanice ale motoarelor de uz general, se folosesc înfășurări secționale. Au concluzii separate.
Este de remarcat faptul că unele tipuri de bacterii folosesc un motor electric cu mai multe molecule de proteine \u200b\u200bpentru a se deplasa. Este capabil să transforme energia unui curent electric sub forma mișcării protonilor în rotația flagelului.
Modelul sincron de mișcare alternativă funcționează în așa fel încât partea mobilă a dispozitivului să fie echipată cu magneți permanenți. Sunt fixate pe perdea. Prin intermediul elementelor staționare, magneții permanenți sunt sub influența unui câmp magnetic și mișcă tija într-un mod alternativ.
Motoarele electrice sunt proiectate pentru a converti energia electrică în energie mecanică. Primele lor prototipuri au fost create în secolul al XIX-lea, iar astăzi aceste dispozitive sunt integrate la maximum în viața omenirii moderne. Exemple de utilizare a acestora pot fi găsite în orice domeniu al vieții: de la transportul public la râșnițele de cafea de acasă.
Motor electric: vedere în secțiune
Principiul conversiei energiei
Principiul de funcționare al unui motor electric de orice tip este utilizarea inducției electromagnetice care are loc în interiorul dispozitivului după conectarea la rețea. Pentru a înțelege modul în care această inducție este creată și pune în mișcare elementele motorului, ar trebui să apelăm la cursul de fizică școlară, care explică comportamentul conductorilor într-un câmp electromagnetic.
Deci, dacă scufundăm un conductor sub forma unei înfășurări, de-a lungul căruia se deplasează sarcinile electrice, într-un câmp magnetic, acesta va începe să se rotească în jurul axei sale. Acest lucru se datorează faptului că sarcinile sunt sub influența unei forțe mecanice care își schimbă poziția pe plan perpendicular pe liniile câmpului magnetic. Putem spune că aceeași forță acționează asupra întregului conductor.
Diagrama de mai jos prezintă un cadru conductiv energizat și doi poli magnetici care îi conferă o mișcare de rotație.
Această regularitate a interacțiunii câmpului magnetic și a circuitului conducător de curent cu crearea unei forțe electromotoare stă la baza funcționării motoarelor electrice de toate tipurile. Pentru a crea condiții similare, designul dispozitivului include:
- Rotorul (înfășurarea) este partea mobilă a mașinii, fixată pe miez și lagăre de rotație. Acesta joacă rolul unui circuit de rotație conductiv.
- Statorul este un element staționar care creează un câmp magnetic care acționează asupra sarcinilor electrice ale rotorului.
- Carcasa statorului. Echipat cu scaune pentru rulmenții rotorului. Rotorul este adăpostit în interiorul statorului.
Pentru a reprezenta proiectarea unui motor electric, puteți crea o diagramă schematică pe baza ilustrației anterioare:
După pornirea acestui dispozitiv în rețea, un curent începe să curgă prin înfășurările rotorului, care, sub influența câmpului magnetic care apare pe stator, dă rotația rotorului, transmis arborelui rotativ. Viteza de rotație, puterea și alți indicatori de performanță depind de proiectarea unui anumit motor și de parametrii rețelei electrice.
Clasificarea motoarelor electrice
Toate motoarele electrice sunt clasificate între ele în primul rând după tipul de curent care circulă prin ele. La rândul lor, fiecare dintre aceste grupuri este, de asemenea, împărțit în mai multe tipuri, în funcție de caracteristicile tehnologice.
Motoare de curent continuu
La motoarele DC de mică putere, câmpul magnetic este creat de un magnet permanent instalat în corpul dispozitivului, iar înfășurarea armăturii este fixată pe arborele rotativ. Diagrama schematică a DPT este după cum urmează:
Înfășurarea situată pe miez este realizată din materiale feromagnetice și constă din două părți conectate în serie. La capetele lor, acestea sunt conectate la plăci colectoare, pe care sunt presate periile de grafit. Una dintre ele este alimentată cu un potențial pozitiv de la o sursă de curent continuu, iar cealaltă este negativă.
După alimentarea motorului, se întâmplă următoarele:
- Curentul din peria „plus” de jos este furnizat la placa colectorului, la platforma de contact de care este conectată.
- Trecerea curentului prin înfășurare la placa colectoră (indicată de săgeata roșie punctată) conectată la peria superioară „negativă” creează un câmp electromagnetic.
- Conform regulii cardanului, câmpul magnetic al polului sud apare în partea dreaptă sus a ancorei, iar polul magnetic nord în partea stângă jos.
- Câmpurile magnetice cu același potențial sunt respinse între ele și setează rotorul în mișcare de rotație, indicată în diagramă printr-o săgeată roșie.
- Dispunerea plăcilor colectoare duce la o schimbare a direcției curentului de curent prin înfășurare în timpul rotației inerțiale, iar ciclul de funcționare se repetă din nou.
Cel mai simplu motor electric
Cu simplitatea evidentă a designului, un dezavantaj semnificativ al acestor motoare este eficiența lor scăzută, datorită pierderilor mari de energie. Astăzi PMT-urile cu magneți permanenți sunt utilizate în aparatele electrocasnice simple și în jucăriile pentru copii.
Proiectarea motoarelor de curent continuu de mare putere utilizate în scopuri industriale nu include utilizarea magneților permanenți (ar ocupa prea mult spațiu). Aceste mașini folosesc următoarea construcție:
- înfășurarea constă dintr-un număr mai mare de secțiuni, care sunt o tijă metalică;
- fiecare înfășurare este conectată separat la polul pozitiv și negativ;
- numărul de tampoane de contact de pe dispozitivul colector corespunde numărului de înfășurări.
Astfel, o reducere a pierderilor de energie este asigurată prin conectarea lină a fiecărei înfășurări la perii și la sursa de energie. Următoarea imagine arată proiectarea armăturii unui astfel de motor:
Proiectarea motoarelor electrice de curent continuu facilitează inversarea direcției de rotație a rotorului prin simpla inversare a polarității de pe sursa de alimentare.
Caracteristicile funcționale ale motoarelor electrice sunt determinate de prezența unor "trucuri", care includ schimbarea periilor de colectare a curentului și a mai multor scheme de conectare.
Schimbarea ansamblului periei colectorului în raport cu rotația arborelui are loc după pornirea motorului și schimbarea sarcinii aplicate. Acest lucru compensează „răspunsul la armătură” - un efect care reduce eficiența mașinii prin frânarea arborelui.
Există trei moduri de a conecta DPT:
- Un circuit de excitație paralelă asigură conexiunea paralelă a unei înfășurări independente, controlată de obicei de un reostat. Acest lucru asigură stabilitatea maximă a vitezei de rotație și reglarea sa lină. Din acest motiv, motoarele de excitație paralele sunt utilizate pe scară largă în echipamente de ridicat, vehicule electrice și mașini-unelte.
- Circuitul de excitație secvențială prevede, de asemenea, utilizarea unei înfășurări suplimentare, dar este conectat în serie cu cel principal. Acest lucru permite, dacă este necesar, să crească brusc cuplul motorului, de exemplu, la începutul unui tren.
- Schema mixtă profită de ambele metode de conectare descrise mai sus.
Motor electric bipolar
Motoare de curent alternativ
Principala diferență dintre aceste motoare și modelele descrise anterior este curentul care curge prin înfășurările lor. Descrie conform unei legi sinusoidale și își schimbă în mod constant direcția. În consecință, aceste motoare sunt alimentate de generatoare de semne alternative.
Una dintre principalele diferențe de proiectare este dispozitivul stator, care este un circuit magnetic cu fante speciale pentru locația virajelor de înfășurare.
Motoarele de curent alternativ sunt clasificate în conformitate cu principiul de funcționare în sincron și asincron. Pe scurt, acest lucru înseamnă că în prima viteza rotorului coincide cu viteza de rotație a câmpului magnetic din stator, iar în a doua nu.
Motoare sincrone
Funcționarea motoarelor electrice sincrone de curent alternativ se bazează, de asemenea, pe principiul interacțiunii câmpurilor care apar în interiorul dispozitivului, cu toate acestea, în proiectarea lor, magneții permanenți sunt fixați pe rotor și se realizează o înfășurare de-a lungul statorului. Principiul funcționării lor este demonstrat de următoarea diagramă:
Conductorii înfășurării prin care curge curentul, arătați în figură ca cadru. Rotorul se rotește după cum urmează:
- La un moment dat, rotorul cu un magnet permanent atașat la acesta este în rotație liberă.
- Un câmp magnetic cu poli diametral opuși Sst și Nst se formează pe înfășurare în momentul în care jumătatea de undă pozitivă trece prin el. Este afișat în partea stângă a diagramei de mai sus.
- Polii cu același nume ai magnetului permanent și câmpul magnetic al statorului se resping reciproc și aduc motorul în poziția indicată în partea dreaptă a diagramei.
În condiții reale, nu se folosește o singură bobină de înfășurare pentru a crea o rotație constantă lină a motorului, ci mai multe. Ele trec alternativ un curent prin ele însele, creând astfel un câmp magnetic rotativ.
Motoare asincrone
Și într-un motor AC asincron, un câmp magnetic rotativ este creat de trei (pentru o rețea de 380 V) înfășurări statorice. Acestea sunt conectate la sursa de alimentare prin cutia de borne și răcite de un ventilator montat în motor.
Rotorul, asamblat din mai multe tije metalice închise, este conectat rigid la arbore, formând un întreg cu el. Datorită conexiunii tijelor între ele, acest tip de rotor este numit cușcă de veveriță. Datorită absenței periilor conductoare în acest design, întreținerea motorului este mult simplificată, durata de viață și fiabilitatea sunt crescute. Principala cauză a defecțiunii acestui tip de motoare este uzura rulmenților arborelui.
Principiul de funcționare al unui motor cu inducție se bazează pe legea inducției electromagnetice - dacă frecvența de rotație a câmpului electromagnetic al înfășurărilor statorului depășește frecvența de rotație a rotorului, o forță electromotivă este indusă în acesta. Acest lucru este important, deoarece EMF nu apare la aceeași frecvență și, în consecință, nu are loc rotația. În realitate, sarcina pe arbore și rezistența la frecare a rulmenților încetinesc întotdeauna rotorul și creează condiții de funcționare suficiente.
Principalul dezavantaj al acestui tip de motoare este imposibilitatea de a obține o viteză constantă a arborelui. Ideea este că performanța dispozitivului se schimbă în funcție de diferiți factori. De exemplu, fără sarcină pe arbore, ferăstrăul circular se rotește la viteza maximă. Când aducem placa până la pânza de ferăstrău și începem să o tăiem, viteza pânzei este redusă considerabil. În consecință, viteza de rotație a rotorului față de câmpul electromagnetic scade, de asemenea, ceea ce duce la inducerea unui EMF și mai mare. Acest lucru mărește consumul de curent și crește puterea de funcționare a motorului la maxim.
Cum funcționează motorul electric
Este important să selectați un motor de putere adecvată - prea mic va deteriora rotorul cuștii veveriței din cauza depășirii CEM maxime calculate, iar prea mare duce la costuri energetice nerezonabile.
Motoarele de curent alternativ asincrone sunt proiectate să funcționeze dintr-o rețea electrică trifazată, dar pot fi conectate și la o rețea monofazată. De exemplu, acestea sunt utilizate în mașinile de spălat și în mașinile de atelier de acasă. Un motor monofazat are o putere cu aproximativ 30% mai mic decât un motor trifazat - de la 5 la 10 kW.
Datorită simplității și fiabilității, motoarele cu inducție de curent alternativ sunt cele mai comune nu numai în echipamentele de producție, ci și în aparatele de uz casnic.
Motoare universale periate
Multe aparate electrice de uz casnic necesită o turație mare a motorului și un cuplu la curenți de pornire mici și un control lin. Toate aceste cerințe sunt îndeplinite de motoarele colectoare, numite motoare universale. Sunt foarte asemănătoare ca design cu motoarele de curent continuu cu excitație de serie.
Principala diferență față de DPT este sistemul magnetic, completat cu mai multe foi izolate unele de altele de oțel electric, la polii cărora sunt conectate două secțiuni ale înfășurării. Acest design reduce încălzirea elementelor prin curenții Foucault și inversarea magnetizării.
Sincronizarea ridicată a câmpurilor magnetice în motoarele universale periate menține viteze de rotație ridicate chiar și sub sarcini mari ale arborelui. Prin urmare, acestea sunt utilizate în echipamente de joasă putere de mare viteză și electrocasnice. Când este conectat la circuitul unui transformator reglabil, devine posibilă reglarea lină a vitezei.
Principalul dezavantaj al acestor motoare electrice este durata de viață redusă a acestora datorită ștergerii rapide a periilor de grafit.